Wczytuję dane...
Kryteria wyboru sterowania w inteligentnym budynku

Kryteria wyboru sterowania w inteligentnym budynku

mgr.inż Andrzej Dubrawski


Określenie „inteligentny budynek” jest bardzo szerokim pojęciem. Dotyczy wielu różnych rozwiązań oraz systemów. Często mających niewiele wspólnego z inteligencją. Budynek może być inteligentnie zaprojektowany. Mądrze zaprojektowane instalacje umożliwiają znaczne ograniczenie

zużycia energii, są ergonomiczne, a także zapewniają wyższy komfort i bezpieczeństwo jego użytkownikom. Wcale nie muszą być wyposażone w nowoczesne gadżety, „elektroniczne fontanny” i „złote klamki”. Inteligentny budynek musi służyć użytkownikowi, a nie tylko spełniać jego ambicje. Jak dobry kamerdyner, zawsze na czas, zawsze z właściwą pomocą i zawsze dyskretnie.


systemy centralne i zdecentralizowane

Określenie „inteligentny dom” to zwykle komercyjny slogan. „Inteligencja” budynku polega na zastosowaniu kilku rozwiązań. Głównymi cechami są:

  • rozdzielenie funkcji dostarczania energii od sterowania,

  • integracja różnych instalacji,

  • możliwość wspólnego zarządzania,

  • automatyzacji powtarzających się procesów.

Pierwsze dwa punkty są warunkami sine qua non. Ich spełnienie umożliwia realizację następnych.

Drogi realizacji są różne. Istnieje wiele systemów oferujących różne rozwiązania zapewniające osobny przesył informacji oraz integrację różnych instalacji. Główne różnice występują w zakresie sposobów zarządzania oraz przesyłu informacji.

W zależności od preferencji inwestorów budynki są wyposażane w systemy centralne i zdecentralizowane. Przy podejmowaniu decyzji zwykle odgrywają rolę dwa ważne czynniki: wysokość kosztów oraz niezawodność. Parametry te stoją na przeciwnych biegunach. W dużych

budynkach biurowych zwykle zwyciężają względy ekonomiczne. Głównym celem inwestorów jest uzyskanie jak najszybszego zwrotu włożonego kapitału. Dlatego decydują się na sterowanie centralne. Które jest tańsze. W domach prywatnych częściej doceniane jest bezpieczeństwo i niezawodność.

Dlatego dominują systemy zdecentralizowane. Obydwa systemy funkcjonują, na pierwszy rzut

oka, tak samo. Dopóki wszystko działa. W sytuacji awaryjnej system zdecentralizowany okazuje swą wyższość. W systemach tych awaria jednego urządzenia nigdy nie oznacza awarii systemu. W systemach zcentralizowanych uszkodzenie centralnego komputera, zanik napięcia zasilającego

lub ewentualnie przerwanie przewodu, którym jest połączony z systemem, powoduje natychmiastowe rozstrojenie systemu lub jego całkowite wyłączenie. Instalacje zdecentralizowane muszą być droższe, gdyż każde urządzenie ma własną, autonomiczną elektronikę sterowniczą. Każde urządzenia może przesyłać informacje do dowolnego urządzenia. Awaria jakiegokolwiek urządzenia może wywołać jedynie lokalne zakłócenia. Zwykle ograniczające się do jednego

pomieszczenia. Uszkodzenie centralnych przewodów (jeśli jest to instalacja przewodowa) transmitujących informacje może spowodować podział budynku na części niezależnie realizujące swoje zadania. Dzieje się tak, dlatego, że instalacja zdecentralizowana jest zbudowana na wzór ludzkiego społeczeństwa. Jest zachowana hierarchia, ale każdy element jest niezależnym podmiotem, a podmioty te są zorganizowane na wielu różnych poziomach. Tak jest w budynku. Każde urządzenia ma swój program pracy i współpracuje z innymi urządzeniami najpierw na poziomie pomieszczenia, potem kondygnacji, wreszcie całego budynku. Awaria na poziomie

centralnego sterowania w takim systemie nie paraliżuje obiektu, a jedynie obniża stopień integracji do najbliższego niższego poziomu. Takie zakłócenia są zwykle niezauważalne dla mieszkańców i użytkowników.


transmisja danych

Drugą cechą odróżniającą od siebie poszczególne systemy jest rodzaj medium, za pomocą którego przesyłane są informacje. Najczęściej jest to przewód miedziany lub bezprzewodowa transmisja danych. Coraz częściej, przynajmniej w pewnym zakresie, wykorzystywane są światłowody.

