Inteligentny dom i mieszkanie

Inteligentny dom i mieszkanie
Rys. 1. Schemat budowy domu inteligentnego, źródło: e-automatyka.pl
Większość osób na pytanie o inteligentny dom odpowiada, że to budynek, w którym po klaśnięciu w
dłonie zapala się światło, bądź też, że w takim budynku można zmieniać kanały w telewizorze
poprzez słowne wybranie odpowiedniej stacji. Przeciętny Polak postrzega urządzenia zastosowane w
takim domu jako niepotrzebne gadżety, stworzone głównie dla najbogatszych – tak naprawdę
niepotrzebne, ale robiące duże wrażenie. Jest to błędne pojmowanie idei inteligentnego domu czy też
mieszkania. Po pierwsze, inteligentny dom wcale nie musi być bardzo drogi – jest wręcz odwrotnie!
Rozwiązania zastosowane w takim budynku mają za zadanie obniżyć koszty związane z eksploatacją.
A urządzenia najbardziej rzucające się w oczy stanowią raczej dodatek niż podstawę całego systemu.
Ogólną koncepcją inteligentnego budynku jest stworzenie dla domowników takiego miejsca, które
zapewni im maksimum wygody oraz bezpieczeństwo, jednocześnie redukując koszty eksploatacji.
Połączenie tych wszystkich elementów sprawia, że nasz dom zaczyna „myśleć”, a my – przebywając
w nim – naprawdę czujemy się, jakbyśmy mieli do czynienia ze sztuczną inteligencją.
Oszczędność
Decydując się na budowę domu, zwracamy uwagę nie tylko na koszt wykonania, lecz coraz częściej
również na wydatki wynikające z przyszłej eksploatacji. Mając świadomość stale rosnących kosztów
energii, inwestorzy śmielej sięgają po projekty domów niskoenergetycznych. Zauważyć należy, iż nie
każdy dom niskoenergetyczny jest budynkiem inteligentnym, natomiast prawie każdy dom
inteligentny to budynek niskoenergetyczny1.
Jednym z głównych problemów w tego typu obiektach jest utrzymanie optymalnej temperatury
wewnątrz. Dom narażony jest na zmiany warunków zewnętrznych zarówno w ciągu roku, jak i w
ciągu doby, co powoduje wahania temperatury w środku. Dzięki indywidualnemu ustawieniu
parametrów pracy systemu grzewczego możemy uzyskać nie tylko komfort termiczny, ale również
znaczne oszczędności energii. Z wielu pomieszczeń korzystamy sporadycznie, kilka godzin w ciągu
doby. Po co więc tracić energię na ich ogrzewanie? Można tam bez problemu utrzymywać niższą
temperaturę. Należy ustawić harmonogram ogrzewania konkretnych pomieszczeń, który wpasuje się
w nasz styl życia, zmieniając warunki panujące w domu nawet kilkukrotnie w ciągu jednego dnia.
Jest to tak zwany system personalizacji. W porze porannej system skieruje swoją uwagę na
ogrzewanie pomieszczeń kuchni, jadalni czy łazienki. Po śniadaniu, gdy cała rodzina opuszcza
mieszkanie, temperatura w całym budynku może zostać bez problemu obniżona. Wieczorem
natomiast najbardziej „eksploatowanym” pomieszczeniem jest salon – nie potrzeba, aby w kuchni czy
sypialni była taka sama temperatura. Gdy dzieci odrabiają pracę domową, do ich pokojów
skierowany zostaje strumień ciepłego powietrza. System jest pomocny również w sytuacjach
ekstremalnych. Pozwala on na ustawienie automatycznego wyłączania ogrzewania w pomieszczeniu,
w którym wykrył na przykład otwarte okno. Wszystko to można w bardzo prosty sposób ustawić na
ekranie wyświetlaczy umieszczonych w różnych pomieszczeniach, które dodatkowo podają dokładne
informacje o aktualnym stanie pomieszczenia tzn. wyświetlają temperaturę, wilgotność w
pomieszczeniu itp. Warto też zadbać o to, aby ciepło pochodziło ze źródeł odnawialnych – dzięki
temu będziemy mogli zmniejszyć nasz negatywny wpływ na środowisko. Dodatkowo nadmiar energii
możemy zmagazynować np. poprzez naładowanie naszego elektrycznego samochodu. Da nam to
poczucie spełnienia dobrego uczynku wobec całego społeczeństwa oraz oszczędność na drogim
paliwie.
