W sterowaniu domem inteligentnym funkcjonują dwa popularne hasła: „Tylko wyobraźnia nas ogranicza” oraz „System sterowania może być co najwyżej tak inteligentny, jak osoba która go projektowała”.

W domu inteligentnym rozpatruje się wiele interdyscyplinarnych zagadnień przy czym wiodącym tematem jest system sterowania poszczególnymi układami w nim zainstalowanymi. W zależności od przeznaczenia budynku może to być inteligentny biurowiec, lub domek jednorodzinny. Każdy z tych budynków ma inne przeznaczenie i ich „inteligencja” dostosowana jest do aktualnego zapotrzebowania na media (gaz, woda ciepła i zimna, prąd elektryczny itp.). W projektowaniu inteligentnych budynków pierwsze powiedzenie związane jest z możliwościami sterowania jakie obecnie można w budynkach realizować. Drugie natomiast wiąże się z wiedzą automatyka o systemach sterowania (dobór struktury sterowania, algorytmów sterowania, elementów wykonawczych itd.). W przypadku pierwszym użytkownik domu inteligentnego może zażyczyć sobie co chce – natomiast inżynier musi tak zaprojektować układ sterowania, by ten użytkownik był zadowolony. W domu inteligentnym uwzględnia się wiele parametrów, których w klasycznym projekcie budynku z reguły są pomijane. Przy projektowaniu budynku inteligentnego duże znaczenie ma funkcjonalność i ergonomia, która ma być przyjazna dla człowieka. W takim budynku powinno uwzględniać się parametry związane ze zwiększeniem oszczędności na eksploatacji w taki sposób, by komfort użytkownika nie uległ pogorszeniu.

Rys 1. Systemy będące w standardzie budynku inteligentnego

Rys. 2. Struktura sterowania domem inteligentnym

Poniżej przedstawiono podstawowe systemy, które podlegają sterowaniu w domu inteligentnym:

a) System wytwarzania (dostarczania) energii cieplnej, elektrycznej i chłodu;

b) Dostarczanie wody czystej i zarządzanie wodą szarą;

c) Zarządzanie odpadami;

d) Zarządzanie systemem multimedialnym oraz AGD;

e) Zarządzenie systemem bezpieczeństwa.

W zależności od potrzeb, dom inteligentny może być zasilany za pomocą zewnętrznego źródła ciepła lub energii elektrycznej, lub za pomocą własnych systemów grzewczych lub elektrycznych. W zależności od kosztów paliwa wykorzystywany jest najbardziej efektywny system ogrzewania. W domach inteligentnych istnieją różne rozwiązania systemów grzewczych. W przypadku domku jednorodzinnego może to być przykładowo system kolektorów słonecznych z ogniwami PV i pompą ciepła. W przypadku dużego biurowca może to być turbina gazowa, silnik kogeneracyjny, kocioł, system pomp ciepła i układ absorpcyjny, przy czym systemy te są zintegrowane tak by eksploatacja budynku była jak najtańsza. W tym aspekcie rozważyć można wiele konfiguracji dotyczących rozwiązań systemów starowania. Generalnie system sterowania domu inteligentnego powinien zarządzać:

• systemem opuszczania i podnoszenia rolet okiennych,
• systemem bram wjazdowych,
• oświetleniem na zewnątrz i w wewnątrz budynku,
• ogrzewaniem,
• klimatyzacją,
• systemem audio wideo,
• cieplnym, elektrycznym i klimatyzacyjnym układami zasilania,
• systemami nawadniania,
• basenami i innymi zbiornikami wodnymi wewnątrz i na zewnątrz budynku,
• bezpieczeństwem budynku,
• systemem alarmowym i telekomunikacyjnym,
• urządzeniami AGD,
• innymi systemami wkomponowanymi w strukturę budynku (np. system pogodowy pozwalający np. zamknąć okna automatycznie w czasie deszczu). (…)

Rodzaje sterowania

Poniżej przedstawiono najczęściej wykorzystywane nazwy do określania typu sterowania stosowanego w budynkach:

• BACS – Building Automation and Control System – Automatyka budynku i sterowanie lokalne;

• Cnet – Building Automation and Control Networks –  Automatyka budynku i sterowanie za pomocą sieci neuronowej;

• BMS – Building Management System – System zarządzania budynkiem;

• DDC – Direct Digital Control – Bezpośrednia automatyczna kontrola za pomocą komputera cyfrowego najczęściej stosowana w systemach HVAC;

• SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition – System  ¡nadzorujący przebieg procesu technologicznego, zainstalowany w komputerze nadzorującym, który stanowi nadrzędną rolę w stosunku do sterowników o standardzie przemysłowym np. PLC;

• HMI – Human Machine Interface – Interfejs użytkownik-maszyna.

