Terminem „inteligentny budynek” określane są obiekty posiadające zintegrowany system zarządzania, obejmujący wiele autonomicznie pracujących układów automatyki. Dzięki temu każdy system dysponuje informacją o zmianie stanu innego systemu, co pozwala na kompleksowe śledzenie wszystkich procesów zachodzących w budynku oraz spójne nimi sterowanie.
Podstawową cechą domu inteligentnego jest integracja instalacji i urządzeń elektrycznych. Można sterować oświetleniem, systemami alarmowymi, klimatyzacją, ale także takim wyposażeniem, jak urządzenia audio-video, telefon, komputer. Sterowanie i kontrola mogą być prowadzone przy wykorzystaniu różnych technologii, zależnie od tego, jaki system elektroinstalacyjny zastosowano przy tworzeniu instalacji.
Systemy inteligentne wykorzystywane w budynkach mieszkalnych różnią się w oczywisty sposób od tych stosowanych w dużych budynkach użyteczności publicznych. Ma to związek z różnorodnością zadań systemu w każdym z rodzajów budynku. W budynkach mieszkalnych nacisk położony jest przede wszystkim na komfort, bezpieczeństwo, wygodę i funkcjonalność. Na przykład, jeżeli czujnik gazu wykryje zbyt duże stężenie gazu w pomieszczeniu, to automatycznie uruchomi system ostrzegawczy, odetnie dopływ gazu i prądu do zagrożonych pomieszczeń, uruchomi wentylację na maksymalnym poziomie oraz powiadomi odpowiednie służby i właściciela o zagrożeniu.
Obecnie w budynkach mieszkalnych można spotkać kilka rodzajów przedstawionych systemów.
System EIB
System EIB jest zdecentralizowanym systemem służącym do załączania, sterowania, sygnalizowania, regulacji i nadzoru urządzeń elektrotechnicznych, w które wyposażony jest dom i jego otoczenie. Jego głównym zadaniem jest scalenie instalacji, które w normalnych warunkach pracują same, tak by zachowały swoje funkcje, współpracując ze sobą. Struktura każdego systemu EIB jest inna. Zależy ona od indywidualnych potrzeb domowników.
Stosowanie EIB niesie za sobą wiele korzyści, do których należy m. in. Podniesienie funkcjonalności budynku oraz możliwość konfiguracji i powiązań między poszczególnymi elementami.
Jednym z zadań systemu EIB jest sterowanie oświetleniem. Z racji tego, że większość czasu, jaki spędzamy w domu, przypada na godziny popołudniowe i wieczorne, niezwykle ważne jest dobranie właściwego oświetlenia. Dzięki systemowi EIB możliwe jest regulowanie oświetlenia np. w taki sposób, że światło jest gaszone, gdy wszyscy zasną lub wyjdą z domu. Należy jedynie zaprogramować, który obwód będzie zapalany po wykryciu ruchu przez czujniki. W łazience funkcję zapalania najlepiej powiązać z elementami reagującymi na otwieranie i zamykanie drzwi. Sygnały z czujników powodują, że światło zapala się i gaśnie w zależności od obecności użytkownika wewnątrz pomieszczenia. Dzięki czujnikom ruchu oświetlane są pomieszczenia, w których przebywamy sporadycznie, np. WC, spiżarnia, garderoba. Nocą światła włączają się po wykryciu ruchu i świecą z mniejszą mocą, by nie oślepiać. Sterowanie oświetleniem może odbywać się za pomocą czujników przyciskowych, czujników ruchu, przy użyciu pilota albo automatycznie przez zaprogramowany czujnik lub zegar.
EIB umożliwia również regulację ogrzewania w taki sposób, że pomieszczenia, w których nikt nie przebywa, są minimalne ogrzewane. Dzięki temu koszty ogrzewania są znacznie niższe. Termostaty zamontowane w pomieszczeniach wysyłają sygnał potrzebny do uruchomienia lub wyłączenia ogrzewania. Aby ogrzewanie automatycznie się wyłączyło podczas wietrzenia pomieszczeń, w oknach zostały zainstalowane wyłączniki krańcowe. Dzięki stosowaniu regulacji ogrzewania możliwe jest osiągnięcie różnych temperatur w pomieszczeniach w zależności od potrzeb (tzw. strefowe ogrzewanie).
Jednak najbardziej przydatną funkcją systemu EIB jest ochrona domu i zapewnienie mu bezpieczeństwa. W przypadku wykrycia jakiegokolwiek zakłócenia uruchamiany jest system alarmujący. Uaktywnienie czujnika dymu powoduje włączenie wszystkich świateł w celu ułatwienia ewakuacji, wyłączenie urządzeń w kuchni i powiadomienie straży pożarnej. Przed wyjściem z domu system informuje o niedomkniętych drzwiach lub oknach. Ponadto wykrycie dużego stężenia dwutlenku węgla spowoduje włączenie wentylatora, a czujnik deszczu domknie okna w razie ulewy. Najmniejszy układ EIB zawiera dwa urządzenia komunikujące się ze sobą przez magistralę i jeden zasilacz. Magistrala łatwo dopasowuje się do wielkości instalacji i może być rozbudowana do ponad 14 000 elementów. Komunikacja między poszczególnymi urządzeniami magistralnymi jest możliwa dzięki tzw. adresom.
