Okablowanie hybrydowe w inteligentnym domu

fot. theben.de

Powodzie i kataklizmy w ostatnim dziesięcioleciu spowodowały ogromne zniszczenia. Wiele budynków ciągle wymaga generalnego remontu,inne nie nadają się do dalszej eksploatacji. Tragedia, jaka dotknęła tysiące powodzian, spowodowała konieczność ułożenia wielu kilometrów przewodów elektrycznych w czasie remontowania zniszczonych budynków i budowania nowych. Dla projektantów i instalatorów jest to olbrzymie wyzwanie oraz jednocześnie szansa, aby poszkodowani mogli zamieszkać w nowocześniejszych domach, które będzie można w przyszłości wyposażyć w systemy automatyki budynkowej. Aby było to możliwe, trzeba zmienić sposób wykonywania instalacji elektrycznych, gdyż instalacje tradycyjne, które stosowano do tej pory nie dają takich możliwości. Okablowanie na potrzeby instalacji inteligentnego domu można wykonać za zbliżoną cenę do okablowania tradycyjnej instalacji. Jednak aby zrewolucjonizować sposób wykonywania instalacji elektrycznych w domach, do nowych technologii muszą się przekonać przede wszystkim projektanci instalacji oraz wykonawcy prac instalacyjnych.

Okablowanie hybrydowe w inteligentnym domu - Wprowadzenie

„Aby ułatwić w przyszłości założenie instalacji systemowej i zminimalizować ilość prac z tym związanych (np. instalacji w systemie European Instalation Bus, instabus EIB), zaleca się poprowadzenie dodatkowych przewodów szyny sterowniczej lub pustej rury instalacyjnej przewidzianej na ich założenie” - stanowi Norma SEP (N SEP-E-002:2003) w punkcie 4.6.1, przy czym aktualna nazwa magistrali EIB to magistrala KNX. Wykonując nowe instalacje nie warto więc powielać przestarzałych rozwiązań, które choć materiałowo są dość tanie, generują jednak duże koszty robocizny i są praktycznie nieskalowane (poza radiowo sterowanymi instalacjami, które nie będą poruszane w artykule).

Dlaczego KNX?

Pierwsze pytanie, na jakie warto sobie odpowiedzieć na forum: dlaczego właśnie magistrala KNX (dawniej nazywana EIB)? Standard KNX jest aktualnie najszerzej wspieranym standardem automatyki małych i średnich budynków. Opis standardu KNX został zatwierdzony jako normy europejskie CENELEC - EN 50090 i CEN – EN 13321, jako norma międzynarodowa ISO/IEC 14543 oraz jako chińska norma GB/Z 20965.

Rys. 1. Okablowanie tradycyjne uzupełnione o przewód magistrali - wersja 1

Rys. 2. Okablowanie tradycyjne uzupełnione o przewód magistrali - wersja 2

Urządzenia do systemów KNX produkuje ponad sto firm z całego świata. Wszystkie moduły są kontrolowane pod kątem kompatybilności ze standardem, co daje rzadko spotykane możliwości współpracy urządzeń produkowanych przez różne firmy. Elementy widoczne dla użytkownika charakteryzują się różnorodnym wzornictwem, które zaspokoi gusta nawet najwybredniejszych klientów. A oprócz tego dobrze zaprojektowany i sprawnie działający system inteligentnego budynku, oparty na urządzeniach KNX, wpływa na zmniejszenie zużycia energii, której koszty stale rosną. Użytkowanie inteligentnego systemu w standardzie KNX przyczynia się do realnego obniżenia kosztów eksploatacji, co w rezultacie powoduje zwrot poniesionych nakładów na zrealizowanie systemu. Pozostaje do rozstrzygnięcia kwestia, jak wykonać okablowanie dla potrzeb inteligentnego budynku, szczególnie w sytuacji, w której inwestor nie jest aktualnie zainteresowany nowoczesnymi rozwiązaniami automatyki budynkowej? Aby rozwiązać ten problem w firmie ID Electronics opracowano założenia Okablowania Hybrydowego Inteligentnego Domu (OHID). W dalszej części artykułu wyjaśniono ideę takiego okablowania.
 

