Czego można oczekiwać od budynku inteligentnego?

Koszt inteligentnego budynku w porównaniu do tradycyjnego jest wyższy o kilka do kilkunastu procent, w zależności od konkretnych rozwiązań i wyposażenia w systemy automatycznego sterowania. Im wyższy standard i więcej zabezpieczeń, tym inwestycja droższa. Potrzeby użytkowników powinny być bardzo starannie określone już na etapie programowania funkcjonalno-przestrzennego i zakresu wyposażenia budynku w urządzenia inteligentne.

Budynek przedstawia wartość szczególną. Wyróżnia się bowiem takimi cechami, jak ^[4]:
- powszechność użycia,
- wysokie koszty wytworzenia i utrzymania,
- wieloletnia trwałość (nawet kilkaset lat),
- elastyczność dopasowywania się do coraz nowszych celów, jakim ma służyć.
Budynek, aby dobrze spełniał określone zadania, musi być do nich odpowiednio przystosowany - dzięki określonej formie, podziałom wewnętrznym i aranżacji wnętrz, a także wyposażeniu we właściwe urządzenia techniczne. Określenie "inteligentny budynek" od początku budzi kontrowersje. Zwykliśmy uważać, że inteligencją obdarzone są jedynie istoty żywe, a przede wszystkim człowiek. Jak podaje Nowa Encyklopedia Powszechna PWN inteligencja jest to "cecha umysłu odpowiadająca za sprawność w zakresie myślenia, rozwiązywania problemów i innych czynności poznawczych; od poziomu inteligencji zależy (...) także sprawność działania w sytuacjach nowych i trudnych". W tym kontekście pojawiają się pytania, czy budynek potrafi myśleć, rozwiązywać problemy, działać w sytuacjach nowych i trudnych? W pewnym sensie tak - ma on "umysł" w postaci komputera sterującego pracą budynku, system automatycznego sterowania budynkiem odpowiadający systemowi nerwowemu, dzięki któremu rozpoznaje problemy i potrafi reagować na zaistniałe sytuacje, zaspakajając potrzeby użytkownika. Dostarcza mu odpowiedniej jakości powietrza, dba by temperatura mieściła się w określonych granicach, ostrzega, gdy zagraża pożar i próbuje go ugasić zanim się rozprzestrzeni, wie, kiedy uruchomić windę, schody lub drzwi, dba także o minimalizację kosztów.

Czego człowiek może zatem oczekiwać od budynku inteligentnego?

• zapewnienia bezpieczeństwa życia i mienia,
• sprawnego i niezawodnego działania wszystkich urządzeń, a tym samym niezawodności dostaw mediów,
• właściwych warunków mikroklimatu wewnętrznego (jakość powietrza, temperatura, światło),
• wspomagania pracy (sprawny i niczym niezakłócony obieg informacji, kontakt ze światem przez internet),
• zagwarantowania niskich kosztów utrzymania budynku,
• niskiego zapotrzebowania na energię i niskiej emisji zanieczyszczeń do środowiska,
• wysokiego komfortu (realizacja potrzeb behawioralnych człowieka, w tym także estetycznych),
• wysokiej wartości i atrakcyjności rynkowej,
• możliwości stosunkowo łatwego dostosowania do nowych, zmieniających się potrzeb (elastyczność, łatwość adaptacji).

Wymagania te zostały ujęte w licznych definicjach budynku inteligentnego, np.:
1. "Inteligentny budynek pomaga właścicielom budynku, zarządcom i użytkownikom realizować ich cele z uwzględnieniem kosztów, komfortu, bezpieczeństwa, długoterminowej zdolności adaptacyjnej i atrakcyjności rynkowej". ^[5]
2. "Inteligentny budynek to taki, który maksymalizuje efektywność działań użytkowników go wykorzystujących i pozwala na sprawne (efektywne) zarządzanie zasobami przy minimalnych kosztach eksploatacji". [European Intelligent Building Group].
3. "Inteligentny budynek jest budynkiem, który integruje różne systemy, aby skutecznie, w sposób skoordynowany zarządzać zasobami w celu zapewnienia jak najlepszego funkcjonowania jego użytkowników, maksymalizować oszczędności w zakresie inwestycji i kosztów operacyjnych oraz umożliwiać maksymalną elastyczność". [Intelligent Building Institute w Waszyngtonie].
Wszystkie definicje budynku inteligentnego podkreślają zgodnie, że powinien on zapewniać bezpieczeństwo, komfort, niskie koszty utrzymania, być łatwy w adaptacji i w zarządzaniu.