EIB to system zdecentralizowany. Każdy jego element jest autonomicznym układem mikroprocesorowym. Przesyłanie danych odbywa się za pomocą przewodu magistralnego, który jednocześnie zasila urządzenia napięciem stałym 24V. Takie zasilanie umożliwia transmisję symetryczną sygnałów, co oznacza dodatkową odporność na zakłócenia elektromagnetyczne. Polecenia wysyłane są przez sensory (np. przyciski, czujniki ruchu) dwużyłowym kablem i odbierane przez aktory.
Aktory odbierają i wykonują polecenia, które w postaci telegramów otrzymują od sensorów. Sensory przekształcają zdarzenia fizyczne, np. naciśnięcie klawisza, w telegramy o określonej strukturze i wysyłają je na magistralę.
Podstawowe urządzenia sterujące to: przyciski, wejścia cyfrowe, wejścia analogowe, regulatory temperatury, czujniki ruchu i obecności, zegar sterujący. Urządzeniami odbierającymi są m. in.: sterowniki żaluzji, urządzenia wentylacyjne, klimatyzacyjne, urządzenia oświetleniowe itp. Przekazywanie informacji (telegramów) odbywa się na zasadzie kodowania binarnego. Stany logiczne są określane na podstawie przepływu prądu lub jego braku. Jeżeli nastąpiło zdarzenie, np. przyciśnięty został przycisk, na magistralę zostaje wysłany telegram. Urządzenia magistralne sprawdzają jego poprawność, a wszystkie urządzenia otrzymujące dany telegram potwierdzają jego odbiór. Telegram składa się z trzech części: nagłówka, rdzenia, części kontrolnej. Na nagłówek składają się część sterująca, adres nadawcy, adres odbiorcy, licznik kontroli przejścia oraz część informująca o długości informacji użytecznej.
EIBA — stowarzyszenie zarejestrowane w 1990 roku w Brukseli, którego celem jest promocja Building System Enginierung jako zunifikowanego dla całego rynku. EIBA zajmuje się nadawaniem znaku EIB, przygotowaniem warunków technicznych i testów aparatów, pomocą w przygotowywaniu krajowych< i międzynarodowych standardów oraz opracowaniem reguł certyfikacji i szkoleń. Obecnie do stowarzyszenia należy ponad stu producentów aparatów systemowych. EIBA opracowała system cyfrowego sterowania instalacją elektryczną budynków. Europejska Magistrala Instalacyjna stała się w krajach Unii standardem już dominującym w dziedzinie instalacji elektrycznych. Europejski standard EIB umożliwia komunikację urządzeń z różnych branż pochodzących od różnych producentów.
System LCN
Pośród systemów domu inteligentnego warto zwrócić uwagę na system LCN (Local Control Network), który powstał na początku lat 90. w Niemczech. Odznacza się on prostym sposobem instalacji, do którego nie jest potrzebna ogromna wiedza i doświadczenie. Do realizacji można zatrudnić nawet przeciętny zakład elektroinstalacyjny, co jest szczególnie ważne na polskim rynku budowlanym, gdzie brakuje odpowiednich fachowców.
System LCN działa na standardowej instalacji elektrycznej, wykorzystując typowe kable elektryczne. Do tego, by system funkcjonował, potrzebne są głębsze puszki podtynkowe oraz jedna dodatkowa żyła, łącząca moduły umieszczone w puszkach oraz w rozdzielni. Zapewnia transmisję danych pomiędzy nimi. Dzięki takiemu rozwiązaniu możliwe jest sterowanie z dowolnego pomieszczenia wybranym urządzeniem elektrycznym.
Do ogólnych funkcji systemu LCN możemy zaliczyć:
1) sterowanie i programowanie funkcją oświetlenia;
2) centralne sterowanie dowolnymi grupami oświetleniowymi przez naciśnięcie tylko jednego przycisku;
3) sterowanie roletami, żaluzjami i markizami;
4) funkcję wyłączeniową wszystkich odbiorników energii elektrycznej po opuszczeniu domu przez mieszkańców;
5) symulację obecności domowników podczas pobytu na urlopie (żaluzje opuszczają się automatycznie, oświetlenie jest sterowane automatycznie itp.);
6) zamianę funkcji dzwonka do drzwi na migotanie światła w budynku, co umożliwia zachowanie ciszy w domu;
7) kontrolę alarmową, polegającą na powiadamianiu odpowiednich służb w wypadku zagrożenia i niebezpieczeństwa.