Systemy chłodnicze, pomp ciepła i klimatyzacja w budynkach inteligentnych

W domach inteligentnych w których wykorzystuje się układy klimatyzacyjne i grzewcze zróżnicowane pod względem sposobu zasilania ciepłem (paliwa kopalne, energia odnawialna, energia elektryczna itp.) istnieje potrzeba sterowania komfortem cieplnym. Każda inwestycja, która związana jest z doborem elementów grzewczych i klimatyzacyjnych, wymaga indywidualnego podejścia z rozważeniem trzech podstawowych aspektów:

• umiejscowienia i dostępności źródeł energii - w miejscach planowanych inwestycji często istotna jest dostępność źródeł energii. Prosty przykład: nie w każdej lokalizacji, w których planowana jest inwestycja możliwe jest wykorzystanie kotłów gazowych, czasami dostępna jest tylko energia elektryczna (np. gospodarstwa rolnicze), która wymusza zastosowanie systemów grzewczych opartych na klasycznych kotłach lub pomp ciepła;

• funkcji spełnianych przez budynek - inne funkcje pełnią domki  ¡jednorodzinne, gdzie absencja użytkowników jest dość rzadka, a inną funkcję spełniają np. nadmorskie obiekty hotelowe. Funkcjonalność, którą budynek ma zapewnić zależy od zainstalowanych systemów grzewczych. W domku jednorodzinnym można wykorzystać dowolne dostępne źródło energii w zależności od oczekiwań inwestora, w przypadku nadmorskich obiektów hotelowych podstawowe funkcje można zapewnić wykorzystując np. systemy kolektorów słonecznych (o dość dużej mocy cieplnej) sprzęgniętych z pompą ciepła pracującą na potrzeby ogrzewania i klimatyzacji;

• indywidualnych wymagań inwestora – czasami bywa tak, że  ¡inwestor oczekuje najtańszych rozwiązań inwestycyjnych nie analizując ekonomii związanej z eksploatacją urządzeń. W tym wypadku dobrze jest zaproponować systemy tanie w zakresie inwestycji, jak i przyszłej eksploatacji – choć jest to czasami bardzo trudne zadanie.

Rys. 5. Instalacja grzewczo-klimatyzacyjna dla inteligentnego budynku użyteczności publicznej [3]

Podsumowanie

Budynki inteligentne wprowadzają pewne ułatwienia w użytkowaniu budynku. Zaletą stosowania zaawansowanego sterowania w budynkach są niższe koszty zużycia energii cieplnej oraz elektrycznej przy dobrze dobranej strukturze sterowania oraz systemach wytwarzających ciepło i prąd elektryczny. Jedyną wadą jest często zaawansowana struktura sterowania i w przypadku awarii konieczność wzywania serwisu. Tym niemniej budynek inteligentny posiada pewne cechy, które coraz częściej są wykorzystywane na co dzień (elementy monitoringu, zawansowane systemy ogrzewania, systemy informowania o zdarzeniach, symulacja obecności użytkownika, alarmowanie odpowiednich służb bezpieczeństwa w przypadku zagrożenia). W dużej mierze inteligentny budynek potrafi w dniu dzisiejszym funkcjonować niezależnie od użytkownika. Rola użytkownika często sprowadza się w tym wypadku do okresowego monitorowania danych przechowywanych w pamięci komputera sterującego całym budynkiem. W niedalekiej przyszłości mogą pojawić się w budynkach inteligentnych nawet systemy monitorujące stan zdrowia osób w nim przebywających (trwają np. prace nad systemami monitorującymi stan osób z chorobami serca). Jednym z zagadnień związanych z inteligentnymi budynkami jest dobór struktury grzewczej oraz dobór procedur sterowania urządzeniami w zależności od aktualnych potrzeb inwestora. Prawidłowy dobór urządzeń grzewczych oraz umiejętne sterowanie nimi pozwala na uzyskanie znacznych oszczędności w trakcie długookresowej eksploatacji budynku inteligentnego. Coraz częściej sterowanie systemami grzewczymi i klimatyzacyjnymi budynków, które dotychczas było realizowane poza użytkownikiem, jest inteligentnie nadzorowane przez centralę sterującą, gdzie użytkownik ma wpływ na realizację procesu sterowania. W dużych obiektach budowlanych inteligentne centrale sterujące dodatkowo monitorowane są przez specjalnie przeszkolony personel.

Tak regulowany system musi posiadać dodatkowe zabezpieczenia zapobiegające zniszczeniu systemów klimatyzacyjnych i grzewczych w wyniku np. dobrania nierealnych nastaw na regulatorze. W tym aspekcie sterowania można przytoczyć podstawowe prawa etyki dla maszyn inteligentnych (I.Asimov):

1. System regulacji nie może skrzywdzić człowieka, ani przez zaniechanie działania dopuścić, aby człowiek doznał krzywdy.

2. System regulacji musi być posłuszny rozkazom człowieka, chyba że stoją one w sprzeczności z Pierwszym Prawem.

3. System regulacji musi chronić sam siebie, jeśli tylko nie stoi to w sprzeczności z Pierwszym lub Drugim Prawem.

LITERATURA:

[1] http://www.

[2] VDI 3814 (Building Automation and Control Systems (BACS) Advices for Technical Building Management , Planning, operation, and maintenance).

[3] http://www.velasolaris.ch/vs2/index.php

Autor: Robert Matysko