Dokładnie taka sama sytuacja występuje w przypadku wykorzystywania systemów klimatyzacji
pomieszczeń latem. System ten potrafi dokładnie dopasować temperaturę we wszystkich
pomieszczeniach i tak skierować strumień powietrza, by chłodził tylko te pomieszczenia, które
chcemy. Podobnie jak w kwestii ogrzewania – system wyłączy klimatyzację, gdy wykryje, że w
pomieszczeniu aktualnie schładzanym ktoś otworzył okno.
Drugim bardzo ważnym aspektem związanym ze stratami energii jest oświetlenie. I nie ważne, jaka
jest pora dnia, czy jakie aktualnie wykonujemy prace. Światło jest tym elementem, który kształtuje
nasze poczucie komfortu. W momencie gdy go potrzebujemy, zawsze pamiętamy by je włączyć.
Natomiast problem pojawia się wtedy, gdy już nie jest nam potrzebne, bądź też nie potrzebujemy go
tak wiele. Często po prostu zapominamy wcisnąć wyłącznik. Z pomocą w takiej sytuacji przychodzi
system, dzięki któremu możemy łagodnie ściemnić lampy, jak również indywidualnie dopasować moc
oświetleniową do aktualnego zapotrzebowania. Przykładowo: wchodzimy do salonu i bierzemy do
ręki gazetę z programem telewizyjnym (oświetlenie w tym momencie ustawione jest na 100%),
jednak po chwili, gdy już skończymy lekturę, moc lamp może osłabnąć, aby zapewnić nam
odpowiednią ilość światła. Innymi słowy, możemy ustawić system tak, aby idealnie wpasował się w
nasz tryb życia. Oczywiście wymaga to zastosowania odpowiednich świetlówek. Muszą być one
wyposażone w elektroniczne zapłonniki (EVG). Samo zastosowanie tych świetlówek zmniejsza
zużycie energii o ok. 20%, a w połączeniu z automatycznym sterowaniem może dać nawet ok. 60%
oszczędności energii przeznaczonej na oświetlenie. Część pomieszczeń można wyposażyć w lampy
LED, co również obniży zapotrzebowanie na energię.
Bezpieczeństwo
Każdy chciałby czuć się w swoim domu bezpiecznie, dlatego wiele tradycyjnych obiektów
wyposażonych jest w różnego rodzaju czujniki. Jedne służą do pomiaru zawartości dymu, inne
natomiast na jakikolwiek ruch przed domem reagują zapaleniem się świateł. Takie systemy są dość
popularne i nie wywołują u nikogo zdziwienia. Budynki inteligentne posiadają jednak również wiele
innych ciekawych rozwiązań. Najważniejszą kwestią pod względem bezpieczeństwa jest
automatyczne sterowanie roletami antywłamaniowymi. Możemy je ustawić w taki sposób, aby
samoczynnie zamykały się w chwili, gdy wszyscy domownicy opuszczają dom, bądź też wieczorem,
gdy chcemy zapewnić sobie więcej prywatności. Dodatkowo nasz system będzie automatycznie
reagował na jakiekolwiek zmiany pogodowe. Zamknie rolety podczas podmuchów bardzo silnego
wiatru, czy też domknie okna dachowe podczas opadów deszczu. Zareaguje również bardzo szybko w
przypadku awarii. Gdy wykryty zostanie niekontrolowany wyciek wody z instalacji, system
natychmiast zamknie zawór główny. Identycznie zadziała w przypadku wykrycia przez detektory
nieszczelności w instalacji gazowej. W razie zaprószenia ognia uruchomione zostaną zraszacze. W
ekstremalnych przypadkach system może nawet automatycznie powiadomić odpowiednie służby
ratunkowe. Często również po wyjściu z domu zastanawiamy się, czy na pewno wyłączyliśmy żelazko
bądź jakieś inne urządzenie, które nie zabezpieczone może spowodować zagrożenie. Rozwiązanie
tego problemu jest bardzo proste, wystarczy przy drzwiach wyjściowych zainstalować wyłącznik
główny. W chwili opuszczania naszego domu, automatycznie zostaną wyłączone wszystkie
urządzenia takie jak np.: żelazko czy kuchenka.
