Комиссинг энергопотребляющих систем зданий на примере США

Обзор

Комиссинг зданий (англ. Building Commissioning, «ввод в эксплуатацию», «технический надзор») — это ориентированный на качество процесс, повышающий результативность проекта строительства. Процесс сфокусирован на освидетельствовании и документальном оформлении того, что планирование, проектирование, монтаж, испытания, эксплуатация и техобслуживание здания и всех его инженерных систем и компонентов отвечают требованиям собственника (ASHRAE Guideline 0-2005²). Комиссинг энергопотребляющих систем и ограждающих конструкций является одной из ключевых составляющих Интегрального проектного процесса³, обеспечивая исполнение проектных решений по энергоэффективности здания. Пользуясь терминологией системной инженерии комиссинг принадлежит процессам верификации, передачи и валидации⁴.

Специалист по комиссингу (Commissioning Authority, СК) работает в интересах собственника, чтобы убедиться, что другие участники проекта строительства выполняют свою работу качественно. СК функционально относится к службе технического заказчика, осуществляющей контроль проекта в целом и удостоверяющейся, что генеральный подрядчик выполняет свои договорные обязательства. Однако работа СК ориентирована на обеспечение энергетической и экологической эффективности проекта и качество технических решений. Независимость СК позволяет избежать конфликта интересов подрядчиков, с их стремлением сделать работу как можно быстрее с минимальными усилиями и затратами.

Согласно исследованию Lawrence Berkeley National Laboratory [1] средняя стоимость услуг комиссинга составляет 3,22 $/м² для существующих зданий и 12,48 $/м² для нового строительства (или 0,4 % от общей стоимости строительства)⁵. Минимальная стоимость составила 2 $/м² для существующих зданий и 6,4 $/м² для нового строительства. В указанную стоимость входят как затраты на выявление недостатков (стоимость услуг СК, стоимость участия представителей генерального подрядчика, субподрядчиков и производителей оборудования, проектировщиков), так и на их устранение. На российском рынке собственник готов платить за услугу комиссинга 1-2 $/м², вынуждая сокращать объём аналитической работы и уменьшая тем самым возможность извлечения выгоды для себя.

Решение в ходе комиссинга проблем с энергопотребляющими системами в среднем обеспечивает 16 % энергосбережения для существующих зданий и 13 % в новом строительстве, со сроком окупаемости в 1,1 и 4,2 года соответственно. В терминах других стоимостных индикаторов: среднее отношение «выгода/стоимость» (benefit-cost ratio) составляют 4,5 и 1,1, а «чистый доход» (cash-on-cash returns) 91 % и 23 %. Проекты с доскональным подходом к комиссингу достигают вдвое большего от среднего энергосбережения и в пять раз большего — от проектов с наименее тщательным подходом.

Дальнейшее повышение ценности комиссинга за счёт его других, не-энергетических выгод  (рис. 1) значительно превосходит большинство практик энергетического менеджмента. Значительные сокращения капитальных затрат (например, за счёт снижения мощности оборудования ОВК, исключения избыточных решений) позволяет возместить часть стоимости услуг специалиста — полностью в некоторых случаях. С учётом этой выгоды чистая средняя стоимость услуг СК может быть снижена на 49 %, в то время как во многих случаях эти выгоды превзошли прямое значение энергосбережения. Комиссинг также повышает качество внутренней среды, увеличивает компетенцию службы эксплуатации, снижает операционные расходы, уменьшает затраты подрядчика на исполнение гарантийных обязательств и техническое обслуживание.

Комиссинг является стратегией риск-менеджмента, которая должна быть интегрирована в каждый системный подход к энергосбережению в зданиях. Одним из распространённых по всему миру системных методов проектирования, строительства и эксплуатации зданий является американская рейтинговая система LEED, обязательное к исполнению требование которой EAp1 (Fundamental Commissioning of the building energy systems) заключается в производстве комиссинга энергопотребляющих систем здания и связанной с ними системы автоматизации. Расширенный комиссинг (Enhanced Commissioning) проводится на выбор собственника и позволяет получить 2 балла для повышения рейтинга в LEED v3 2009. Британской рейтинговой системой BREEAM 2011 комиссинг также предлагается к производству в рамках критерия Man 1 Sustainable Procurement.

