Aktuální vydání

celé číslo

12

2021

Automatizace v chemickém a petrochemickém průmyslu

Průtokoměry a regulační ventily

celé číslo

Hala Sazka Arena z pohledu systému řízení budov

číslo 2/2006

Hala Sazka Arena z pohledu systému řízení budov

Víceúčelová hala Sazka Arena, která vyrostla v pražských Vysočanech, je první stavbou zábavního, sportovního a obchodního komplexu Zelený ostrov. V přízemí, suterénu a ochozech haly se nachází pět restaurací, sedm barů, dvě kavárny a více než dvacet provozoven s rychlým občerstvením. V nejnižším podlaží, tedy na úrovni ledové plochy, jsou parkoviště a velká restaurace pro 250 hostů. Vedle chodeb jsou „sportboxy„, ošetřovna, tiskové středisko a bary pro účinkující. Ve druhém, klubovém patře je obchodní galerie, ale především více než 1 500 tzv. klubových sedadel, která si najímají kluby pro své členy a hosty. Nad sedadly je umístěno několik barů. Ve třetím patře je šedesát šest komfortně vybavených „skyboxů“ – luxusních uzavřených lóží. Ve vnějším okruhu místností jsou konferenční a jednací prostory a francouzská restaurace. Čtvrté podlaží je vstupním prostorem do horní části hlediště. Kromě vstupu na tribuny, které pojmou až 7 300 diváků, v něm návštěvníci najdou tři bary a množství provozoven rychlého občerstvení.

Obr. 1.

Obr. 1. Výměníková stanice

Základní kámen stavby haly byl položen koncem října 2002 a bezprostředně poté začaly stavební práce. Zastavěná plocha činí celkem 36 000 m2. Při stavbě železobetonové nosné konstrukce se spotřebovalo 23 000 m3 betonu a 7 809 t železa. V červenci 2003 byla střecha zakryta a bylo možné zahájit montáž vnitřních zařízení. V říjnu 2003 bylo z poloviny hotovo opláštění budovy, začaly se upravovat interiéry i exteriéry a během zimních měsíců probíhala intenzivní montáž technických zařízení budovy.

Hala Sazka Arena je příkladem nadstandardně velkého projektu systému měření a regulace (MaR). MaR v případě takto velkého projektu nezahrnuje jen základní funkci řízení vytápění a chlazení, ale vystupuje také jako integrátor ostatních technických systémů, jako jsou např. požární zabezpečení (elektronický protipožární systém, protipožární klapky atd.), bezpečnostní systémy, transportní systémy, osvětlení, kompletní monitorování elektroinstalace, včetně dieselagregátu a záložního napájení (UPS), chlazení ledové plochy atd.

Pro představu uveďme stručné členění projektů MaR podle velikosti:

  • malé projekty – např. bezobslužné kotelny s hlášením provozních stavů a alarmů – většinou jedna podstanice MaR s komunikačním modulem (malé kotelny, výměníkové stanice atd.),

  • střední projekty – několik zařízení řízených podstanicemi MaR a grafická centrála s obsluhou nebo bez obsluhy vybavená komunikačním modulem (malé administrativní budovy apod.),

  • velké projekty – desítky zařízení a integrace cizích systémů, desítky podstanic a stálá obsluha grafické centrály (velké administrativní komplexy, obchodní centra apod.),

  • nadstandardně velké projekty – stovky zařízení a desítky integrovaných systémů, stovky podstanic a řídicí centrála s mnoha rozdílnými komunikačními moduly pro integrace cizích systémů, vzdálená pracoviště atd. (hala Sazka Arena, mezinárodní letiště apod.).

Požadavky na dodavatele

Společnost Siemens byla vybrána nejen jako dodavatel systému MaR, ale především jako zkušený systémový integrátor, jehož řídicí a vizualizační systém je schopen zajistit efektivní a bezproblémový provoz jedné z největších staveb v naší zemi.

Obr. 2.