Drugą bardzo ważną funkcją, jaką może sterować system LCN, jest regulacja ogrzewania i klimatyzacji. System automatycznie może regulować temperaturę wewnątrz każdego z pomieszczeń w zależności od pory dnia, temperatury na zewnątrz i osobistych przyzwyczajeń. Podczas wietrzenia następuje automatyczne wyłączanie ogrzewania lub klimatyzacji. Powietrze w pomieszczeniach schładza się bez użycia klimatyzacji (automatyczne schładzanie w ciągu nocy). Regulacja temperatury następuje również poprzez sterowanie pracą okien. Regulacja czujnitemperatury ma szczególne znaczenie np. w ogrodach zimowych, w których może następować zbyt duże nagrzewanie się pomieszczenia.
System LCN ma zastosowanie we wszystkich częściach domu. W piwnicy może sprawować nadzór nad pracą pieca centralnego i klimatyzacji, sterować pracą sauny, basenu lub solarium, a ponadto — ostrzegać przed zalaniem pomieszczeń piwnicznych wodą.
W pomieszczeniach mieszkalnych na parterze system może w pełni automatycznie i punktowo regulować oświetleniem, bez konieczności korzystania z przełączników na ścianie. Natomiast kontrola drzwi wejściowych przez LCN, sprawdzający się jako system alarmujący o obecności nieupoważnionych osób w domu, zapewnia nam bezpieczeństwo.
Na poddaszu najbardziej przydatna jest automatyczna regulacja okien połaciowych. System steruje oknami połaciowymi, zamykając je lub uchylając w zależności od pory dnia, padającego deszczu lub silnego wiatru. Ponadto dzięki niemu może następować automatyczne sterowanie przepływem powietrza na szybko nagrzewającym się poddaszu.
System może mieć również zastosowanie poza domem. Idealnie sprawdza się przy:
• sterowaniu instalacjami w ogrodzie (np. fontanną, nawadnianiem ogrodu itp.);
• sterowaniu bramami garażową i ogrodzeniową oraz ich nadzorze;
• sterowaniu oświetleniem zewnętrznym.
System obsługuje się za pomocą standardowych przycisków lub wielofunkcyjnych przycisków EiB. Sterowanie za pomocą panelu lub monitora dotykowego zapewnia duży komfort oraz prostszą obsługę. Wiele czynności możemy całkowicie zautomatyzować. Obsługa wszystkich wyżej wymienionych funkcji może następować poprzez pilot na podczerwień, który bez problemu zmieści się w kieszeni.
Zasadniczym elementem systemu LCN, dającym mu wszystko to, co odróżnia go od zwykłej instalacji, są tak zwane moduły logiczne — elementy składające się przede wszystkim z mikrokomputera z pamięcią. Są to niewielkie urządzenia, które montuje się w specjalnej szafce rozdzielczej lub w puszkach podtynkowych. W tym drugim przypadku można zdecydowanie zmniejszyć liczbę obwodów, a więc kabli ciągniętych między modułami, przełącznikami i czujnikami. Okablowanie wykonuje się częściowo przewodami trzyżyłowymi — jak w konwencjonalnej instalacji elektrycznej. Dodatkową — czwartą żyłę stosuje się pomiędzy modułami systemu LCN, aby mogły się ze sobą komunikować. Urządzenia działające w tym systemie są zasilane napięciem 230 V. Umożliwia to początkowe użytkowanie instalacji jako konwencjonalnej i stopniowe wprowadzanie „inteligencji” w miarę przypływu gotówki. Na początek inwestuje się tylko w dodatkową żyłę w przewodzie, bo późniejsze jego ułożenie oznaczałoby konieczność kucia bruzd w tynku. LCN umożliwia wykorzystywanie w systemie konwencjonalnych przycisków elektrycznych dowolnego producenta, co również przyczynia się do tego, że nie musi on być drogi. Jeśli chcemy, zamiast nich możemy oczywiście zastosować specjalne przyciski wielofunkcyjne lub panele dotykowe przeznaczone do instalacji inteligentnych.
Ustawianie parametrów w systemie LCN jest proste i bardzo obrazowe, a potrzebne funkcje można po prostu włączyć. Wiąże się to z faktem, że funkcje te są już zapisane i wystarczy je tylko „wywołać”. Część parametrów może zmieniać sam użytkownik w trakcie eksploatacji systemu, np. może sam ustawiać sceny świetlne zapisywać je pod dowolnie wybranym przyciskiem, a później przy pomocy tego przycisku przywoływać je. Dzięki dostępnemu programowi do wizualizacji programowanie staje się jeszcze prostsze, a obsługa obiektu— przyjemniejsza. Program ten umożliwia pokazanie na ekranie np. planów danego piętra z zaznaczeniem obecnych parametrów (tj. temperatury, natężenia oświetlenia, poziomu opuszczenia rolet, obecności osoby) w każdym pomieszczeniu i z możliwością zmian tych parametrów. LCN oferuje także tzw. panel dotykowy, przy pomocy którego możemy kontrolować i sterować całym obiektem, podobnie jak ma to miejsce w przypadku komputera z programem wizualizacyjnym.
Dawid Tamás
Marta Stasińska
www.kreodom.pl