Inteligentne systemy zarządzania budynkiem

Elementy składowe systemów automatyki budynkowej

Istnieje kilka standardów systemów automatyki domowej. Wszystkie jednak pracują na podobnej zasadzie. Podstawę stanowią dwa podsystemy: system zasilający (obwody elektryczne jedno- lub trzyfazowe) i magistrala danych pozwalająca się komunikować elementom instalacji (rozkazy i sygnały zwrotne). Wszystkie elementy instalacji są podłączone do podsystemu energetycznego i magistrali danych. Każdy element tej inteligentnej sieci (lampa, panel sterujący, zawór elektromagnetyczny itp.) ma przypisany (pośrednio lub bezpośrednio) unikatowy adres, dzięki któremu jest łatwo lokalizowany. Daje to ogromne możliwości i swobodę, gdyż wyłącznik oświetlenia nie musi znajdować w tym samym
miejscu co oświetlenie, którym steruje.

Użytkownik inteligentnego domu ma pełną kontrolę nad wszystkim, co dzieje się w obiekcie. Wymienić można tutaj następujące obszary: zarządzanie ogrzewaniem, klimatyzacją i wentylacją, sterowanie oświetleniem budynku i otoczenia, sterowanie systemem zasłaniania (rolety, markizy, bramy), sterowanie systemami audio-wideo, system sygnalizacji włamania i kontrola dostępu.

Zpunktu widzenia automatyki budynkowej najważniejsze jest dopasowanie odbiorników do sterowników zarówno pod względem sprzętowym jak i funkcjonalnym.

Przed wyborem konkretnego systemu należy dokonać dokładnej analizy rynku przez pryzmat potrzeb budynku i użytkownika. Nie należy się koncentrować na pojedynczych cechach systemu, lecz na systemie jako całości.

Integracja systemów

Systemy w automatyce budynków można podzielić na dwie grupy, biorąc pod uwagę możliwość ich swobodnego wykorzystania. Są to systemy otwarte (otwarty protokół komunikacyjny) i zamknięte (utajnione przez producenta wysyłane telegramy). Każde z tych rozwiązań posiada wady i zalety, ale są stosowane w zależności od sposobu podejścia do otwartości systemów.

Kolejnym kryterium podziału systemów automatyki może być podział za względu na architekturę danego systemu.

System centralny (Master–Slave), w którym cała logika skupiona jest w jednym urządzeniu zwanym masterem. Do takiego mastera podłączone są inne układy (Slave), z których master korzysta realizując funkcje. Drugim jest tzw. Multi-Master, czyli system, w który logika jest rozproszona po całej sieci. W przypadku braku komunikacji pomiędzy masterami każdy master nadal funkcjonuje, ale samodzielnie, bez możliwości wysyłania rozkazów do pozostałej części systemu (np. system alarmowy).

Stopień uszczegółowienia styku między systemami zależy od wielkości, specyfiki obiektu lub liczby danych wymienianych między systemami. Rozróżniamy dwa podstawowe typy integracji systemów:

• za pośrednictwem we/wy sygnałowych napięciowych lub bezpotencjałowych,
• za pomocą sterowników (driverów, sprzęgieł).

Każda z tych metod może występować w wydaniu jedno lub dwukierunkowym.

Poza bezpośrednim połączeniem między systemami istnieje również integracja pośrednia, gdzie medium łączącym systemy nie jest kabel – urządzenie, lecz środowisko, w którym te systemy pracują i to właśnie zmiany warunków środowiskowych wymuszone przez jeden z systemów powodują zmiany w drugim systemie.

Integracja odbywa się w dwóch płaszczyznach: sprzętowej i programowej.

W strukturze sprzętowej można wyróżnić trzy poziomy: nadzoru i zarządzania, sterowania i regulacji oraz poziom urządzeń obiektowych. Kryteria wyboru poziomu, na którym ma nastąpić integracja to: możliwość dopasowania sprzętowego i programowego, liczba i rodzaj wymienianych danych, konieczność zachowania odrębności systemów w określonych warstwach.

Analiza ekonomiczna systemów automatyki budynków

Koszty systemów automatyki stanowią ważne kryterium, według którego są oceniane i wybierane. Inne będzie podejście do kosztów inwestora, a inne ostatecznego użytkownika. W interesie inwestora jest ograniczanie nakładów inwestycyjnych, natomiast w interesie użytkownika jest korzystanie z systemów dających komfort i energooszczędność. Często chcąc uniknąć wysokich kosztów inwestycyjnych inwestor w konsekwencji wpada w pułapkę źle zaprojektowanych i wykonanych obiektów. Do tego dochodzą koszty z tytułu utraconych korzyści. Obiekt, w którym wadliwie dobrano układ regulacji klimatu wywołuje stratę czasu pracy pracowników. I tak w biurowcu, gdzie pracuje 1000 osób z tego powodu każdy pracownik traci ok. 1 roboczogodziny, co w rezultacie daje straty na poziomie ok. 5 mln zł rocznie (1000 pracowników x 1 rg x 250 dni). Natomiast koszt automatyki w takim biurowcu w zależności od dostawcy i systemu będzie się wahał w granicach 10 mln zł.

