Тем, кто жил и живет в старых домах — «хрущевках», «панельках», «человейниках», — знакома беда разбалансировки систем жизнеобеспечения. Весной батареи обжигают, а зимой — еле теплые, вытяжки работают «не пойми как», подъезд освещен «не пойми где». А счет за такой сервис приходит как за нормально работающий. Возможно, вы будете удивлены, но сегодня столь знакомая многим проблема «кривого ЖКХ» отнесена к вопросам цифровизации, а для ее решения подключают не только домовые чаты в Телеграме или WA, но и передовые ИТ‑технологии: предсказательную аналитику, парсинг и анализ больших данных, интернет вещей. Причем речь уже идет не только о домах премиального класса. Цифровизация затронет и огромный советский и ранний постсоветский устаревший жилфонд, в котором, согласно последней переписи населения, до сих пор живет большинство россиян.

Как начинался EnergyStart

Технологическая компания «Конст» во главе с Альвиной Малышевой решила ответить на этот вызов. Команда разработала IoT (интернет вещей) — решение EnergyStart для многоквартирных жилых домов сегмента старой застройки. В том числе для совсем устаревшего жилфонда. Как рассказала Альвина, проект стартовал в 2023 году с запроса в Институт энергетики и электроники БГТУ им. В. Г. Шухова от Центра энергосбережения Белгородской области.

Один из сотрудников центра заметил, что система вентиляции в местной больнице работает неисправно: там душно и спертый воздух. Однако никто из сотрудников медучреждения почему-то не сигнализировал об очевидной проблеме в местную управляющую компанию (УК). И это, кстати, типичный случай: пока не произойдет авария, мало кого волнует проблема неэффективной работы инженерных систем. И поломку выявляют, лишь когда специалисты приходят на аварийный вызов. 

«Люди ощущают дискомфорт и терпят, в то время как причина — обычный технический сбой. И терпеть, например, духоту в помещении нет абсолютно никакого смысла», — комментирует распространенную ситуацию гендиректор компании «Конст».

Центр энергосбережения предложил решить эту проблему БГТУ, а вуз передал идею Альвине и Сергею, аспирантам Института информационных технологий и управляющих систем при университете. Так, на базе компании ООО «Конст» в 2023 году появилась команда, которая занялась разработкой инженерного решения. 

Технология получила название «Программно-аппаратный комплекс (ПАК) управления распределенными системами жизнеобеспечения зданий». ПАК состоит из верхнеуровневой облачной системы мониторинга и управления (ПО бренда EnergyStart) и контроллеров. Последние передают в облако данные с точек теплоснабжения, вентиляции или освещения дома. Получив данные, оператор ПАК (в его роли выступает инженер УК) принимает решение о необходимости корректировки работы насосов и вентилей. Система может работать и как инструмент предиктивной аналитики (предсказывать аварию). Сигналы о неисправности дублируются в мессенджер оператора.

Программное обеспечение и контроллеры позволяют мониторить следующие параметры инженерных систем:

По отоплению:

• температура воды в прямом контуре системы;

• температура воды в обратном контуре системы;

• процент открытия КЗР (клапан запорно-регулирующий);

• состояние насосов;

• режим работы системы.

По вентиляции:

• влажность воздуха и уровень CO2;

• температура воздуха в помещении;

• состояние реле перепада давления;

• температуры в различных частях системы.

По освещению:

• текущий уровень освещенности;

• режим функционирования (по времени или по уровню освещенности).

Что под капотом

Принципиальный момент: ПАК воплотил новый подход к построению системы управления распределенными системами жизнеобеспечения зданий. В чем его отличие? Главное — упрощена техническая реализация за счет снижения вычислительных мощностей контроллеров нижнего уровня. Соответственно, разработана методика по управлению распределенными системами жизнеобеспечения зданий с модифицированным нижним уровнем и с повышенными требованиями по надежности.