Obr. 2. Chlazení pro vzduchotechnická zařízení a klimatizační jednotky

Při výběru dodavatelů se však zvažovaly nejen vlastnosti jejich systémů, ale především technická kompetence a schopnost maximálního nasazení velkého počtu pracovníků v krátkém časovém úseku několika měsíců, během nichž se veškerá zařízení montovala a uváděla do provozu. O velikosti systému asi nejlépe svědčí počet fyzických datových bodů, tedy měřených, snímaných a ovládaných vstupů a výstupů, kterých je přes deset a půl tisíce. Integrací cizích systémů přibylo do řídicího systému dalších přibližně osm tisíc datových bodů. Montážní a oživovací práce probíhaly od časného podzimu 2003 do jara 2004, a to za velmi nestandardních podmínek. Zatímco u běžných staveb jednotlivé profese nastupují jedna po druhé, zde se z důvodu velmi podstatně zkrácených termínů pracovalo v podstatě paralelně, metodou tzv. sdružené montáže. Prostředí na stavbě kladlo na všechny zúčastněné opravdu mimořádné nároky.

Tato skutečnost měla zásadní vliv na řízení celého projektu. Vzniklo několik montážně-oživovacích skupin, jež byly řízeny dvěma vedoucími projektu. Ti byli v nepřetržitém kontaktu s vedením stavby a s koordinátory ostatních dodávek a řešili veškeré technické a logistické problémy, takže montážní skupiny se mohly plně soustředit na svou práci. Velmi závažnou roli hrálo změnové řízení – změny bylo nutné někdy urychleně realizovat, jindy zase naopak zbrzdit, protože za jednou změnou vzápětí následovala další. Situace na stavbě se měnila doslova každou minutu. Tento stav trval téměř nepřetržitě, včetně víkendů a svátků, od listopadu 2003, kdy byly uvedeny do provozu první regulační okruhy, do dubna následujícího roku, kdy byly dokončeny poslední ze systémových integrací.

Průběžně s oživováním vzduchotechnických zařízení (VZT), výměníkové stanice, chlazení, výroby ledu apod. bylo připravováno a uváděno do provozu i grafické operátorské rozhraní pro velín, kde na čtyřech stolních pracovních stanicích a jedné mobilní běží vizualizační a ovládací software Desigo Insight společnosti Siemens. Grafika zařízení s půdorysy byla významným pomocníkem již při zkouškách protipožárních klapek, kterých je v celém objektu přibližně 850.

Systém měření a regulace a integrace cizích systémů

Pro systém MaR byl vybrán systém přímé digitální regulace (DDC – Direct Digital Control) Integral AS1000. Instalace obsahuje bezmála 300 automatizačních programovatelných podstanic a okolo 220 regulátorů jednotlivých místností. Podstanice a regulátory jsou sběrnicemi propojeny s rozváděčem ve velínu, který obsahuje dvacet systémových řadičů. Tyto řadiče zajišťují směrování alarmů, vzorkování historických dat a přenos dat do pracovních stanic Desigo Insight, které jsou s řadiči propojeny technologickou počítačovou sítí. Pro představu o velikosti tohoto projektu – druhá největší realizovaná akce v ČR se stejným řídicím systémem je co do počtu podstanic přibližně třikrát menší než hala Sazka Arena.

Obr. 3.

Obr. 3. Tvorba ledu pro ledovou plochu

Tři softwaroví inženýři se výhradně zabývali integrací cizích systémů. Další technické celky byly do řídicího systému budovy datově propojeny především ze dvou důvodů: jednak existovaly požadavky na vzájemné automatické funkční vazby mezi různými systémy a jednak bylo žádoucí mít jednotné ovládací a vizualizační prostředí, které zaručí snadnou a efektivní obsluhu.

Z protipožárního systému (Esser) se datovou linkou přenášejí stavy všech čidel v budově. V systémových řadičích se údaje sdružují do požárních úseků. Podle úseků potom systém MaR při požáru vypíná příslušná vzduchotechnická zařízení, zavírá protipožární klapky a zapíná požární ventilátory, otevírá světlíky, zapíná vzduchotechnická zařízení únikových cest a pomocí pohonů ovládá dveře pláště budovy. Po jejich otevření teprve smí spustit odvody tepla a kouře (linka RS-232, protokol EsserNet).

Zabezpečovací systém (EZS) je z hlediska TZB (technická zařízení budov) určen především pro monitorování stavu dveří (LAN, protokol Xserver).