Przystosowanie tradycyjnej instalacji do nowoczesnych standardów

Jak przystosować tradycyjną instalację elektryczną, aby możliwe było zainstalowanie systemu automatyki budynkowej? Norma SEP daje lakoniczną odpowiedź: należy dołożyć do instalacji elektrycznej dodatkowy przewód magistrali KNX/EIB. Schematy przedstawione na rysunkach 1 i 2 wariantowo pokazują sposób, w jaki można poprowadzić przewód magistralowy. W wersji pierwszej zamiana na instalację KNX jest bardzo prosta. Aktory (wyrobniki) skonstruowano tak, aby można je było zamontować w puszkach elektrycznych, zastępując styki tradycyjnych łączników.

Na rysunku 3 pokazano przykładowe urządzenia KNX/EIB różnych firm, przystosowane do montażu w puszkach instalacyjnych. Takie rozwiązanie jest wygodne, gdy w danym pomieszczeniu jest niewiele sterowanych obwodów elektrycznych, a obwody ściemniane mają niedużą moc (najczęściej do ok. 210W/ VA). W tej samej puszce można zainstalować również sensory (czujniki), ale trzeba przy tym pamiętać o zasadach bezpiecznego odizolowania obwodów 230VAC oraz 29VDC SELV. Należy stosować tzw. puszki pogłębione np. z przegrodą izolacyjną lub puszki z dodatkową kieszenią na urządzenia elektroniczne (rys. 4).

Rys. 3. Moduły KNX/EIB do montażu w puszkach instalacyjnych

Rys. 4. Puszki podtynkowe do osadzania urządzeń elektronicznych

Rys. 5. Moduł KNX w puszce łączników            tradycyjnej instalacji elektrycznej

Na rys. 5 pokazano przykładowe podłączenie sensora / aktora z dwoma wejściami binarnymi i dwoma wyjściami.

Schemat przedstawiony na rys. 2 różni się poprowadzeniem przewodu magistrali KNX/EIB również poprzez puszki instalacyjne rozgałęźne. Takie rozwiązanie daje instalatorowi możliwość umieszczania aktorów także w tych puszkach.

O ile montując moduły w puszkach łączników nie trzeba wykonywać żadnych dodatkowych przełączeń przewodów, o tyle przy łączeniu w puszkach rozgałęźnych, należy wykonać nowe krosowania żył. Dlaczego więc, mimo swojej prostoty, takie rozwiązania są stosowane głównie w instalacjach modernizowanych i czasami w instalacjach oferowanych przez deweloperów? Jest kilka podstawowych powodów:

• przy większej liczbie obwodów sterowanych trudno jest znaleźć miejsce do „schowania” modułów podtynkowych,
• rozwiązanie wyposażone w aktory podtynkowe jest droższe od porównywalnego z modułami montowanymi w rozdzielnicach
• aktory podtynkowe mają większe ograniczenia mocy w porównaniu z modułami montowanymi na szynie,
• do rozdzielnic produkuje się większą gamę modułów KNX,
• dźwięk przełączania styków, który nieodłącznie jest związany z pracą przekaźników, łatwiej można wygłuszyć i oddalić od domowników, jeżeli urządzenia zostaną zainstalowane w rozdzielnicy,
• w przypadku modułów podtynkowych dźwięk przełączania styków przekaźnika użytkownik lokalizuje w okolicach łącznika (aktor w puszce łącznika - łatwiej akceptowalne) lub puszki rozgałęźnej w ścianie (aktor w puszce rozgałęźnej – trudniej akceptowalne).

Deweloper niewiele dopłaca za naklejkę KNX-Ready (parafrazując znaczek HD-Ready z telewizora), jednak drastycznie ogranicza możliwości przyszłego właściciela inteligentnego domu czy mieszkania (narażając go przy tym na większe koszty realizacji systemu inteligentnego budynku, domu czy mieszkania).

Alternatywne rozwiązanie na przyszłość

Jak zatem należy postąpić, aby już na wstępie nie ograniczać możliwości, jakie daje instalacja magistralowa? Jedno z rozwiązań zaproponowali instalatorzy. W sytuacji, w której klient w czasie remontu planuje wykonanie w przyszłości instalacji inteligentnego budynku, proponują zrealizowanie lekko zmodyfikowanej instalacji magistralowej. Przewody zasilające odbiorniki są układane w gwiazdę, tak jak standardowo się to wykonuje przy realizowaniu instalacji z urządzeniami KNX montowanymi w rozdzielnicy, zaś przewód magistralowy zamiast być ułożony w tzw. pętli otwartej (opisanej dalej), jest również układany w gwiazdę do każdego pomieszczenia. Uproszczony schemat takiej wersji okablowania pokazano na rys. 6. Instalację magistralową (czterożyłową w ekranie) można wykorzystać do sterowania trzech różnych przełączników bistabilnych, podobnie jak wykorzystuje się je w obwodach korytarzowych czy schodowych.