В соответствии с требованиями LEED v3 2009 в границы рассмотрения комиссинга входят только системы зданий, влияющие на энергопотребление:

1. Отопление, вентиляция, кондиционирование, холодоснабжение (HVAC & R):

• бойлеры,
• отопительные приборы,
• насосы,
• вентиляционные установки,
• устройства воздухораспределения,
• холодильные машины,
• градирни,
• фанкойлы,
• охлаждающие балки,
• сплит-системы,
• тепловые завесы и т.п.

2. Автоматизация, контрольно‐измерительные приборы и автоматика (система автоматизации и диспетчеризации здания, запорно-регулирующая и термостатическая арматура, датчики).

3. Освещение и управление освещением (внутреннее и наружное).

4. Система горячего водоснабжения.

5. Другие системы, которые требуются по LEED (например, солнечные батареи).

По желанию собственника границы рассмотрения могут быть расширены.

Согласно исследованию [2] основные мотивы проведения комиссинга следующие:

• Добровольная сертификация по рейтинговым системам «зелёного строительства» (LEED, ENERGYSTAR и др.) — 68 %
• Корпоративные цели Собственника в части энергетической и экологической эффективности — 64 %
• Законодательство — 45 %
• Коммунальные льготы — 32 %

 Результаты исследования мотивов согласно [1] приведены на рисунке 2.

Процесс

Комиссинг может быть рассмотрен как процесс, состоящий из трёх стадий, начинающийся на стадии проектирования, продолжающийся во время строительства, и заканчивающийся по истечению первого года эксплуатации объекта.

 Ответственность участников команды

Специалист по комиссингу руководит командой, планирует и координирует все действия по комиссингу в сотрудничестве с генеральным подрядчиком, субподрядчиками, производителями и поставщиками оборудования.

Генеральный подрядчик, подрядчик по механическим системам, подрядчик по системе электроснабжения и все субподрядчики несут ответственность за сотрудничество с СК, за производство деятельности по установке компонентов и систем, производству их освидетельствования и испытаний в ходе комиссинга и выработке решений по устранению выявленных недостатков. Детальные требования к генеральному подрядчику и субподрядчикам в части комиссинга должны стать неотъемлемой частью их договоров, что необходимо не только для управления процессом, но и для разделения ответственности за риски повреждения имущества в ходе испытаний.

Оптимальным вариантом является заключение договора непосредственно между собственником здания и СК, хотя, в зависимости от площади здания, LEED 2009 допускает вариативность ⁶.

В качестве представителя собственника СК ответственен за решение следующих основных задач:

• Управление процессом комиссинга и вовлечёнными в него сторонами в целях выполнения требований к комиссингу;
• Надзор за созданием документов «Требования собственника» (Owner Projects’s Requirements, OPR) и «Основные проектные решения» (Basis of Design);
• Разработка документа «План комиссинга» (Commissioning Plan): роли и ответственность, расписание, документооборот;
• Экспертиза рабочей документации;
• Надзор за закупками оборудования;
• Надзор за созданием документа «Последовательность операций» (Sequence of operation), представляющим собой текстовое и графическое описание алгоритмов работы управляющих программ систем автоматизации;
• Разработка протоколов Освидетельствования монтажа⁷ (Prefunctional Checking), надзор за проведением;
• Разработка протоколов Функциональных испытаний⁸ (Functional Performance Testing);
• Планирование, надзор и протоколирование функциональных испытаний;
• Разработка рекомендаций по устранению выявленных недостатков;
• Надзор за созданием руководства по эксплуатации;
• Надзор за обучением обслуживающего персонала;
• Написание итогового отчёта;
• Заполнение отчётных форм для сертифицирующего органа (GBCI).

 По договорённости с собственником СК может взять на себя большее количество задач, вплоть до ремонтных работ и перепрограммирования контроллеров. Квалификации СК в основном фокусируются на системах ОВК и системах управления. Дополнительные технические квалификации могут потребоваться для ввода в эксплуатацию других систем, таких как солнечные батареи, водоподготовка.