Cykl "życia" budynku obejmuje kilka zasadniczych faz rozwojowych, do których należą:

• planowanie realizacji budynku (wybór funkcji budynku, analizy lokalizacyjne, kalkulacje ekonomiczne, ustalenie standardu jakości),
• programowanie obejmujące szczegółowe określenie programu funkcjonalno-przestrzennego stanowiącego wytyczne projektowe,
• projektowanie (projekty architektoniczny i branżowe - koncepcje wstępne i projekt techniczny),
• realizacja projektu czyli wybudowanie i zasiedlenie budynku,
• użytkowanie obiektu,
• dostosowywanie do zmieniających się potrzeb (modernizacje, adaptacje, rozbudowy, dobudowy, remonty),
• sprzedaż lub likwidacja budynku, czyli jego wyburzenie i utylizacja.

Wszelkie decyzje dotyczące rodzaju instalacji w inteligentnym budynku, powinny być zatem podejmowane w fazie planowania inwestycji. Programowanie pozwala na przetestowanie kilku różnych wariantów standardu obiektu i wybór najbardziej adekwatnego do danej funkcji i zamierzeń inwestora. Jest to faza, w której najłatwiej dokonywać zmian i są one najmniej kosztowne. Zmiany decyzji projektowych w późniejszych fazach projektu technicznego, oczywiście, są możliwe lecz powodują zwiększenie kosztów i wydłużenie cyklu realizacyjnego. Na tym etapie możemy jeszcze dokonać zmian zasadniczych, dotyczących np. funkcji budynku, jego kubatury, liczby kondygnacji, kształtu i wielkości, a także koncepcji wyposażenia w odpowiednie systemy instalacyjne. W trakcie budowy również można wprowadzić zmiany, jednak już w ograniczonym zakresie. Faza użytkowania, jak uczy doświadczenie, może być także okresem modyfikacji podziałów wewnętrznych, instalacji czy też rozbudowy lub adaptacji do innych funkcji. Działania te jednak podejmuje się w ściśle określonych okolicznościach, tj. w momencie gdy spada atrakcyjność budynku, a tym samym jego wartość i trzeba - w celu poprawy tej sytuacji - dokonać radykalnych zmian. Powodują one jednak, że budynek może na okres przebudowy zostać wyłączony z użytkowania. Działania takie są bardzo kosztowne, dlatego też od obiektu wysokiej jakości wymaga się tzw. elastyczności i zdolności do adaptacji, czyli cech, które umożliwiają dokonywanie zmian w trakcie eksploatacji jak najniższym kosztem. Oznacza to projektowanie budynków o otwartym planie, w którym ścianki działowe montuje się bez naruszania ich struktury, a zużyte instalacje oraz elementy budowlane (np. elewacje) wymienia.
Takie podejście do procesów modernizacji jest możliwe, ponieważ na skutek rozwoju techniki i technologii budowlanej budynek stał się, ze struktury monolitycznej strukturą warstwową, o różnej wytrzymałości poszczególnych elementów, z możliwością ich indywidualnego projektowania i adaptacji. Wg Stewarta Branda ^[1] składa się on z 6 części (rys.1) o różnej trwałości (tab. 1).

