Inteligentny dom – zaawansowane systemy automatyki dla maksymalnego komfortu i efektywności energetycznej

Inteligentny dom to budynek wyposażony w zaawansowany technicznie system automatyki, który pozwala na taką pracę poszczególnych instalacji domowych, aby mogły zapewnić jak największy komfort i wygodę mieszkańcom danego obiektu, a jednocześnie przynosić oszczędności wynikające ze zmniejszenia kosztów jego eksploatacji.

Spis treści

1. Co to jest inteligentny dom?
2. Inteligentne domy - elementy systemu
3. Inteligentny dom – sposoby wykonania systemu
4. Standardy komunikacji w inteligentnym domu
5. Jakie funkcjonalności oferuje inteligentny dom?
6. Inteligentny dom – sterowanie instalacją elektryczną, oświetleniem i roletami
7. Inteligentny dom – sterowanie ogrzewaniem, klimatyzacją i wentylacją
8. Inteligentny dom – zarządzanie systemami bezpieczeństwa
9. Inteligentny dom jako całość

Co to jest inteligentny dom?

Inteligentny dom to obiekt wyposażony w nowoczesne systemy sterowania, które mogą być wykorzystywane praktycznie w każdej instalacji budynkowej. Automatyka zapewnia ich odpowiednią pracę i możliwość zarządzania nimi, ale co istotniejsze, pozwala na optymalizację działania poszczególnych instalacji. Prowadzi to m.in. do zwiększenia ich wydajności, jak również przekłada się na wzrost efektywności energetycznej całych obiektów. Systemy inteligentnego domu przynoszą więc wymierne korzyści finansowe, a także – tak ważne w dzisiejszych czasach – środowiskowe.

Inteligentne domy - elementy systemu

Inteligentne domy opierają się na tzw. Internecie Rzeczy (ang. Internet of Things), czyli nowoczesnej koncepcji urządzeń, które potrafią łączyć się z innymi urządzeniami i internetem. Systemy automatyki mogą kontaktować się z różnego rodzaju sprzętami instalacji budynkowych czy AGD i RTV oraz zarządzać ich pracą, więc automatyka budynków sama w sobie stanowi część koncepcji Internetu Rzeczy.

Do najważniejszych urządzeń, w jakie wyposaża się inteligentny dom należą: jednostka centralna, sensory oraz aktory. Ta pierwsza w wielu realizacjach jest podstawowym elementem, ponieważ odpowiada za zarządzanie całym systemem inteligentnego domu. Dostępne są jednak również rozwiązania rozproszone, w których jej obecność nie jest wymagana do pełnoprawnej pracy instalacji.

Inteligentny dom to również sensory, czyli wszystkie urządzenia zbierające dane niezbędne do inteligentnego sterowania systemem. Najważniejsze z nich to:

• czujniki temperatury – umożliwiają pomiar temperatury wewnętrznej, panującej w poszczególnych pomieszczeniach budynku, a także zewnętrznej; urządzenia te często są zintegrowane z czujnikami wilgotności powietrza;
• czujniki natężenia oświetlenia – w zależności od modelu zbierają informacje o poziomie oświetlenia we wnętrzach i/lub na zewnątrz inteligentnego domu;
• czujniki ruchu – wykrywają ruch, co może być wykorzystywane przez inteligentny dom do realizowania wielu różnych funkcji związanych z zarządzaniem oświetleniem, ogrzewaniem czy wentylacją; dostępne są również wersje przeznaczone specjalnie do wykrywania intruzów przez systemy alarmowe;
• czujniki obecności – podobnie jak czujniki ruchu potrafią wykrywać ruch, ale są znacznie bardziej precyzyjne, dzięki czemu mogą określić obecność użytkownika, który niewykazuje dużej aktywności, np. czyta książkę, co może mieć znaczenie w przypadku zarządzania oświetleniem czy wentylacją inteligentnego domu;
• czujniki alarmowe – różnego rodzaju elementy zapewniające ochronę budynku i bezpieczeństwo jego użytkownikom, mogą wykrywać gaz (np. tlenek węgla), dym czy wodę;
• stacje pogodowe – umożliwiają pomiary wielu różnych parametrów (temperatura powietrza, wilgotność powietrza, opady, prędkość wiatru czy natężenie oświetlenia), dzięki którym inteligentny dom otrzymuje cenne informacje, które mogą być wykorzystane w wielu instalacjach technicznych.