Przewody miedziane wykorzystywane są na kilka sposobów. Mogą to być oddzielne instalacje magistralne, a można do tego celu wykorzystać przewody zasilające lub jeden z przewodów

zasilających plus dodatkową żyłę. Wybór zależy od konkretnej sytuacji. Każde z rozwiązań ma jakieś zalety. Ale i wady.

Osobny przewód magistralny zapewnia niezależność i najwyższą gwarancję niezakłóconego przesyłu. Jest to też rozwiązaniem najdroższym, a jego wykorzystanie ograniczone jest do obiektów nowych, względnie poddawanych renowacji. Dodanie przewodu magistralnego w istniejących obiektach jest związanie ze stosunkowo dużym nakładem prac. Natomiast na etapie budowania koszt ułożenia dodatkowych przewodów magistralnych jest pomijalnie mały.

Dodatkowy przewód w sieci przewodów zasilających sprawia, że praktycznie w każdym punkcie, do którego doprowadzone jest zasilanie, można zainstalować jakiś komponent inteligentnej instalacji. Takie rozwiązanie zapewnia wysoką elastyczność. Decyzja, podobnie jak w przypadku

osobnej instalacji magistralnej, musi być podjęta na etapie projektowania. Wykonanie oprzewodowania jest nieco tańsze.

Wykorzystanie zwykłych przewodów zasilających do przekazu informacji nie wymaga uprzedniego projektowania systemu. Koszty samych przewodów są niższe i mogą być wykorzystywane w istniejących budynkach. Są one jednak znacznie bardziej podatne na awarie i zakłócenia. Każde

urządzenie wymaga dobrej separacji napięciowej, a instalacje muszą być wyposażone w dokładne filtry środkowoprzepustowe, chroniące instalację zewnętrzną przed impulsami sterowniczymi

widzianymi tam jako wyższe harmoniczne. Filtry ograniczą ilość zewnętrznych zakłóceń nakładających się na sygnały sterownicze i utrudniających ich rozpoznawanie i odczytywanie.

Niestety, nie zapobiegają przesyłaniu ich na drodze indukcji.

Transmisja radiowa nie wymaga żadnych przewodów, dzięki czemu może być wykorzystywana zarówno w nowych, jak i istniejących wcześniej obiektach budowlanych. Niestety, jest to instalacja najbardziej podatna za zewnętrzne zakłócenia. Ograniczony jest też jej zasięg, gdyż materiały budowlane oraz wyposażenie budynku powoduje tłumienie fal radiowych. W niektórych sytuacjach obecność materiałów typu: beton zbrojony, szkło powlekane, duże elementy metalowe powoduje, że komunikacja jest praktycznie niemożliwa. W niewielkich obiektach można wykorzystać każdy komponent systemu radiowego do wzmacniania sygnałów. W większych jest to niemożliwe, gdyż zbyt duża liczba nakładających się sygnałów utrudnia lub nawet (w skrajnej sytuacji) uniemożliwia komunikację. Zwiększenie zasięgu osiąga się za pomocą wzmacniaczy, tzw. repeaterów. Na drodze sygnału można użyć maksymalnie dwóch takich urządzeń.


najpopularniejsze rozwiązania

Są jeszcze inne kryteria, które powinno się uwzględniać przy wyborze systemu sterowania inteligentnym budynkiem. Dotyczą one w głównej mierze inwestorów indywidualnych, dla których istotnym czynnikiem jest trwałość i niezawodność instalacji. Dotyczy to nie tylko samych urządzeń,

ale i całych systemów. Obecnie na naszym rynku oferowane są różne systemy. Na jednym biegunie są rozwiązania opracowane i wytwarzane przez pojedyncze firmy lub kilku współpracujących ze sobą producentów. Na przeciwnym są zunifikowane platformy sterownicze, do których komponenty (urządzenia i oprogramowanie) dostarczają setki przedsiębiorstw. Inteligentne instalacje oparte na szeroko uznanych standardach, np. KNX, są znane od ok. 30 lat. Konkurencja w zakresie zastosowań wymusza najwyższą jakość produktów. A wielkość zaangażowanego kapitału jest gwarancją stabilności rozwiązania.