U technologie výroby ledu jsou integrovány chladicí stroje Grasso. Do systému řízení budovy jsou pomocí komunikačního rozhraní přivedena všechna důležitá data z chladicích strojů (linka RS-485, protokol Monitron).

Pro výrobu chladné vody pro vzduchotechnická zařízení a zonální klimatizační jednotky (FCU – Fan Coil Unit) v lóžích a kancelářích slouží jednotky Trane, jež jsou rovněž datově integrovány do systému Desigo Insight. Obsluha tak má dokonalý přehled o fungování zařízení a případné poruchy může odstranit dříve, než by je pocítili uživatelé budovy (linka RS-232, protokol BACnet).

V celém objektu je přibližně 230 jednotek VZT, z toho okolo 120 klimatizačních. V nich je použito 84 měničů frekvence SED2 společnosti Siemens, které jsou přes komunikační převodníky připojeny na systémové řadiče. Prostřednictvím operátorského rozhraní je možné sledovat a nastavovat jejich parametry; to přispívá k hospodárnosti provozu (linka RS-485, protokol USS).

Samostatnou kapitolou je přepravní systém – výtahy, eskalátory a travelátory (systém Otis). U nich řídicí systém Desigo Insight monitoruje všechny provozní stavy a umožňuje jejich dálkové ovládání: spuštění, vypnutí a změnu směru. To má velký význam na začátku a na konci každé akce, kdy je třeba operativně měnit kapacity přístupových a odchozích cest. Celkem je v budově několik desítek těchto zařízení (linka RS-485, protokol Otis).

Obr. 4.

Obr. 4. Vzduchotechnické jednotky pro horní tribuny

O pohodlí hostů v lóžích se stará systém řízení osvětlení a rolet. Ovládací prvky jsou připojeny na sběrnici EIB, po které komunikují s místními ovladači i se systémem Desigo Insight. Tato vazba umožňuje dálkové centralizované ztlumení osvětlení při produkci, aby světla z lóží nerušila atmosféru v hale (EIB, OPC server).

Bezpečnostní funkci má integrace nouzového osvětlení. Systém hlásí stavy a poruchy svítidel na centrálu a značně tak usnadňuje údržbu. Kontrola nouzového osvětlení v celé hale je nyní záležitostí několika kliknutí myší (LON, OPC server).

Velmi významné jsou nouzový zdroj energie, dieselagregát a zdroje nepřerušitelného napájení (UPS). Do řídicího systému budovy jsou propojeny datovou linkou, po které se přenáší asi stovka hodnot a stavů: režim práce UPS, nutnost údržby, okamžitá kapacita baterií, připravenost agregátu, jeho výkon, napětí a proudy v jednotlivých fázích atd. (linka RS-485, protokol Modbus).

Rozvody elektrické energie jsou řízeny programovatelnými automaty Simatic. Ty jsou instalovány všude, kde je distribuována elektřina a jištěny jednotlivé okruhy: v energocentru, v rozvodnách i v transformovně. Simatic monitoruje a ovládá asi tisíc měřicích a spínacích míst (linka RS-422, RK512).

Pro monitorování stavu měřičů vody a tepla jsou použity měřiče s moduly pro sběrnici M-Bus (linka RS-485, protokol M-Bus).

Základní údaje o senzorech a stavech kolektorové stanice haly jsou přenášeny do řídicího systému pro kontinuální monitorování a případný rychlý zásah při havarijním stavu (linka RS-485, protokol Procon).

Obr. 5.

Obr. 5. Centrální časový program

Pro zajímavost lze uvést také integraci výměníkové stanice, která byla dodávána cizí firmou. Pro její řízení ovšem byl opět využit systém DDC od společnosti Siemens – řídicí stanice PRV. Tato řídicí stanice byla jako cizí zařízení rovněž integrována do řídicího sytému Desigo Insight (linka RS-485).