Rys. 1

Tab. 1. Warstwy budynku wg Stewarta Branda tzw. "6 S" ^[1]

Konsekwencją tak rozumianego budynku jest zmiana w myśleniu o procesach projektowania i użytkowania. Warstwa konstrukcyjna, jako najbardziej trwała, powinna być projektowana jako maksymalnie otwarta i elastyczna, umożliwiająca dowolne zmiany funkcjonalne wewnątrz. Z pozostałych warstw dla budynku inteligentnego najważniejsze są dwie: instalacyjna i tzw. powłoka budynku.
Na tę pierwszą składają się zarówno elementy podnoszące komfort użytkowania (schody, windy, centralne ogrzewanie itp.), jak i "system nerwowy budynku", czyli instalacje systemu automatyki budynku oraz elektryczne, a także informatyczne służące do przetwarzania informacji.
Ta druga z kolei ma ogromny wpływ na kształtowanie mikroklimatu we wnętrzach. Powłoka (fasady i dach) jest "skórą", przez którą budynek oddycha, izoluje wnętrze od niekorzystnych warunków atmosferycznych zarówno w lecie, jak i zimą, doprowadza światło dzienne, ochrania użytkowników i określone pomieszczenia przed zbyt intensywnym słońcem poprzez system ruchomych, automatycznie sterowanych żaluzji. Na elewacjach znajdują się kamery monitorujące otoczenie, panele fotowoltaiczne wspomagające ogrzewanie, które mogą być również montowane na dachu. Ten ostatni jest zarazem miejscem instalowania anten przekaźnikowych umożliwiających kontakt z otoczeniem i światem.

W warstwie instalacyjnej najbardziej uwidaczniają się istotne różnice pomiędzy budynkiem tradycyjnym, konwencjonalnym a w pełni lub częściowo inteligentnym.
W uproszczeniu można powiedzieć, że w budynku inteligentnym funkcjonują dwa równoległe i uzupełniające się systemy instalacyjne (rys. 2) ^[3]:
1. system obsługi technicznej - odpowiedzialny za komfort człowieka. Tworzą go urządzenia mechaniczne, instalacje i wyposażenie techniczne zapewniające dostawę mediów, bezpieczeństwo oraz pracę urządzeń mechanicznych,
2. system automatycznego sterowania - który spełnia takie funkcje jak: elektroniczne sterowanie systemem technicznej obsługi budynku i zarządzanie budynkiem, komunikowanie się w budynku i na zewnątrz (telekomunikacja) poprzez dane komputerowe, głos, obraz i teletransmisję.

Rys. 2

Warstwa aranżacyjna, tj. podział i układ wnętrza obejmuje elementy, które umożliwiają elastyczne rozprowadzenie instalacji. Są to:

• sufity podwieszane,
• podłogi podniesione,
• szyby i kanały pionowe,
• kanały poziome,
• etażerki - tace na wspornikach pozwalające na prowadzenie sieci w układzie poziomym.

Wraz z terminem "inteligentny budynek", pojawiło się pojęcie "systemy dla budynków inteligentnych" (ang. IBS). Tworzą je elektroniczne elementy infrastruktury technicznej budynku odpowiedzialne za wszystkie funkcje usługowe, bezpieczeństwa i zarządzania.
W budynku inteligentnym mamy do czynienia z integracją m.in. systemów ^[7][3]:

• elektrycznych i zasilających,
• okablowania strukturalnego,
• audiowizualnych,
• oświetleniowych,
• sygnalizacji pożaru (SSP),
• sygnalizacji włamania i napadu (SSWN),
• kontroli dostępu (SKD),
• telewizji dozorowej (STVD),
• nagłaśniania ewakuacyjnego (PAS),
• transportu wewnętrznego,
• klimatyzacji i wentylacji,
• ogrzewania,
• telekomunikacyjnych,
• informatycznych,
• zasilania awaryjnego.