Współzawodnictwo panujące wśród producentów takich rozwiązań owocuje szybszym rozwojem i różnorodnością rozwiązań. W rozbudowanych systemach są szersze możliwości wyboru algorytmów sterowniczych. Przykładowo, sterowanie temperaturą (ogrzewanie i chłodzenie) może być płynne (zawór otwarty na zadany procent), PWM (wypełnienie impulsu) lub dwupunktowe

(z histerezą). Równolegle z zaworem regulowany może być nawiew: wielostopniowo lub płynnie. Takie rozwiązania oferują wyłącznie firmy działające w ramach najszerszych systemów stanowiących platformy zarządzania budynkami i ich automatyzacji. Podobnie duży wybór rozwiązań dotyczy ściemniania różnego rodzaju źródeł światła. Najlepsze systemy sterowania pozwalają na regulację niemal wszystkich źródeł światła wykorzystując do tego różne algorytmy

ściemniania fazowego (dostosowane do lamp o charakterze rezystancyjnym, indukcyjnym, pojemnościowym oraz do LED na 230 V i świetlówek kompaktowych o charakterze indukcyjnym lub pojemnościowym), ściemniania stałonapięciowego i stałoprądowego PWM oraz ściemniania

sygnałami analogowymi i cyfrowymi: 1–10 V, DALI, DMX itd. Tylko najlepsze systemy inteligentnego budynku oferują wszystkie rodzaje regulacji, dzięki czemu mogą sprostać zadaniom związanym z zarządzaniem obiektami bubudowlanymi. Dotyczy to wszystkich zadań sterowniczych.


ochrona przed zagrożeniami

Inteligentne systemy wywodzą się z automatyki przemysłowej oraz systemów ochrony przed różnymi zagrożeniami. Niektóre z nich wciąż na niej bazują, inne są rozwiązaniami wyspecjalizowanymi do sterowania i zarządzania obiektami budowlanymi. Te pierwsze każdorazowo trzeba dostosowywać do specyfiki procesów zachodzących w budynku. Natomiast te

drugie są od razu fabrycznie, wyskalowane i dostosowane do odpowiedniego zakresu pracy. Zwykle z możliwością wyboru algorytmu.

Odmiennym zagadnieniem jest zapewnienie bezpieczeństwa ludziom przebywającym w budynku oraz zapobieganie stratom spowodowanym awariami. W tym zakresie konieczne jest dokonanie podziału, nie tylko ze względów technicznych, ale także prawnych. W zakresie ochrony

przeciwpożarowej oraz ochrony przed włamaniem obowiązują odpowiednie ustawy. Systemy i urządzenia służące do ochrony przeciwpożarowej muszą być zgodne, m.in. z ustawą o ochronie przeciwpożarowej z 1991 roku i rozporządzeniem MSWiA z 2010 roku. Natomiast środki

techniczne wykorzystywane do ochrony przed włamaniem podlegają ustawie o ochronie osób i mienia z 2014 roku. Dodatkowo rozwiązania związane z kontrolą dostępu muszą być zgodne z ustawą o ochronie danych osobowych z 1997 r. (ze zmianami w 2014 r.). Z tych względów

powszechnie używane systemy automatyki budynkowej nie są wykorzystywane do tych celów. Systemy ochrony przed pożarem, włamaniem i niepowołanym dostępem są autonomicznymi rozwiązaniami posiadającymi odpowiednie certyfikaty bezpieczeństwa. Oczywiście w inteligentnym budynku są one powiązane z instalacją zarządzającą całym budynkiem. Automatyka budynkowa zwiększa skuteczność i elastyczność wyspecjalizowanych rozwiązań.

W zależności od wielkości instalacji ochronnych są one w różny sposób powiązywane w system zarządzający budynkiem. Najprymitywniejszym rozwiązaniem jest wykorzystanie wejść i wyjść bezpotencjałowych w tych systemach. Przy większej ilości informacji konieczne jest zastosowanie bramek. Producenci najbardziej rozpowszechnionych systemów ochrony oferują bramki do najważniejszych systemów automatyki budynkowej. W ten sposób zapewnione jest przekazywanie

informacji między systemami.

Informacje przychodzące z tych instalacji są w inteligentnym budynku wykorzystywane do powiadamiania, zapobiegania powiększaniu się strat i procesów regulacyjnych. Dzieje się tak dlatego, że systemy te są wyposażane w wiele czujników różnych wartości fizycznych. Dane pomiarowe mogą być interpretowane przez systemy sterownicze wykorzystywane do regulacji. Dzięki temu można zmniejszać nakłady inwestycyjne. Do grupy takich sygnałów należą: pomiar temperatury, stężenia gazów, np. CO2. Podobnie dane z czujek ruchu i obecności mogą być wykorzystywane przez automatykę budynkową w okresie, gdy instalacja alarmowa nie jest uzbrojona.