Aktory to z kolei urządzenia wykonawcze, realizujące działania podejmowane przez inteligentny dom (na podstawie zebranych danych lub harmonogramu zaprogramowanej pracy) bądź jego użytkownika. Mogą to być elementy, takie jak: przekaźniki włączające/wyłączające zasilanie odbiorników, włączniki i ściemniacze oświetlenia, siłowniki sterujące zaworami, pompy (np. instalacji c.o.) czy napędy (np. żaluzji).

Inteligentny dom – sposoby wykonania systemu

Na rynku dostępnych jest wiele rozwiązań, z wykorzystaniem którym można zrealizować inteligentny dom. Jednym z najważniejszych kryteriów podziału systemów automatyki inteligentnego domu jest sposób komunikacji – można tu wyróżnić systemy:

• przewodowe,
• bezprzewodowe
• mieszane.

Pierwsze z nich sprawdzą się przed wszystkim w nowo wznoszonych budynkach, ponieważ, aby zrealizować inteligentny dom na nich bazujący konieczne jest poprowadzenie przewodów łączących poszczególne elementy systemu. Oczywiście tego typu rozwiązanie można wdrożyć w istniejącym obiekcie, ale będzie to się wiązało z kuciem ścian lub z natynkową instalacją przewodów – co jest zazwyczaj mało estetyczne. Z tego względu dobrym pomysłem może być realizacja takiego systemu podczas planowanego remont u budynku.

Komunikacja w tego typu rozwiązaniach opiera się zazwyczaj na wykorzystaniu przewodów tradycyjnej instalacji elektrycznej (PL, ang. Power Line) lub na specjalnie do tego celu przeznaczonej magistrali, którą może stanowić np. para przewodów skręconych (TP, ang. Twisted Pair).

Inteligentny dom może również bazować na systemach bezprzewodowych, które przeznaczone są do stosowania zarówno w nowych, jak i już istniejących obiektach. W tym przypadku problem prowadzenia przewodów nie występuje, ponieważ elementy inteligentnej instalacji komunikują się ze sobą zdalnie, za pomocą fal radiowych o określonej częstotliwości, wykorzystując do tego celu różne standardy. Urządzenia mogą być zasilane sieciowo lub bateryjnie.

Ostatnim typem są systemy mieszane, które pozwalają na połączenie wspomnianych wcześniej rozwiązań. W miejscach, gdzie jest to możliwe, stosuje się urządzenia przewodowe, w innych przypadkach – te komunikujące się bezprzewodowo. Systemy tego typu zapewniają pełną współpracę obu rodzajów urządzeń i bardzo dobrze sprawdzą się podczas wprowadzania zmian lub rozbudowy inteligentnych domów o nowe funkcjonalności.

Standardy komunikacji w inteligentnym domu

Urządzenia w które wyposaża się inteligentny dom, zarówno te działające przewodowo, jak i bezprzewodowo, kontaktują się ze sobą, wykorzystując do tego celu różne protokoły komunikacji (np. KNX, ZigBee czy Z-Wave). Najogólniej można tu wyróżnić dwa rodzaje systemów:

• zamknięte (tzw. firmowe) – bazujące na technologiach autorskich konkretnych producentów,
• otwarte – w których zastosowano niezależne standardy komunikacji urządzeń, czyli niezwiązane z konkretnymi producentami.

Zamknięte systemy inteligentnego domu często służą jedynie do wykonywania ściśle określonych zadań (ale nie jest to regułą) w instalacjach, do których są przeznaczone (np. sterowanie ogrzewaniem czy wentylacją), i mogą nie oferować wszystkich funkcji potrzebnych do integracji działania poszczególnych urządzeń z punktu widzenia systemu automatyki jako całości. Ponadto oparte są na technologiach konkretnych producentów, które często nie są kompatybilne z innymi rozwiązaniami, co może znacznie utrudnić, a nawet uniemożliwić ich połączenie, a także skomplikować ewentualną rozbudowę czy modernizację systemu inteligentnego domu.