Innym bardzo ważnym rozwiązaniem poprawiającym bezpieczeństwo – nie tyle samych mieszkańców,
co całego budynku – jest symulacja obecności domowników. Gdy opuszczamy nasz dom na dłuższy
czas, na przykład wyjeżdżając na urlop, system będzie robił odwrotne wrażenie. Dzięki zapalaniu
świateł czy podnoszeniu i opuszczaniu rolet, obserwatorowi z zewnątrz wyda się, że faktycznie ktoś
cały czas przebywa w domu. Dodatkowo cały budynek, jak również teren wokoło niego, możemy
wyposażyć w system inteligentnych kamer. Gdy coś zaniepokoi któregoś z domowników, na ekranie
dowolnego telewizora możemy wyświetlić, co dzieje się w każdym miejscu wewnątrz bądź na
zewnątrz naszego domu.
Wygoda
Dom budzi Cię poprzez włączenie Twojej ulubionej stacji radiowej. Temperatura w każdym
pomieszczeniu jest już idealnie dopasowana. Rolety w sypialni unoszą się, wpuszczając do niej
naturalne światło. Gdy wstaniesz z łóżka dzięki zastosowaniu czujników ruchu Twój dom oświetla Ci
drogę – najpierw do łazienki, gdzie czeka na Ciebie napełniona gorącą wodą wanna, następnie zaś do
kuchni, gdzie został uruchomiony już ekspres do kawy. Telewizor uruchamia się na kanale z
wiadomościami, a do domu wpuszczone zostaje świeże powietrze. Czyż to nie wspaniały początek
dnia? Tak może wyglądać każdy poranek w inteligentnym domu. Ciekawym rozwiązaniem jest
możliwość zaprogramowania całych sentencji zdarzeń. Wyobraźmy sobie taką sytuację: wychodzimy
z pracy i dostajemy telefon, że za pół godziny odwiedzą nas goście. W takiej sytuacji wystarczy za
pomocą swojego smartfona wybrać opcję „goście” i nasz dom wykona całą pracę za nas. Nastawi
odpowiedni poziom oświetlenia, stosowną temperaturę w salonie, a z radia cicho poleci odpowiednia
muzyka.
W tym miejscu warto zwrócić uwagę na fakt, że inteligentny dom wcale nie musi być budynkiem
nowym. Właściciele starszych, tradycyjnych obiektów również mogą je zmienić na budynek
inteligentny. Oczywiście jest to dość trudne i często będzie się wiązać zarówno z remontami, jak
również ze sporym wydatkiem. Jednak, jeśli dobrze się postaramy, to dużo urządzeń może być
ukrytych np. w sufitach podwieszanych. Alternatywą jest łączenie urządzeń np. drogą radiową,
jednak trzeba pamiętać, że system radiowy jest raczej rozszerzeniem sieci przewodowej.
Jak to działa?
Jak już wcześniej wspomnieliśmy, inteligentny dom wyposażony jest w masę przeróżnych urządzeń,
sterowników i czujników. Dlatego o instalacji należy pomyśleć już na etapie projektowania domu.