Разработанная архитектура позволяет объединить в единую сеть основные системы жизнеобеспечения посредством беспроводного канала связи LoRa. Он хорошо зарекомендовал себя при реализации сетей беспроводных датчиков в сельском хозяйстве, в индивидуальной жилищной застройке (ИЖС) «умный дом» благодаря низкому энергопотреблению при высокой дальности связи. И это важно, потому что инженерные системы определенным образом распределены по зданию. Системы теплоснабжения располагаются в подвальных помещениях, а системы вентиляции — на верхних технических этажах. Реализация функций единого центра для мониторинга и контроля (диспетчерской) требует обеспечения соединения со всеми подсистемами жизнеобеспечения. С целью минимизации количества коммуникационных проводных линий может быть задействован беспроводной канал связи.

Нижний уровень предлагаемой структуры представляется контроллером системы теплоснабжения, контроллером системы вентиляции, контроллером системы освещения, которые решают задачу локального регулирования. На среднем уровне находится ЦУМ (центральный управляющий модуль), реализующий обмен информацией с регламентируемой частотой между облачным сервисом (Wi-Fi) и контроллерами нижнего уровня (LoRa, RS-485). ЦУМ располагается вблизи какой-либо активной точки доступа Wi-Fi. 

Верхний уровень представляет собой облачный сервис, который позволяет отображать основную информацию о текущем состоянии основных систем и удаленно отправлять управляющие команды. Этот уровень включает в себя следующие модули:

• авторизация;

• мониторинг;

• контроль;

• анализ параметров работы основных подсистем.

Как показано на рисунке выше, каждый ЦУМ (device), зарегистрированный в системе, имеет уникальный идентификатор, который присвоен конкретному пользователю сервиса. Инициация обмена данными происходит со стороны устройства (device) согласно регламентированной периодичности. Отправление текущего состояния контроллеров (отопления, вентиляции, освещения) системы жизнеобеспечения осуществляется посредством метода отправки данных post. Для получения установочных значений применяется метод получения данных get. Посылки данных передаются в текстовом формате JSON.

Дополнительные программные модули ПАКа:

• модуль для расчета CRC;

• модуль для работы с посылками в формате JSON.

   Модули управления периферическими устройствами:

• модуль SPI;

• модуль I2C;

• модуль LoRa;

• модуль инициализации входных/выходных точек;

• модуль для получения значений температур;

• модуль для работы со сторожевым таймером.

Если температура наружного воздуха Te приближается к предельному значению Te1, то температуру воды в прямом контуре Ts необходимо увеличивать — нагрев, если температура Te приближается к предельному значению Te2, то температуру воды в прямом контуре необходимо понижать — охлаждение.

Целевая температура воды в прямом контуре вычисляется по формуле:

Конкурентный анализ

Маркетинговая стратегия стартапа — т. н. «красный океан». Она подразумевает работу на рынке с высоким уровнем соревновательности. «И все же мы стремимся к модели «голубой океан», находимся в поисках своей уникальной ценности для потребителя», — уточняет Альвина Малышева.

Основные конкурентные преимущества системы, предлагаемой компанией «Конст»:

• Беспроводное управление.  Контроллеры работают по Wi-Fi, что упрощает установку и эксплуатацию.

• Удаленная диспетчеризация. Оператор может управлять и контролировать систему из любой точки, находясь на значительном расстоянии от котельных и инженерных узлов.

  Такое решение подходит для жилых комплексов (ЖК), где построены несколько домов с индивидуальными тепловыми пунктами, обеспечивая централизованное управление инженерными системами.

  Теперь сравним экспериментальный «Контроллер с облачным сервисом» (рабочее название прототипа), который делает «Конст», с зарубежными аналогами. Что мы увидим: контроллер от «Конст» при стоимости в 15 тыс. руб. представляет лучший баланс цены, функционала (беспроводная связь, программируемость) и энергопотребления. Опытные образцы контроллера уже сделаны в БГТУ. Как только они будут протестированы в реальных условиях, начнется их серийное производство. 

