Inteligentny budynek. Przegląd popularnych standardów

Lista dostępnych na rynku urządzeń jest bardzo długa, a wraz z upowszechnieniem się systemów inteligentnego budynku będzie coraz większa. Automatyka budynkowa to nie tylko zdalne sterowanie urządzeniami w obiekcie, np. klimatyzacją czy żaluzjami, ale również zintegrowany system alarmowy, kontroli dostępu i monitoringu, zarządzanie ogrzewaniem i wentylacją, a także ochrona przeciwpożarowa. Terminem „inteligentny budynek” określane są budynki (mieszkalne, biurowe, przemysłowe) posiadające zintegrowany system zarządzania (ang. BMS – Building Management Systems), obejmujący kilka autonomicznie pracujących układów automatyki, wyposażonych w szereg czujników i detektorów. Dzięki temu każdy system dysponuje informacją o zmianie stanu innego, co umożliwia kompleksowe śledzenie wszystkich zdarzeń zachodzących w budynku i spójne sterowanie nimi (rys. 1). Zwiększa to komfort i bezpieczeństwo oraz przyczynia się do obniżenia kosztów eksploatacji. System inteligentnego budynku nie może jednak wpływać negatywnie na ludzi w nim przebywających [1, 2]. Na rynku istnieje kilka standardów domu inteligentnego, często niekompatybilnych ze sobą. Mogą to być instalacje przewodowe lub bezprzewodowe.

SYSTEMY PRZEWODOWE

Instalacje przewodowe zbudowane są najczęściej z dwóch magistrali: magistrali energetycznej i magistrali danych. Pierwsza – to najczęściej instalacje elektryczne jedno- lub trójfazowe. Druga – to linie danych, po których przesyłane są polecenia i sygnały zwrotne. Dowolny element instalacji podłączany jest równolegle do magistrali energetycznej i magistrali danych. Każdy element instalacji (np. żarówka, wyłącznik, klimatyzacja, domofon) ma swój unikatowy adres i jest widziany przez wszystkie pozostałe elementy. Umożliwia to swobodne sterowanie np. ogrzewaniem i oświetleniem, które znajdują się w zupełnie innej części budynku. Poniżej opisałem kilka systemów tego typu. Na rynku możemy spotkać również inne systemy sterowania budynkiem, są to m.in. Dupline, HomeWorks, Cardio i LUXOR.

Instabus KNX/EIB – to zdecentralizowany system, w którym tradycyjne wyłączniki rozwierające lub zwierające obwody zasilające oraz czujniki i inne elementy sterownicze zostały zastąpione urządzeniami półprzewodnikowymi. Wymieniają one informacje za pośrednictwem jednego, biegnącego wokół całego budynku, przewodu magistralnego, łączącego wszystkie elementy systemu. Topologia KNX/EIB opiera się na strukturze drzewiastej, która jest rozwinięciem magistrali. Zaletą systemu EIB jest fakt, iż przez przewód ten płynie bezpieczne napięcie stałe 24 V typu SELV (Safety Extra Low Voltage). Sieć o napięciu tego typu charakteryzuje się niską wartością napięcia, zasilaniem z transformatora bezpieczeństwa, podwójną izolacją od innych sieci oraz brakiem uziemienia przewodów. Zasilanie tego typu umożliwia transmisję symetryczną sygnałów, co oznacza dodatkową odporność na zakłócenia elektromagnetyczne. Transmisja danych oraz zasilanie poszczególnych urządzeń wykonawczych odbywa się za pomocą tych samych przewodów, przesyłana informacja nakłada się zatem na napięcie zasilające [2, 3]. Napięcie 230 V jest doprowadzone wyłącznie bezpośrednio do odbiorników prądu (lampy, gniazdka elektryczne). Umożliwia to dowolną aranżację wnętrza i instalacji. Podstawową częścią struktury jest linia, do której podłączone są elementy magistralne (maksymalnie 64), urządzenia wykonawcze bądź sensory. Po dodaniu specjalnych elementów można połączyć ze sobą maksymalnie 12 linii w jeden obszar [2]. Komunikacja odbywa się zazwyczaj lokalnie, czyli w obrębie jednej linii. Sensory nadają telegramy, zgodnie z zasadą losowego dostępu do magistrali, które rozchodzą się po całej linii. Przesyłanie danych odbywa się za pomocą przewodu magistralnego, tj. miedzianego przewodu dwuparowego, ekranowanego, typu STP, tzw. „skrętki ekranowanej” [2].