Rodzi to pewne konsekwencje i problemy. Mianowicie, każde urządzenie potrzebuje zarówno
przewodu zasilającego, jak również sterującego. Przy dużych i dość „bogato” wyposażonych
budynkach, liczba kabli byłaby wręcz ogromna. Dodatkowo wszystkie systemy muszą ze sobą
współgrać. Rozwiązanie tego problemu przyszło w 1990 r. wraz z pojawieniem się systemu KNX/EIB.
Był to całkowicie nowy system, opracowany wspólnie przez czołowych europejskich producentów.
Miał on za zadanie zastąpić klasyczną instalację elektryczną, która nie mogła sprostać stale
rosnącym wymaganiom użytkowników. Połączone są w nim wszystkie funkcje zarządzania
budynkiem. Do wykonywanych przez system zadań należą: załączanie, sterowanie, sygnalizowanie,
regulacja i nadzór urządzeń elektrycznych zainstalowanych w budynku. Wszystkie urządzenia
znajdujące się w budynku podłączone są do wspólnej magistrali. Magistralę stanowi dwuparowy
kabel zasilający o przekroju żyły 0,8 mm, jej zasilanie to napięcie stałe 24 V. Tylko urządzenia
wykonawcze takie jak lampy czy siłowniki muszą być zaopatrzone w instalacje elektryczną o napięciu
230 V.
W tym systemie nie ma jednostki centralnej, dzięki czemu nie ma problemu z zatrzymaniem się
wszystkich urządzeń w wyniku awarii centrali. W skład technologii KNX/EIB wchodzą następujące
elementy:
●
●
●
sensory (urządzenia sterujące), które mają za zadanie innym urządzeniom wysyłać w formie
telegramów informacje takie, jak: rozkazy załączania bądź ściemniania czy też dane o wilgotności
bądź temperaturze,
aktory (urządzenia wykonawcze), które wykonują polecenia zawarte w telegramach od sensorów,
aktory/sensory czyli elementy, które łączą funkcję zarówno sensorów, jak i aktorów. Sensor wydaje
rozkazy bezpośrednio do aktora oraz do innych urządzeń KNX/EIB podłączonych do magistrali.
Rys. 2. Istota pracy systemu EIB/KNX, źródło: Inteligentne systemy zarządzania użytkowaniem
energii. Instytut na Rzecz Ekorozwoju przy współpracy Krajowej Agencji Poszanowania Energii,
Warszawa 2011
Technologia KNX/EIB jest bardzo elastyczna i można ją rozbudowywać w każdym kierunku. W
jednym takim systemie może znajdować się 15 obszarów zawierających 15 linii, a w każdej z nich
nawet po 255 urządzeń. Co daje nam 255x15x15 = 57 375 urządzeń! Mimo tak wielkich możliwości
system jest dość przejrzysty, dzięki zastosowaniu tylko jednego wspólnego przewodu sterującego.
System zarządzania automatycznym sterowaniem w budynku to BMS (Building Management
System). Jego zadaniem jest integrowanie instalacji występujących w obiekcie. Spaja on wszystkie
systemy w jedną całość, umożliwiając efektywne i oszczędne zarządzanie całym obiektem z jednego
miejsca.
Zyski
Dokładne wyliczenie zysków, które możemy osiągnąć z zainstalowania takiego systemu, jest bardzo
trudne. Wynika to z tego, że taki system daje wiele możliwości i koszt wykonania całej instalacji jest
uzależniony od indywidualnych wymagań inwestora. Przeciętnie dom inteligentny jest droższy od
domu tradycyjnego o 200 nawet do 500 zł/m2. Gdzie w najtańszym wariancie otrzymujemy tylko
montaż systemu włączania i wyłączania lamp, natomiast w przypadku najdroższym mamy wszystkie
systemy, o których była mowa w powyższym artykule. Spróbujemy jednak oszacować okres zwrotu
takiej inwestycji. W tym celu porównamy zyski dla 2 różnych pomieszczeń: gabinetu oraz pokoju. Na
pierwszym etapie policzono dla każdego z nich zużycie energii i koszty ogrzewania. Przyjęto
następujące wartości temperatur: od godziny 7:00 do 16:00 – 20⁰C, a od godziny 16:00 do 7:00 oraz
w soboty i niedzielę – 15⁰C. Poniżej przedstawiono obliczenia czasu amortyzacji systemu sterowania
ogrzewaniem:
Tab. 1. Obliczenia czasu amortyzacji systemu sterowania ogrzewaniem.