Rys. 6. Okablowanie zalecane dla KNX, wykorzystane do sterowania przekaźników bistabilnych

Ponieważ nie wszystkie przewody stosowane do wykonywania instalacji inteligentnych posiadają certyfikat Stowarzyszenia KNX, (którego jednym z wymogów jest odporność na pracę ciągłą pod napięciem 250VAC) sugeruje się, aby dla bezpieczeństwa stosować przełączniki bistabilne sterowane napięciem 24V. Zaletą takiego typu instalacji jest łatwość zrealizowania na jej bazie systemu inteligentnego budynku, domu czy mieszkania, wadą zaś… konieczność stosowania przycisków jako łączników. Użytkownik musi się przyzwyczaić do używania przycisków do załączania i wyłączania oświetlenia – naciska, światło się zapala, naciska ponownie, światło gaśnie.

A co ze ściemnianiem? Ściemnianie jest możliwe, ale pod warunkiem, że napięcie pracy przewodu magistralowego wynosi 250VAC.

Rys. 7. Okablowanie zalecane dla KNX

Cena takiej instalacji jest zbliżona do ceny typowej instalacji KNX. W trakcie realizowania instalacji inteligentnej, rozdzielnice wyposaża się w odpowiednie moduły aktorów (wyrobników) i sensorów (czujników), przystosowane do montażu na szynie. Na rys. 7 przedstawiono wykorzystanie instalacji ze schematu pokazanego na rys. 6 do zrealizowania instalacji inteligentnego budynku.

Na rys. 8 zaprezentowano zestaw przykładowych urządzeń, które mogą być montowane na szynach DIN w rozdzielnicy.

Wybór urządzeń montowanych na szynę jest bardzo szeroki i co chwila przychodzą informacje o coraz to nowszych i nowszych rozwiązaniach. A co najważniejsze – certyfikat Stowarzyszenia KNX gwarantuje współpracę urządzeń pochodzących od różnych producentów. I to naprawdę działa!

Rys. 8. Przykładowe moduły KNX/EIB do montażu w rozdzielnicy

Innowacyjne i praktyczne technologie hybrydowe

Ten krótki przegląd różnych sposobów okablowania obiektów, które dopiero w przyszłości mają zostać uzupełnione o inteligentne systemy wykazał, że stosując każde z powyższych rozwiązań trzeba zaakceptować nawet daleko idące kompromisy. Potrzeba zaprojektowania instalacji, która w momencie odbioru umożliwi zainstalowanie tradycyjnych łączników a w przyszłości umożliwi przejście na system inteligentnego budynku, bez niepotrzebnych ograniczeń, które wykazują typy okablowania pokazane na rysunkach 1, 2 i 6 stała się „matką” opracowania w IDE standardu Okablowania Hybrydowego Inteligentnego Domu (OHID).

Takim wyzwaniem okazał się obiekt, którego właściciel nie był zainteresowany zastosowaniem „inteligencji” w zakresie oświetlenia (oprócz salonu i sypialni), natomiast od razu zażyczył sobie zastosowania systemu KNX do sterowania ogrzewaniem i klimatyzacją oraz czterdziestoma roletami.