Dalszym wyposażeniem warstwy aranżacyjnej są urządzenia charakterystyczne dla budynku inteligentnego, a będące zewnętrznymi zakończeniami instalacyjnymi, takie jak ^[3]:

• czujniki, sensory odbierające sygnały z otoczenia:

- temperatury powietrza,
- wilgotności powietrza,
- szybkości przepływu powietrza,
- dymu i ciepła w systemie ppoż.,
- obecności osób w pomieszczeniu (kamery, fotokomórki),
- czytniki kart identyfikacyjnych w systemie kontroli dostępu,
- czujniki antywłamaniowe chroniące przed intruzami,

• urządzenia monitorujące i sterujące:

- zamkami poprzez rejestrację i reakcję na obecność lub nieobecność użytkownika w pomieszczeniu,
- zamkami poprzez kontrolę dostępu określonych osób do wnętrza,
- rejestrujące pracę komputera, telefonu, faksu, kamery,
- ściemniające, rozjaśniające i gaszące światło,
- odcinające dopływ ciepła,
- kamery monitorujące pomieszczenia,
- modemy, routery, protokoły,

• ekrany antyprzepięciowe.

Wszystkie te urządzenia umożliwiają funkcjonowanie budynku inteligentnego, a zarazem zmieniają sposób myślenia o projektowaniu wnętrz. Muszą one być:
- łatwo dostępne (co jest istotne w przypadku, gdy zachodzi konieczność ich obsługi i naprawy),
- łatwe do wymiany,
- usytuowane w odpowiednim miejscu,
- dobrze wkomponowane w wystrój wnętrza,
- zaprojektowane w odpowiedniej liczbie ułatwiającej szybkie zmiany w sposobie użytkowania.
Głównym zadaniem systemu inteligentnego budynku jest integracja działania poszczególnych jego elementów, tj. sterowania, monitorowania pracy urządzeń budynku, uruchamiania systemów bezpieczeństwa (ppoż., antywłamaniowego), wspomagania pracy facility managera na poziomie bezpieczeństwa, oprogramowania, sprzętowym oraz środków transmisji sygnałów. Podstawę stanowi system zarządzający Building Management System (BMS). Głównym jego zadaniem jest zarządzanie informacją (poprzez nadzorowanie pracy całej elektroniki) oraz pomoc osobom odpowiedzialnym za właściwe funkcjonowanie obiektu ^[2].
Od poziomu integracji systemów (rys. 3) zależy w głównej mierze standard budynku i określenie tzw. klasy budynku A, B lub C. Na rynku nieruchomości łączy się ją bardziej z luksusowym wyposażeniem bez podkreślenia, że główną rolę odgrywa tu przede wszystkim klasyfikacja techniczna. Jest to wskazówka, że na jakość i standard budynku oprócz rozwiązań technicznych składają się w bardzo dużej mierze rozwiązania architektoniczne, adekwatne do funkcji i oczekiwań inwestora i użytkowników. Wybór tego poziomu następuje w fazie programowania budynku ^[3].

Rys. 3

Określenie standardu budynku inteligentnego ^[7] z punktu widzenia czysto technicznego odnosi się głównie do jego infrastruktury technicznej. Każdy tego typu obiekt jest wyposażony w system zarządzający, integrujący instalacje w budynku, który tworzą jeden, kilka lub cała sieć komputerów klasy PC wyposażonych w odpowiednie oprogramowanie zarządzające. W tab. 2 i 3 podano, za M. Wachowskim ^[6], klasyfikację systemów zarządzania budynkami ze względu na ich złożoność oraz kategorię instalacji budynków inteligentnych, które ułatwiają zaklasyfikowanie budynku do poszczególnych kategorii i klas jakościowych.

Poszczególne klasy oznaczają (tab. 2):

• klasa "0" - brak podsystemów,
• klasa "1" - brak jakiegokolwiek systemu zintegrowanego (sterowania i wizualizacji),
• klasy "2" i "3" - wyposażenie w system wizualizacji (pełny lub niepełny),
• klasy "4" i "5" - system sterowania (pełnego lub niepełnego).