Inteligentny dom może również bazować na systemach otwartych, które zapewniają pełną współpracę elementów oferowanych przez różnych producentów, co umożliwia ich łatwą rozbudowę, zarówno o nowe urządzenia, jak i funkcjonalności. Obecnie jedne z najbardziej popularnych systemów to:

• KNX – otwarty, oparty na trzech europejskich protokołach EHS, EIB i BatiBUS, rozwijanych od początku lat 90.; rozproszony, w którym każdy element jest wyposażony we własny mikroprocesor odpowiadający za komunikację, zapewnioną przez magistralę za pomocą czterożyłowego, ekranowanego przewodu; bardzo popularny standard, zatwierdzony jako norma międzynarodowa ISO/IEC14543-3;
• ZigBee – otwarty, popularny na rynku, bazujący na bezprzewodowej transmisji danych i sieci typu MESH, charakteryzujący się m.in. małym poborem energii, łatwością tworzenia rozbudowanych instalacji oraz dużym wsparciem producentów, a co za tym idzie – szeroką ofertą dostępnych produktów;
• Z-Wave – częściowo zamknięty, oparty na bezprzewodowej transmisji danych i sieci typu MESH; zbliżony do konkurencyjnego ZigBee, ale pracujący w niższych częstotliwościach, przez co mniej podatny na zakłócenia wywoływane np. przez sygnały pochodzące z wi-fi, a także charakteryzujący się nieco większym zasięgiem.

Jakie funkcjonalności oferuje inteligentny dom?

Inteligentny dom może być zarządzany za pomocą panelu sterowania (np. ściennego) czy poprzez aplikację – z poziomu smartfona, tabletu czy komputera. Inteligentny dom może także wykonywać różnego rodzaju działania samodzielnie, na podstawie informacji pochodzących z sensorów czy w wyniku zaprogramowanych wcześniej harmonogramów pracy.

Systemy inteligentnego domu mogą pełnić wiele funkcji, a dostępne na rynku urządzenia zapewniają praktycznie nieograniczone możliwości ich stosowania, które zależą jedynie od kreatywności projektanta oraz potrzeb inwestorów. Do podstawowych funkcji, jakie może pełnić inteligentny dom, rozumiany jako system, należą:

• sterowanie instalacją elektryczną, oświetleniem, roletami,
• sterowanie ogrzewaniem, klimatyzacją i wentylacją,
• zarządzanie systemami bezpieczeństwa, takimi jak kontrola dostępu czy monitoring wizyjny.

Inteligentny dom – sterowanie instalacją elektryczną, oświetleniem i roletami

Inteligentny dom w wyposażony w systemy sterowania urządzeniami instalacji elektrycznej i oświetleniowej oferują szereg funkcjonalności. Najprostsze z nich zapewniają zarządzanie typu włącz/wyłącz, które pozwala na odcięcie zasilania od nieużywanych urządzeń elektrycznych czy elementów instalacji oświetleniowej (np. opraw oświetleniowych).

Bardziej zaawansowane metody sterowania systemami oświetleniowymi pozwalają natomiast na regulację natężenia oświetlenia w pomieszczeniach oraz programowanie scenariuszy jego działania. Umożliwiają zarządzanie oświetleniem inteligentnego domu w zależności od obecności użytkowników we wnętrzu (zarówno włączanie/wyłączanie o określonej godzinie, jak i, np. poprzez czujniki ruchu lub obecności), a także od czynników zewnętrznych, czyli regulację poziomu natężenia światła sztucznego w zależności od ilości światła naturalnego docierającego do pomieszczeń budynku przez okna.

Inteligentny dom pozwala na bardzo precyzyjne sterowanie światłem i jego barwą, co można wykorzystać do wdrożeń koncepcji Human Centric Lighting, czyli oświetlenia zgodnego z potrzebami człowieka, które odpowiada dobowemu rytmowi światła naturalnego – poprzez prawidłową kontrolę oświetlenia sztucznego można oddziaływać na emocje i samopoczucie ludzi.

Systemy inteligentnego domu mogą także automatycznie otwierać/zamykać rolety w zaplanowanych sytuacjach, np. po wyjściu mieszkańców lub po ich powrocie do domu czy w określonych godzinach, np. po zapadnięciu zmroku. Bardziej zaawansowane rozwiązania umożliwiają dodatkowo samoczynne zarządzanie roletami czy żaluzjami w zależności od jasności wewnątrz pomieszczenia lub na zewnątrz budynku.

Inteligentny dom – sterowanie ogrzewaniem, klimatyzacją i wentylacją

Inteligentny dom pozwala również na sterowanie systemami grzewczymi i wentylacyjno-klimatyzacyjnymi, które w dużej mierze wpływają na komfort przebywania w budynkach oraz koszty ich eksploatacji. Są to jedne z najbardziej energochłonnych instalacji, dlatego też odpowiednie sterowanie nimi pozwala na generowanie znacznych oszczędności eksploatacyjnych.