Podobnie wykorzystuje się niektóre informacje z automatyki w systemach bezpieczeństwa. Na przykład manualne załączenie czegokolwiek w strefie objętej ochroną może być natychmiast

przekazywane do odpowiedniej centralki. Systemy ochrony automatyki inteligentnego budynku współpracują ze sobą i wspomagają swe działania, zwiększając tym samym bezpieczeństwo.

Ważnym elementem tej współpracy jest powiadamianie. Integracja systemów pozwala na wykorzystanie szerokiego zakresu pomysłów; od wizualizacji przez powiadamianie zdalne emailami i SMS-ami, komunikaty głosowe, miganie oświetlenia, załączanie dodatkowej sygnalizacji dróg ewakuacyjnych – niezależnie od podstawowych sposobów alarmowania zastosowanych w danej instalacji.


ochrona techniczna budynków

Osobnym zagadnieniem jest ochrona techniczna budynku. Ta nie jest uregulowana normami prawnymi, gdyż nie ma bezpośredniego wpływu na bezpieczeństwo ludzi. A problemy

techniczne mogą być bardzo uciążliwe oraz kosztowne. W inteligentnym budynku takie zdarzenia są monitorowane, a system samoczynnie zapobiega pogłębianiu się strat. Jednym z rozwiązań, najczęściej wykorzystywanym, są czujniki przecieku. Można je instalować we wszystkich

pomieszczeniach wyposażonych w instalację hydrauliczną: kotłowniach, wymiennikowniach, łazienkach, kuchniach ubikacjach. Pojawiająca się na posadzce, woda powoduje zamknięcie styków czujnika rezystancyjnego lub przerwę w czujce optycznej, co z kolei powoduje wysłanie informacji do systemu. Inteligentna instalacja reaguje automatycznie zamykając dopływ wody i powiadamiając administratora o zaistniałej awarii. Jeszcze częściej pomieszczenia są chronione przed skutkami rozbicia szyby lub pozostawienia otwartego okna. Jeśli w pomieszczeniu znajduje

się regulator temperatury, to dokonuje on ciągłego pomiaru, a dane pomiarowe cyklicznie wysyła do magistrali. Jeśli okno lub drzwi są wyposażone w kontaktrony lub mikrowyłączniki,

np. należące do systemu alarmowego, to powiadomią one system o tym, że otwór nie jest zamknięty. Gdy ich brak, to rozpoznanie otwarcia okna polega na analizie zmian temperatury.

W normalnych warunkach, czy to przy ogrzewaniu, czy chłodzeniu, zachodzą one dość powoli. Szybsza zmiana jest rozpoznawana jako otwarcie lub rozbicie okna. I wysyłany jest komunikat. W reakcji na taką informację ogrzewanie względnie klimatyzacja zostają wyłączone, aby nie

marnować energii. Jednak w skrajnych sytuacjach, np. w czasie dużego mrozu, może to grozić zamarznięciem grzejników. A to prowadziłoby do znacznie większych strat (zniszczenie grzejników i zalanie budynku po rozmarznięciu), dlatego inteligentny budynek broni się przed tym ponownie

załączając ogrzewanie. W trybie ochrony przez zamarzaniem, w którym utrzymuje się wewnętrzną temperaturę na poziomie ok. 5–7 °C, równolegle wysyłane są informacje do odpowiednich służb technicznych i zarządzających obiektem.

Powiadamianie o niepokojących zdarzeniach może być przesyłane do dowolnych urządzeń, instalacji i osób. Zwykle pierwszą reakcją jest zapobieganie stratom przez np. zamknięcie dopływu wody. Informacja dociera też do układów i systemów zarządzających innymi instalacjami. Dzięki temu mogą one reagować z wyprzedzeniem na zmieniającą się sytuację. Instalacja zareaguje automatycznie. Do personelu administracyjno-technicznego wysyłane są selektywnie wybrane informacje. Zdalnie w postaci SMS ów i e maili zawierających podstawowe informacje.

Szczegółowe dane zmogą znajdować się w tych komunikatach, ale częściej wykorzystuje się do tego celu interfejs graficzny. Na wyświetlaczu urządzenia mobilnego lub ekranie komputera

pojawiają się wyskakujące okienka z linkami do odpowiednich fragmentów wizualizacji. A jeśli w miejscu wystąpienia awarii znajdują się kamery, to operator uzyskuje bezpośredni obraz interesującego miejsca. Takie rozwiązania znacznie przyspieszają lokalizację i ocenę zagrożeń. Pomagają w ich usuwaniu.


Źródło: Elektro Info 3/2015