Koszty utrzymania automatyki są na poziomie nieznacznie wyższym od kosztów utrzymania tradycyjnej instalacji elektrycznej. Po uruchomieniu zastosowane w instalacji mikroprocesorowe urządzenia pracują w ciągu wielu lat praktycznie bezawaryjnie. Są one odporne na zakłócenia i mogą pracować w sieciach o niestabilnym napięciu zasilania w granicach od 190 do 260 V (pracują bezprzerwowo jeszcze w ciągu kilkudziesięciu sekund po zaniku napięcia). Pobór mocy przez system automatyki budynku jest z nawiązką kompensowany uzyskaniem znacznych oszczędności energii elektrycznej lub cieplnej wygenerowanych przez system.

Ustawianie żądanych parametrów oświetlenia, ogrzewania czy klimatyzacji nie jest skomplikowane i może być dokonane przez pracownika posiadającego podstawowe wykształcenie techniczne z zakresu obsługi urządzeń elektronicznych codziennego użytku.

Konstruktorzy urządzeń systemów automatyki budynku biorą pod uwagę możliwość dostosowania pracy systemów automatyki do standardowych instalacji elektrycznych, a sam system może być stopniowo rozbudowywany, w zależności od posiadanych środków.

Jeżeli na etapie początkowym inwestycji instalację elektryczną rozprowadzimy odpowiednim przewodem, a w ścianie umieścimy puszki instalacyjne pogłębione, wówczas koszty wszelkich modernizacji rozłożonych na kilka lat będą relatywnie niskie, przy niewielkim nakładzie pracy.

Koszt inteligentnego domu mieści się w poniżej zaprezentowanych przedziałach:

• 200 - 250 zł/m² - wariant podstawowy (oświetlenie),
• 250 - 350 zł/m² - wariant typowy (oświetlenie + ogrzewanie + rolety),
• 350 - 500 zł/m² - wariant komfort (j.w.+ klimatyzacja),
• powyżej 500 zł/m² - wariant luksusowy (j.w.+ dodatki).

Ceny brutto obejmują koszt kompletnej instalacji (projekt, okablowanie, rozdzielnice, urządzenia EIB, gniazdka, uruchomienie) bez urządzeń wykonawczych (lampy, grzejniki, rolety itp.) dla domu o powierzchni 200 m².

Tabela 1. Koszty (zł) systemu instalacji inteligentnej w stosunku do kosztów instalacji tradycyjnej:

Jak porównać koszt instalacji tradycyjnej i instalacji inteligentnej?

Jeżeli zastosujemy system EIB (jako rozwiązanie klasyczne), tylko dla potrzeb sterowania oświetleniem, możemy stwierdzić, że będzie on droższy od typowej instalacji. Jednak gdy istnieje potrzeba sterowania oświetleniem, roletami, ogrzewaniem, zarządzaniem energią i sterowania centralnego i zdalnego - wówczas instalacja EIB oferuje prostszą i tańszą drogę do ich połączenia.

Chcąc zapewnić rzetelną informację o kosztach instalacji EIB przedstawiono ich porównanie z kosztami instalacji tradycyjnej dla domu o powierzchni 200 m2. Założono komfortowy zakres funkcji: 40 obwodów oświetlenia (w tym 4 ściemniacze), 16 rolet i 8 niezależnych stref ogrzewania oraz profesjonalne usługi.

Tabela 2. Koszty (zł) instalacji tradycyjnej i instalacji EIB dla domu o powierzchni 200 m²:

Okres zwrotu inwestycji, czyli oszczędności wynikające ze sterowania ogrzewaniem, sięgają 30%. W typowej instalacji straty energii wynikają ze zbędnego ogrzewania pomieszczeń.

Tabela 3. Oszczędności wynikające ze sterowania ogrzewaniem:

Kierunki rozwoju systemu automatyki budynkowej

Zmiany funkcjonalności obiektów wywoływane są zmianami kulturowymi i cywilizacyjnymi, związanymi z pracą, nauczaniem i spędzaniem wolnego czasu.

Kolejnym czynnikiem jest ograniczenie w dostępie do zasobów naturalnych, wywołujące zmiany technologiczne, które wraz nowymi trendami architektonicznymi przesądzają o rozwoju automatyki.

Główne nurty rozwoju w automatyce determinuje czynnik przeludnienia, zmuszający przyszłych użytkowników do zasiedlania regionów o gorszych parametrach środowiskowych.