Obecne na rynku systemy automatyki umożliwiają dostosowywanie temperatury w pomieszczeniach do ustalonych wartości poprzez zarządzanie pracą urządzeń i instalacji grzewczych oraz klimatyzacyjnych. Potrafią także zintegrować działanie różnych źródeł ciepła i chłodu, jak również zagwarantować ich właściwą współpracę. Podobnie jak w przypadku systemów oświetleniowych działanie automatyki może być uzależnione od obecności mieszkańców obiektu czy od pory dnia, a także od warunków panujących we wnętrzu i/lub być skorelowane z zewnętrznymi warunkami atmosferycznymi.

Systemy inteligentnego domu w tego typu instalacjach zapewniają komfort poprzez odpowiednią wymianę powietrza i właściwy poziom temperatury, a jednocześnie zapobiegają przegrzewaniu pomieszczeń lub ich nadmiernemu wychłodzeniu. Automatycznie obniżają temperaturę podczas nieobecności użytkowników, wyłączają klimatyzację czy zmniejszają wentylację we wnętrzach, z których nikt nie korzysta.

W ramach regulacji temperatury panującej w pomieszczeniu mogą także sterować roletami, zmieniając – w zależności od potrzeb – ilość docierającego do wnętrza promieniowania słonecznego (np. ograniczyć jego dostęp w okresie letnim, by zapobiec wzrostowi temperatury we wnętrzu). Ponadto należy podkreślić, że inteligentny dom zapewnia możliwość zarządzania warunkami panującymi w całym budynku, ale z możliwością ich dostosowania do każdego pomieszczenia czy wydzielonej strefy.

Inteligentny dom – zarządzanie systemami bezpieczeństwa

Inteligentny dom może zapewnić bezpieczeństwo obiektu, które jest równie ważne co komfort osób w nim przebywających czy koszty działania poszczególnych instalacji z nim związanych. Inteligentny dom pozwala zarządzać systemami kontroli dostępu, alarmowymi, monitoringu wizyjnego czy ochrony przeciwpożarowej. Umożliwia wykrycie zdarzeń istotnych z punktu widzenia bezpieczeństwa, ich rejestrację oraz odpowiednią reakcję na nie. Zaczynając od prostszych czynności, takich jak automatyczne otwarcie bramy wjazdowej i drzwi czy inteligentną pracę kamer, a kończąc na precyzyjnych scenariuszach, w których instalacje oraz wiele wchodzących w ich skład elementów i urządzeń realizuje zaprogramowane wcześniej działania, np. po wykryciu pożaru.

• Zobacz: Szklane fasady – nowoczesność wpisana w tradycję

Zobacz galerię 22 zdjęcia

Autor: Daria Scagliola & Stijn Brakkee

Handlowo-mieszkalny obiekt Crystal Houses w Amsterdamie (proj. MVRDV) wzniesiono w miejscu XIX-wiecznej kamienicy. Fasada powstała z 6500 szklanych, specjalnie zaprojektowanych i wytworzonych cegieł w górnej części płynnie łączy się z ceramicznymi elementami elewacji

Inteligentny dom jako całość

Liczba instalacji, wchodzących w ich skład elementów czy funkcji, jakie mogą w nich pełnić, zależy od wielkości inteligentnego domu i skomplikowania działań, na jakie użytkownik chce mieć wpływ, ale i tak zazwyczaj jest duża, co może być problematyczne. Dlatego tak ważne jest skoordynowanie pracy wszystkich urządzeń.

Monitoring budynku i związany z nim dostęp do danych pochodzących z wielu instalacji, możliwość sterowania urządzeniami będącymi ich częścią, a co za tym idzie – również wprowadzania zmian parametrów ich działania, pozwalają na pełne zarządzanie funkcjonowaniem całego obiektu. Dzięki temu można ustalić takie harmonogramy i scenariusze pracy systemów, które będą najbardziej optymalne dla budynku jako całości, a nie tylko z punktu widzenia pracy poszczególnych instalacji.

Dopiero taki jeden spójny system pozwoli w pełni wykorzystać potencjał funkcjonalny, jaki może oferować inteligentny dom, co oczywiście nie wyklucza stosowania dostępnych rozwiązań dla pojedynczych instalacji czy wybranych funkcji, wynikających np. z mniejszych potrzeb użytkowników.

Murowane starcie

Ogrzewanie – podłogowe czy grzejniki? MUROWANE STARCIE