Vytápění

Vytápění haly Sazka Arena zajišťuje výměníková stanice (technologické schéma je na obr. 1), která se skládá ze tří výměníků o celkovém výkonu přibližně 15 MW. Regulace sekundárního okruhu je nastavena na konstantní výstupní teplotu 80 °C. Sekundární okruh výměníkové stanice poskytuje teplou vodu pro ekvitermní větev radiátorů, ekvitermní větev FCU, podávací větev pro jednotky VZT a větev pro potřebu ohřevu nádrže upravené vody strojovny ledu. Pro ohřev teplé užitkové vody (TUV) se využívá primární okruh výměníkové stanice. Jedna stanice TUV je přímo ve výměníkové stanici a druhá úhlopříčně na druhé straně haly v bojlerové stanici. Takto jsou zásobníky TUV rozmístěny pro optimální distribuci TUV po celé hale. Pro ohřev TUV ve výměníkové stanici se využívá také část ohřáté vody z nádrže věžové vody systému chlazení. Celý výkon výměníkové stanice je vypočítán i na plánovanou, ale nerealizovanou malou halu, v současné době je tedy výměníková stanice značně předimenzována. Pro pokrytí tepelných ztrát by postačil jen jeden až dva výměníky, a to navíc jen pro pokrytí špiček, zejména při startech vzduchotechnických zařízení. Navíc i v zimním období je třeba prostor haly spíše vychlazovat než přitápět. Při počtu okolo 7 000 návštěvníků relativně rychle rostou teploty vnitřních prostor. Celý systém tak pracuje na jednotky procent svého nominálního výkonu. Za těchto okolností bylo relativně těžké udržet bez kolísání konstantní výstupní teplotu na požadovaných 80 °C. Proto musel být jeden výměník ručně odstaven do doby realizace malé haly.

Chlazení pro vzduchotechniku a klimatizaci

Chladicí médium pro jednotky vzduchotechniky (VZT) a zonální klimatizační jednotky (FCU) zajišťuje unikátní systém, který je tvořen třemi chladicími stroji Trane a 41 chladicími tanky (ICE Tank). Systém (obr. 2) funguje ve čtyřech režimech. V prvním režimu (noc) se nabíjejí chladicí tanky, tj. je akumulován chlad pro předpokládanou denní spotřebu. Pro optimální využití je třeba mít smluvně stanovenou nižší noční sazbu odběru elektrické energie. Denní spotřeba chladu je v následujícím období v druhém režimu zprvu kryta z nabitých chladicích tanků. Po vypotřebování určitého množství naakumulované energie se ve třetím režimu přidávají chladicí stroje Trane a společně kryjí spotřebu. Po úplném vypotřebování naakumulované energie z chladicích tanků dodávají ve čtvrtém režimu samotné chladicí stroje Trane chladicí médium přímo do výměníků chlazení, kde je doregulován sekundární okruh. V hale Sazka Arena je systém tanků spíše využíván pro zvýšení kapacity chlazení, a tedy pro pokrytí spotřeby chladu, která je enormní zejména v letních měsících, ale také v přechodném období – zejména při hokejových zápasech, kdy je nutné udržovat teplotu v hale a speciálně nad ledovou plochou na co nejnižší možné hodnotě. Pro vychlazování kondenzátního okruhu chlazení slouží chladicí věže, které vychlazují nádrž věžové vody. Teplá voda přiváděná k chladicím věžím je zároveň využívána k ohřevu TUV ve výměníkové stanici, rozmrazování sněžné jámy (sníh přivezený rolbami z ledové plochy) a k ohřevu podloží ledové plochy.

Ledová plocha

Pro tvorbu ledové plochy je použit systém nepřímého chlazení (obr. 3). V primárních okruzích chladicích jednotek je chladivem čpavek, v sekundárním nízkotuhnoucí kapalina (jež není nebezpečná životnímu prostředí), která se systémem trubek rozvádí pod hrací plochu. Vlastní regulaci teploty čtyřcentimetrové vrstvy ledu zajišťuje systém MaR. Teplota ledové plochy je regulována čerpadlem, které je řízeno měničem frekvence. V betonové ploše je umístěno čtrnáct čidel, která nepřetržitě sledují teplotu plochy. Pro různé druhy využití ledové plochy (hokej, krasobruslení atd.) jsou požadovány různé teploty ledu. Zvláštní rozvody teplé vody jsou určeny k udržení stálé teploty základů a rozpouštění ledu.

Obr. 6.