Требуемая квалификация специалиста по комиссингу

• Опыт в области проектирования, монтаже или испытаний механических, управляющих и других систем коммерческих зданий.
• Опыт работы в междисциплинарных и международных командах, управлении проектами и проведении совещаний; хорошие организационные навыки; навыки коммуникации, особенно документирования.
• Опыт ввода в эксплуатацию по крайней мере двух зданий аналогичного размера с аналогичным оборудованием. Этот опыт должен включать в себя написание программ функциональных испытаний и составление плана комиссинга.
• Опыт прямой ответственности за управление проектами по крайней мере двух коммерческих зданий со стоимостью инженерных систем больше или равной стоимости текущего проекта.
• Опыт в установке и/или поиске и устранении неполадок в системах прямого цифрового управления или систем управления энергопотреблением.
• Знание методов измерения и мониторинга.
• Знание методов испытания и балансировки систем распределения воздуха и воды.
• Опыт в планировании и проведении обучения эксплуатирующего персонала.

Прохождение процесса комиссинга не исключает или уменьшает ответственность подрядчиков за поставку оборудования и систем, установку и обеспечение их работоспособности в соответствии с договорами подряда.

Перечень оборудования, которое может понадобиться при проведении освидетельствования монтажа и функциональных испытаний в зависимости от степени доскональности реализуемого подхода комиссингу:

• термометр (контактное и безконтактное измерение температуры в HVAC&R системах);
• промышленный осциллограф (важно наличие интерфейса с ПК для сохранения измерений);
• тестер качества воздуха (температура, влажность, концентрация СО2);
• тепловизор;
• мультиметр;
• фотоаппарат со вспышкой;
• цифровой люксметр.

Выявление недостатков

Процедуры комиссинга — инспекции в ходе строительства, освидетельствование монтажа и функциональные испытания — позволяют выявить разнообразные недостатки в монтаже и наладке аудируемых систем здания (рис. 4.).

Отчёт о выявленных недостатках (Issues Log) предоставляется собственнику, который принимает решение о необходимости их устранения. LEED 2009 позволяет подать документацию на сертификацию, не дожидаясь устранения всех выявленных недостатков. За выработку мер по устранению недостатков отвественны все члены команды (рис.5).

Ниже приведены примеры выявленных недостатков из практики:

• Закуплен менее энергоэффективный чиллер.
• Избыточность водонагревателей в системе отопления.
• Температура подающей электрического котла регулируется только локально (задание уставки с панели котла), что не позволяет реализовать управлением им по временным диаграммам через SCADA-систему. Недостаток был вызван тем, что зарубежный производитель оборудования не предоставил возможности удалённого управления нагревательными элементами.
• Аварийные сигналы от котлов не поступают на компьютер оператора.
• Не реализовано автоматическое управление задвижками чиллера.
• У службы эксплуатации отсутствует инструкция оператора BMS (в т. ч. таблица аварийных сигналов с условиями генерации и способом реагирования на них).
• Неполнота комплектации измерительным оборудованием (отсутствие стрелочных приборов в некоторых узлах).
• Намерено деактивирован пожарный извещатель.

Заключение

Согласно исследованию компании Jones Lang LaSalle [4] «на конец 3-го квартала 2014 года объём рынка зелёных зданий в России составляет около 2 млн м². До конца 2015 года ожидается сертификация ряда новых объектов общей площадью около 1,5 млн м², таким образом, рынок зелёного строительства к концу следующего года увеличится на 75 %». Чемпионат Мира по футболу в 2018 году может стать дополнительным стимулом к дальнейшему росту рынка зелёного строительства ввиду того, что 5-е издание технических рекомендаций и требований ФИФА к футбольным стадионам от 2011 года [5] рекомендует сертифицировать стадионы по системе LEED⁹. В процессе сертификации по системе LEED находятся более 10 объектов инновационного центра «Сколково», общей площадью более 0,5 млн м². Отмечая и приветствуя рост рынка комиссиинга энергопотребляющих систем зданий за счёт соответствующего роста рынка сертификации зелёных зданий, автор надеется, что реальные финансовые выгоды комиссинга будут распознаны собственниками зданий и описанный подход станет эффективным инструментом повышения качества и снижения издержек строительства.