Rys. 9. Okablowanie hybrydowe, bez wykorzystania urządzeń automatyki budynku

Na czym polega idea tego okablowania? Opierając się na praktyce projektowania założono, że przeciętne pomieszczenie nie wymaga więcej niż trzech obwodów świetlnych. Z tego wynika, że pomieszczenie można połączyć z rozdzielnicą przewodem pięciożyłowym i wtedy każdy obwód może zostać wysterowany z rozdzielnicy. Jeśli potrzeba mniej obwodów, to można zastosować przewód czterożyłowy (2 obwody sterowane) lub trzyżyłowy (1 obwód sterowany). Przewody z rozdzielnicy prowadzi się bezpośrednio do puszki łączników w pomieszczeniu, bez przechodzenia przez puszki rozgałęźne. Łączenie obwodów oświetleniowych następuje w puszce łączników, skąd przewody prowadzi się bezpośrednio do poszczególnych odbiorników oświetlenia (z reguły przewodami trzy lub czterożyłowymi). Schematy okablowania hybrydowego pokazano na rysunkach 9 i 10. Wszystkie podłączenia następują w puszce łączników i są bardzo proste. Do puszki łączników dochodzi również przewód magistralowy, prowadzony najczęściej w tzw. pętli otwartej. Takie ułożenie przewodu polega na tym, że przewód magistrali (KNX bus – 2x2x0,8) jest prowadzony z rozdzielnicy od puszki do puszki i wraca do rozdzielnicy. W rozdzielnicy jest podłączony tylko z jednej strony. W wypadku uszkodzenia przewodu np. przerwania ciągłości żył, można uratować instalację, podłączając odciętą część magistrali z „drugiej” strony.

Z założenia Okablowanie Hybrydowe Inteligentnego Domu jest rozwiązaniem pasującym do instalacji tradycyjnych i instalacji inteligentnych KNX/EIB. Wykonywanie połączeń w puszce łączników zwalnia instalatora od dużo bardziej skomplikowanego i pracochłonnego łączenia przewodów w pośrednich puszkach połączeniowych (z reguły umieszczanych pod sufi tem), zmniejszając tym samym koszt robocizny. A przy okazji znikają ze ścian niezbyt eleganckie dekle puszek. W przypadku prostych instalacji (np. układania okablowania tylko do oświetlenia górnego) można dociągnąć przewód do puszki łączników, tam go zapętlić, a następnie poprowadzić do punktu świetlnego. Wówczas, jeśli instalacja będzie wykorzystywana do załączania z rozdzielnicy, np. poprzez aktory (wyrobniki) KNX lub przełączniki bistabilne, nie trzeba będzie w ogóle przecinać przewodów w puszkach łączników.

Jeżeli przygotowuje się okablowanie deweloperskie, to przyszły użytkownik otrzymuje okablowane maksymalnie 3 obwody, z możliwością sterowania z rozdzielnicy (stosując przewód 5-żyłowy, oprócz żył neutralnej – N i ochronnej – PE, pozostają trzy obwody, które mogą być sterowane przez urządzenia zamontowane w rozdzielnicy). A co wtedy, gdy użytkownik będzie potrzebował np. cztery obwody sterowane?

Rys. 11. Moduł KNX w puszce  hybrydowej instalacji elektrycznej

Wówczas z rozdzielnicy będą sterowane tylko dwa obwody, do sterowania dwóch pozostałych należy zastosować np. dwuobwodowy moduł KNX, instalowany w puszce łączników. Takie rozwiązanie pokazano na rys. 11. Dla uproszczenia rysunku nie pokazano dwóch żył sterowanych z rozdzielnicy, krosowanych bezpośrednio do odbiorników oświetlenia. Jeśli potrzebne będzie więcej obwodów sterowanych, wówczas należy dołożyć kolejny podtynkowy aktor (wyrobnik) KNX, uzyskując np. załączanie dwóch następnych obwodów sterowanych. Do sterowania oświetleniem dużych salonów często wymaga się większej liczby obwodów. Ale takie pomieszczenia z reguły mają zaprojektowane więcej miejsc, w których montowane są łączniki oświetlenia. Daje to możliwość uzyskania dodatkowych obwodów sterowanych z rozdzielnicy. Projektant instalacji elektrycznych bez problemu poradzi sobie z takim zadaniem, uzupełniając instalację tradycyjną np. o przełączniki bistabilne do sterowania oświetleniem z wielu miejsc (jak to pokazano na rys. 6).

Mamy nadzieję, że przybliżenie idei okablowania hybrydowego, stosowanego z powodzeniem przez współpracujących z fi rmą IDE projektantów i instalatorów elektrycznych, pokazało interesujące możliwości wykonywania okablowania nowych i remontowanych budynków, które (z korzyścią dla przyszłego użytkownika) mogą być wykorzystywane przy realizacji instalacji tradycyjnych, inteligentnych lub mieszanych. Mamy również nadzieję, że do tych rozwiązań przekonają się także deweloperzy.