Źródło: „SALVE” Usługi Elektryczne Grzegorz Łomecki
Jak łatwo się domyślić amortyzacja następuje najszybciej w przypadku większych pomieszczeń,
wynika to z małych różnic między cenami elementów sterowania w dużych i małych pomieszczeniach.
Okresy amortyzacji w przyszłości mogą być jeszcze krótsze, gdy weźmie się pod uwagę stale rosnące
ceny energii oraz spadek cen technologii.
Inteligentne sieci
Wg dyrektywy Parlamentu Europejskiego2 w 2020 roku 80% użytkowników energii elektrycznej ma
być wyposażonych w inteligentne liczniki, co będzie początkiem inteligentnej sieci energetycznej
(Smart Grid). ISE daje możliwość bieżącej wymiany informacji między wszystkimi użytkownikami
sieci: producentami, konsumentami i tymi, którzy ją przesyłają. Dzięki inteligentnym licznikom
rachunki nie będą przedstawiały – tak jak obecnie – wartości prognozowanej, tylko rzeczywistą.
Każdy konsument w specjalnym panelu internetowym, bądź dzięki aplikacji w telefonie, zobaczy, ile
aktualnie prądu zużywa oraz jaki jest jego koszt. Dodatkowo dowie się, czy może w danym momencie
używać najbardziej energochłonnych urządzeń, nie przeciążając sieci. System ten pozwala
użytkownikowi na takie zarządzanie zużyciem prądu, aby zaoszczędzić. Ważnym elementem ISE z
punktu widzenia odbiorcy, wpływającym na jego interakcję z siecią, jest Infrastruktura Sieci
Domowej (ISD, z ang. HAN – Home Area Network). To lokalna sieć teleinformatyczna obejmująca
zasięgiem gospodarstwo domowe, nadzorowana przez aplikację użytkownika. Służy do wymiany
danych i sterowania automatyką budynku oraz niektórymi urządzeniami pozostającymi w dyspozycji
odbiorcy końcowego.
Podsumowanie
Inteligentny dom całkowicie zmienia sposób życia osób, które w nim mieszkają. Jest to dom na miarę
XXI wieku. Zastosowane w nim liczne rozwiązania bardzo ułatwiają życie i pozwalają jego
użytkownikom na niezawracanie sobie głowy sprawami, które do tej pory zajmowały dużo czasu.
System wykona te czynności za domowników, dzięki czemu zostaje im więcej czasu na realizowanie
swojego hobby czy też na spędzenie go ze swoją rodziną.
Przypisy:
1. Więcej informacji o domach niskoenergetycznych, energooszczędnych i pasywnych –
„Energooszczędne 4 kąty”, Wprowadzenie do budownictwa energooszczędnego i pasywnego.
2. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/72/WE z dnia 13 lipca 2009 r. dotycząca
wspólnych zasad rynku wewnętrznego energii elektrycznej i uchylająca dyrektywę 2003/54/WE.
Inż. Michał Ościłowski
Krajowa Agencja Poszanowania Energii S.A.
ChronmyKlimat.pl
Energooszczędne 4 kąty
KONTAKT
Energooszczędne 4 kąty
Tel: +48 22 851 04 02
Adres:
Nabielaka 15 lok 1
00-743 Warszawa