Aby precyzyjnie określić standard budynku inteligentnego, kategorie zintegrowania systemu należy uzupełnić oznaczeniem rodzaju i zakresu instalacji w obiekcie.

Tab. 2. Klasyfikacja systemów zarządzania budynkami pod względem ich złożoności ^{[6] [7]}

Zgodnie z klasyfikacją, kompletność instalacji określa się za pomocą "kategorii instalacji" (tab. 3):

• "A" - wyposażenie budynku w pełen asortyment systemów zabezpieczeń i sterowania,
• "B" - wyposażenie w systemy zabezpieczeń i sterowania mikroklimatem,
• "C" - wyposażenie tylko w systemy zabezpieczeń.

Tab. 3. Kategorie instalacji budynków inteligentnych ^{[6] [7]}

Taki podział - jak podaje Dorota Winnicka-Jasłowska ^[7] - podyktowany jest stanem wyposażenia obiektów w Polsce. Wciąż do rzadkości należą budynki w pełni inteligentne, w których mamy do czynienia z kilkunastoma systemami zabezpieczeń (dodatkowo wykrywanie dymu, gazu, TV użytkową itp.). Pełny obraz zaawansowania zastosowanych rozwiązań daje w efekcie połączenie klas i kategorii i tak obiekt klasy "5A" oznacza budynek o najwyższym standardzie technicznym, natomiast obiekt klasy "3C" praktycznie nie zasługuje na miano inteligentnego. "Posługiwanie się klasami i kategoriami jest dużym ułatwieniem w procesie składania ofert i rozmów pomiędzy inwestorami a realizatorami inwestycji. Dzięki takiej klasyfikacji dużo szybciej można określić, które systemy są lepiej dostosowane do życzeń użytkownika" ^[7].
Realizacja tak skomplikowanego projektu, jakim jest bez wątpienia budynek inteligentny, musi mieć swój cel i uzasadnienie, bo już na pierwszy rzut oka widać, że jest on droższy, a i eksploatacja stwarza daleko idące utrudnienia w porównaniu z tym tradycyjnym, co również wiąże się z dodatkowymi kosztami. Jak już wspomniano, głównym argumentm jest wysoki komfort pobytu w takim budynku. W połączeniu z atrakcyjną architekturą dobrze świadczy on zarówno o właścicielu, jak i użytkownikach, a ponadto, jak wykazały badania, wpływa pozytywnie na wydajność pracy. Specjaliści od zarządzania twierdzą, że zapewniając pracownikom doskonałe warunki (jakość powietrza, temperatura, oświetlenie), ciekawie zaaranżowane otoczenie oraz nowoczesne narzędzia pracy, można spodziewać się większej wydajności. Każde zakłócenie tej harmonii (np. zimno lub przegrzanie) odbija się negatywnie na wynikach działalności firmy, powodując dotkliwe straty widoczne zwłaszcza w przypadku dużych korporacji biznesowych. Ten argument zadecydował o tym, że pierwszymi budynkami inteligentnymi na rynku były właśnie biurowce. Podobnie rzecz ma się w przypadku banków i obiektów handlowych, które klient zadowolony z warunków będzie odwiedzał częściej.
Następnym ważnym powodem upowszechnienia się tego typu budynków w ciągu ostatnich 20 lat jest bezpieczeństwo nie tylko człowieka, ale także mienia ruchomego i nieruchomego. Wielkokubaturowy budynek, przynoszący ogromne zyski właścicielowi, mający dużą wartość rynkową jest zbyt cenny, aby narażać go na ryzyko związane z pożarem, wybuchem, trzęsieniem ziemi, wandalizmem czy napadem terrorystycznym. Również działalność biznesowa prowadzona w tego typu budynkach może być narażona na niebezpieczeństwa związane z kradzieżą lub ujawnieniem tajemnicy służbowej czy działaniami hakerów, zmierzającymi do przejęcia ważnych informacji.