  Подписка на ПО EnergyStart обойдется в 2 тыс. руб./мес. за одно устройство. По ближайшим иностранным контроллерам-конкурентам, которые распространены на российском рынке, ситуация выглядит так:

• Siemens RVS46.543/109 — продвинутая программируемость, но высокая цена (50 000 — 65 000 руб.).

• VALTEC VT.K300.w.0 — доступный (15 тыс. руб.), но нет беспроводной связи и программируемости.

• OVEN TPM 148 — дороже (21,5 тыс. руб.), но без ключевых преимуществ (беспроводных сенсоров и программируемости).

• ZONT Climatic 1.1 — не оправдывает свою стоимость (24,6 тыс. руб.) при отсутствии программируемости.

• ECL Comfort 210 — относительно дорогой (46,8 тыс. руб.), без каких-либо уникальных преимуществ.

  Потенциал российского рынка

  Потенциал отечественного рынка таких систем выглядит внушительно. Так, согласно прогнозу Института народного прогнозирования (ИНП) РАН, к 2040 году общий объем устаревающего жилья в России может превысить 270 млн кв. м. Под этой категорией жилого фонда специалисты подразумевают здания, которые уже не соответствуют современным стандартам, но еще не подлежат обязательному выводу из эксплуатации (в отличие от аварийного фонда). 

  В таких домах, согласно данным ООО «Конст», от 30% — до 50% инженерных систем работают с нарушениями или полностью неисправны. Расчеты компании показывают, что реально достижимый объем рынка, на который может претендовать стартап, составляет до 10% отапливаемых зданий. В каждом из них действует т. н. индивидуальный тепловой пункт (ИТП). 

  Здесь требуется небольшое пояснение. Индивидуальный тепловой пункт — это комплект оборудования, которое позволяет изменить температурный и гидравлический режимы теплоносителя, обеспечить учет и регулирование расхода тепловой энергии и теплоносителя. В многоквартирных домах ИТП, как правило, устанавливают в подвалах. 

  Чем он отличается от котельной? Тем, что ИТП находится внутри дома и работает только на одно здание. Котельная же может быть вне дома и обслуживать сразу несколько. С определенного времени (примерно два-три десятилетия назад) все дома стали переводить на ИТП. Сейчас на Белгородчине, например, в домах эксплуатируется порядка 7 тысяч индивидуальных тепловых пунктов. И еще одна деталь для полноты картины: так вышло, что решения, которые есть на рынке, либо имеют очень узкую специализацию, либо пригодны только для нового современного жилья. 

  Теперь становится понятно, почему в старых домах чугунные батареи «огненные», когда на улице уже потеплело. Просто до них никому нет (вернее, не было) дела. А ведь климат теплеет… Как вспоминают пожилые люди, зима раньше была не чета нынешней: в Москве, например, минус 20 — минус 30 градусов держались с конца ноября по начало апреля. Так что «гибко управлять» температурой чугунной батареи смысла не было: включай «на полную катушку» зимой, а весной выключай совсем — вот и все управление. Теперь все стало намного сложнее. Решение, которое предложил стартап, звучит так: внедрить программно-аппаратный комплекс (ПАК) для дистанционного мониторинга и контроля инженерных систем. Конечное решение об изменении режима работы системы должен принимать человек. А коммерциализацию осуществлять по модели SaaS.

  В компании уверены, что ПАК — своевременная доступная большинству УК технология, которая найдет применение как в старом, так и в строящемся жилом фонде эконом-класса. В помощь им введенный в конце 2023 года стандарт регламентирует внедрение цифровых технологий в здания — новый ГОСТ «Системы киберфизические. Умный дом». «Конст» уже договорился с застройщиком «КМАПЖС» из Старого Оскола, где в конце марта планируют тестировать систему.