Obr. 6. Přehled systému MaR včetně integrací

Systémy topení, chlazení pro VZT a FCU a systém tvorby ledové plochy jsou navzájem provázány a je zřejmá snaha o využití každé možnosti pro zlepšení hospodárnosti provozu haly.

Vzduchotechnická zařízení

Kromě klimatizačních jednotek jsou v hale Sazka Arena použity také požární, odtahové a další jednotky. Pro všechna zařízení VZT v podzemních úrovních (jednotka VZT se dvěma ventilátory na přívodu a odtahu, které jsou podle rozdílu tlaků řízeny měniči frekvence. Zřejmě nejvýznamnějšími jednotkami jsou jednotky VZT, které zásobují prostor haly. Jejich souhrnný výkon je přibližně 600 000 m3/h. Vzhledem k výšce haly a rozmístění tribun projektant vzduchotechniky zvolil uspořádání do čtyř skupin, a to horní tribuny, střed, dolní tribuny a plocha. Čtyři jednotky na horních tribunách mají nastavitelné vyústky, které řídí distribuci vzduchu pro zimní a letní období. Další dva páry jednotek zásobují střed, tedy tribuny v klubovém patře; osm jednotek VZT je instalováno pro dolní tribuny a poslední čtyři přivádějí vzduch na plochu. Hala je tedy zásobována celkem dvaceti jednotkami VZT. Většina jednotek umožňuje regulovat teplotu, vlhkost (odvlhčování) a kvalitu vzduchu. Ventilátory jsou pro správné nastavení a udržení tlakových poměrů řízeny měniči frekvence.

Celá hala pracuje v šesti různých režimech (velký hokej, malý hokej, velký koncert, malý koncert, klidový stav, zakonzervovaný stav). Každý režim vyžaduje specifické nastavení jednotek: např. při hokejovém zápasu je nutné zabránit mlžení nad ledovou plochou, v klidovém stavu je kladen důraz na úspory energie atd. Režimy se přepínají pomocí grafického rozhraní centrálního řídicího systému s využitím jediného centrálního vícestavového časového programu: obsluha pouze zvolí časový harmonogram událostí v daném dni nebo týdnu a několik desítek požadovaných veličin je nastaveno automaticky (obr. 5). Pro každou jednotku VZT, která je ovládána centrálním časovým programem, je možné volit, za kterého režimu má či nemá být spuštěna.

Vizualizační řídicí systém

Nad všemi těmito subsystémy pracuje řídicí a vizualizační systém Desigo Insight. Hlavním strojem v technologické síti je průmyslový počítač, v kterém běží SQL Server s historickými a událostními databázemi a jsou zde realizovány ty integrace, které nejsou připojeny přímo do systémových řadičů. SQL Server využívají i všechny ostatní pracovní stanice, takže projekt může být rychle a efektivně upravován a rozšiřován. Rozsáhlé možnosti systému byly využity již ve fázi zatěžkávacích zkoušek v březnu 2004, kdy se při plném obsazení haly zkoumalo chování jednotlivých systémů – klimatizace, kartových vstupních turniketů, ozvučení, světelného parku, zásobování apod. Systém Desigo Insight umožnil okamžité vyhodnocení klimatických parametrů v hale a během několika hodin měl provozovatel připraven protokol o zkoušce i s barevnými grafy a výpisy událostí. Ovládání vizualizačního systému Desigo Insight zastane v současné době jeden vyškolený pracovník. Při konání větší akce je v pohotovosti další pracovník. Ve stejné místnosti (technologický velín) je umístěn další nezávislý vizualizační systém Desigo Insight, který je využíván pro monitorování a řízení administrativní budovy Sazka. Spojení mezi halou a budovou zajišťuje optický kabel.

Závěr

Závěrem lze říci, že realizace projektu haly Sazka Arena v tak krátké době, při dodržení vysokého standardu odvedených prací, nemá v ČR a ani v Evropě obdobu. Česká republika má v současné době nejmodernější krytou halu v Evropě, a to zejména díky obrovskému nasazení jak pracovníků společnosti Siemens, tak všech ostatních dodavatelských firem.

Ing. Martin Ženíšek,
Siemens, s. r. o.

Siemens, s. r. o.
divize Automatizace a pohony
Evropská 33a
160 00 Praha 6
tel: 233 032 411
http://www.siemens.cz/ad