Budynki inteligentne oprócz podniesionego komfortu pobytu, mają wiele innych zalet:

• zwiększone bezpieczeństwo - nie tylko standardowe ppoż., lecz także ochrona przed napadem, włamaniem, kradzieżą, awarią itp.,
• zabezpieczenie danych komputerowych i zapewnienie bezpieczeństwa tajemnicy służbowej,
• szybszy i tańszy obieg informacji,
• niezawodność funkcjonowania związana z ustawicznym monitorowaniem oraz komputerową kontrolą czasu użytkowania elementów wyposażenia (np. oświetlenia),
• oszczędności dzięki efektywnemu wykorzystaniu powierzchni (np. system Shared Office, wspólne użytkowanie miejsc parkingowych, sal konferencyjnych - stała automatyczna informacja o sposobie wykorzystania),
• zmniejszenie zużycia energii, wody i innych mediów,
• możliwość zarówno monitorowania różnych procesów, jak i bardziej precyzyjnego planowania wydatków związanych z utrzymaniem obiektu.

Inteligentny budynek w porównaniu do tradycyjnego jest droższy o kilka do kilkunastu procent, w zależności od konkretnych rozwiązań i wyposażenia w systemy automatycznego sterowania. Im wyższy standard i więcej zabezpieczeń, tym inwestycja bardziej kosztowna. Te potrzeby powinny być bardzo starannie określone na etapie programowania funkcjonalno-przestrzennego i zakresu wyposażenia budynku w urządzenia inteligentne. Firmy zwykle usiłują klientowi zaproponować wszystkie możliwe w danym przypadku rozwiązania, z uwagi na własny interes ekonomiczny. Jednak niepotrzebna instalacja lub gorzej, odejście w trakcie realizacji, od pierwotnego projektu w systemie automatycznego sterowania budynkiem lub zabezpieczeń może znacznie obniżyć jakość pozostałych elementów, a także uniemożliwić jego sprawne funkcjonowanie, narażając właściciela na dodatkowe koszty.
Wynika z tego, że budynek inteligentny jest nie tylko budynkiem, lecz także skomplikowanym urządzeniem technicznym, które musi być właściwie tzn. bezawaryjnie zarządzane, monitorowane, konserwowane i, z uwagi na wysoką wartość, stale dostosowywane do zmieniających się wymagań rynkowych. Zarządzanie tak zaawansowanym technicznie budynkiem wymaga specyficznej wiedzy. W odpowiedzi na to nowe zapotrzebowanie rynkowe, powstała w USA w latach 80. ubiegłego wieku nowa dziedzina naukowa i praktyczna zwana "facility management". Gromadzi ona wiedzę niezbędną dla zarządców budynków inteligentnych, których zadania są o wiele trudniejsze niż tych nadzorujących obiekty tradycyjne.

Literatura:

1. Brand S.: How Buildings Learn. What happens after they`re built, Penguin Books 1995
2. Łukaszewski J.: Systemy zarządzające inteligentnymi budynkami wg Honeywell [w:] materiałach konferencyjnych: Inteligentny budynek. Integracja systemów, Wrocław 1997
3. Niezabitowska E. (red.): Budynek inteligentny, t. I Potrzeby użytkownika a standard budynku inteligentnego, t. II Podstawowe systemy bezpieczeństwa w budynkach inteligentnych, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2005
4. Niezabitowski A.: Materiały do wykładów z facility management - maszynopis, Gliwice 1997
5. Robathan P.: Intelligent Buildings Guide, Intelligent Buildings Group and IBC Technical Services Limited, London 1989
6. Wachowski M.: Klasyfikacja budynków inteligentnych [w:] "Inteligentny budynek. Integracja systemów" nr 4/98
7. Winnicka-Jasłowska D.: Określenie standardu budynku inteligentnego [w:] Budynek inteligentny pod red. Elżbiety Niezabitowskiej, t. I, Potrzeby użytkownika a standard budynku inteligentnego, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2005

Rysunki i wykresy - autorka