Odmianą systemu EIB jest PowerNet. Pozwala on na funkcjonowanie systemu zgodnego z EIB w budynkach, w których jest już ułożona instalacja elektryczna. Pod względem instalacji system ten jest podobny do X10. Jego możliwości, funkcjonalność oraz wygląd urządzeń są jednak zgodne z EIB, co umożliwia jego instalację w domach już wykończonych [4].

System X10 charakteryzuje się stosunkowo łatwą instalacją i konfiguracją oraz relatywnie niską ceną. Jest to technologia, która pozwala na wysyłanie instrukcji i danych poprzez sieć 230 V do dowolnego urządzenia. Najważniejszą zaletą tego systemu jest łatwość jego zastosowania, gdyż nie wymaga dodatkowego kucia ścian i układania specjalnej instalacji. Elementy systemu komunikują się poprzez istniejącą w domu sieć elektryczną 230 V. Urządzenia wkłada się po prostu do gniazdka elektrycznego lub montuje na szynie DIN w rozdzielnicy. Rozbudowa systemu sprowadza się do podłączenia kolejnego odbiornika do gniazdka. Technologia ta znacznie zmniejsza koszty i uciążliwość instalacji [4].

Podobny do KNX/EIB jest system LCN (Local Control Network), którego ideą jest automatyzacja budynków przy użyciu standardowej instalacji elektrycznej i dodatkowego przewodu ze zwykłej instalacji. Składa się on z modułów umieszczonych w rozdzielni oraz w puszkach podtynkowych, tam gdzie do tej pory były włączniki. Wszystkie moduły łączy się ze sobą za pomocą dodatkowego przewodu i przewodu neutralnego, które poprzez moduły LCN wymieniają między sobą informacje i polecenia. Moduły pracują niezależnie, nie potrzebują osobnego zasilania prądem ani specjalnych przewodów doprowadzających i zawsze oferują tyle samo funkcji: dwa wyjścia przełączające i dwa-trzy niezależne wejścia. System ten sprawdza się zarówno w małych domach jednorodzinnych, jak i w budynkach użyteczności publicznej, a także w biurowcach liczących 60 lub 70 pięter [5].

Na uwagę zasługuje także polski system inteligentnego budynku Domito. W tym rozwiązaniu medium transmisyjnym jest dwuprzewodowa skrętka, instalowana zgodnie ze standardem RS-485. Moduły Domito mogą być połączone ze sobą w kilku topologiach: szyny (magistrali), gwiazdy, mieszane (zawiera wymienione wcześniej rodzaje). Nie zaleca się zamykania sieci w pętlę stwarzającą dwie drogi przepływu komunikatów do tego samego modułu. Sieć Domito może składać się z 32 modułów. Maksymalna długość przewodów między kolejnymi modułami nie może przekraczać 250 m. Natomiast maksymalna długość przewodów między pierwszym i ostatnim modułem Domito nie powinna być większa niż 1 km. Długość przewodów od modułu do urządzeń wejściowych i wyjściowych analogowych oraz cyfrowych nie powinna przekraczać 20 m [6].

System LonWorks stosuje się głównie jako system sterowania w dużych obiektach, jak np. biurowce czy budynki przemysłowe. Można go również stosować w budownictwie jednorodzinnym. System ten stanowią węzły. Są to urządzenia wykonawcze (ang. aktuator), zwane czasami aktorami, a także komunikujące się ze sobą czujniki, łączniki i sensory, które składają się z procesora i konwertera mediów. Umożliwia on komunikację z wykorzystaniem różnych mediów, jak np.: przewody zasilające odbiorniki 230 V, sieć Ethernet oraz kabel koncentryczny lub światłowodowy czy łącza optyczne. Instalacje elektryczne wykonane w technologii LonWorks umożliwiają sterowanie i zarządzanie pracą urządzeń elektrycznych oraz zarządzanie całymi obiektami. Standard LonWorks ma możliwość pracy z dowolnymi przewodami oraz zarządzania m.in. przez przeglądarkę www [4].

SYSTEMY BEZPRZEWODOWE

Alternatywą dla instalacji przewodowych są systemy bezprzewodowe. Ułatwiają one automatyzację w budynkach już istniejących, w których wystarczy dołożyć zdalne sterowanie lub zainstalować nowe urządzenie ze zintegrowanym systemem zdalnego sterowania.

Io-homecontrol® (interoperability home control) – nazwa ta oznacza wzajemne współdziałanie urządzeń i kontrolę nad sprzętami domowymi. Zastosowanie 48-bitowego szyfrowania transmisji radiowej zapewnia użytkownikom bezpieczeństwo. Podwyższoną niezawodność gwarantuje natomiast praca na trzech częstotliwościach, w zakresie 868–870 MHz i automatyczne przestrajanie się z jednej częstotliwości na drugą w przypadku zakłóceń. Urządzenia działające w standardzie io-homecontrol® wykrywają się nawzajem, dzięki czemu dodawanie nowych produktów do systemu odbywa się niemal automatycznie. Ważną cechą tego systemu jest rozbudowana możliwość programowania indywidualnych ustawień i sterowanie wszystkimi urządzeniami za pomocą jednego pilota. Zasięg jego działania obejmuje budynek o powierzchni około 200 m² i może przechodzić przez trzy stropy betonowe [7].

Innym przykładem systemu sterowania bezprzewodowego jest Xcomfort, który wykorzystuje do transmisji częstotliwość 868,3 MHz i szyfrowanie dynamiczne. Częstotliwość ta i sposób jej wykorzystywania są ściśle określone przez normy europejskie. Przy wykorzystywaniu trybu BASIC zasięg wewnątrz pomieszczeń wynosi 30–50 m, w zależności od tego, z czego wykonane są ściany i sufity. W otwartych przestrzeniach zasięg zwiększa się do 100–150 m. W trybie COMFORT zasięg jest w zasadzie bez ograniczeń dzięki routingowi urządzeń. Routing polega na przekazywaniu informacji od urządzenia A do B, nie bezpośrednio, ale poprzez inne urządzenia systemu sterowania bezprzewodowego. Jest to przydatne w sytuacji, gdy urządzenia A i B nie są w bezpośrednim zasięgu lub sygnał sterujący pomiędzy nimi jest zbyt słaby [8].

Kolejny system to RadioBus, który nie wymaga żadnej infrastruktury i znakomicie nadaje się np. do sterowania scenami świetlnymi lub alarmowego włączenia pełnego oświetlenia – alarmowy przycisk paniki. System może być w każdej chwili rozbudowywany (włącznie z pełną integracją z systemem EIB), tak więc komfort wynikający z korzystania z instalacji magistralnej stopniowo wzrasta. Przekazywanie sygnałów pomiędzy elementami systemu RadioBus odbywa się drogą radiową, więc przewody sterownicze są zbędne. Dodatkową zaletą systemu jest to, że można go bardzo szybko i łatwo zamontować i zdemontować, a w przypadku przeprowadzki zabrać ze sobą [4].

KILKA UWAG KOŃCOWYCH

Większość systemów oferuje możliwość sterowania zarówno oświetleniem, jak i ogrzewaniem, zapewnia bezpieczeństwo poprzez zintegrowany system alarmowy oraz kontroli dostępu i monitoringu obiektu. Wybór konkretnego systemu zależy od użytkownika i zasobności jego portfela. Cena kompletnego systemu może wynosić od kilkuset do nawet kilku tysięcy złotych za metr kwadratowy. Przy wyborze konkretnego rozwiązania ważne jest, czy chcemy go zainstalować w budynku dopiero budowanym, czy już istniejącym. Instalując dany system, należy pamiętać o zapewnieniu ochrony przed porażeniem osobom przebywającym w pomieszczeniach o dużej wilgotności, np. w łazience. Dostępne na rynku systemy coraz częściej umożliwiają komunikację między różnymi standardami poprzez specjalne konwertery, co nie ogranicza możliwości rozbudowy już istniejącego systemu.

Literatura

1. M. Szustakowski „Koncepcje integracji elektronicznych systemów ochrony w budynkach inteligentnych”, konferencja Integrated Building Systems GigaCon 2008.
2. www.eib.pl.
3. www.abb.com.
4. www.mojaenergia.pl/strony/1/i/430.php.
5. www.lcn.pl.
6. www.inteligentnedomy.pl.
7. www.io-homecontrol.com.
8. www.xcomfort.pl.

Ekspert Budowlany 1/2009