Instalacje inteligentne w budynkach mieszkalnych

Jeśli architekt nie przewidzi rozwiązań "inteligentnych" już na etapie projektowania, nie przekona do nich klienta, to nie mają one właściwie szans na pojawienie się w projektach branżowych. W artykule autor przedstawia cechy instalacji "inteligentnych" stosowanych w mieszkaniach, apartamentach, domach jednorodzinnych.

Wybór standardu instalacji "inteligentnej"
Standard sterowania instalacji "inteligentnej" powinien umożliwiać sterowanie wszystkimi instalacjami w domu: oświetleniem, ogrzewaniem, ruchem żaluzji i rolet, a także uchyleniem okien czy zamknięciem bramy garażowej lub wjazdowej. Ponadto powinien dysponować wszystkimi mediami (sposobami przesyłania telegramów sterujących) takimi jak: skrętka, sterowanie po liniach zasilających (tzw. powerline), fale radiowe (podczerwień). Nie jednym z nich, ale wszystkimi.
Na polskim rynku dostępnych jest kilkanaście różnych rodzajów instalacji. Powstaje pytanie - czym powinien kierować się projektant przy wyborze jednej z nich, którą z instalacji zaproponować klientowi? Należy pamiętać, że konsekwencje wyboru dokonanego przez architekta ponosić będzie przez wiele lat klient. Być może tu należy szukać odpowiedzi na pytanie dlaczego architekci okazują instalacjom "inteligentnym" małe zainteresowanie - często ich wiedza na ten temat jest niewystarczająca.

io-homecontrol® to zintegrowany system bezprzewodowego, zdalnego sterowania urządzeniami domowymi

Standard otwarty i zamknięty
Standardy instalacji dzielą się na dwie podstawowe grupy: otwarte i zamknięte. Standard zamknięty cechuje się tym, że jest on całkowicie zmonopolizowany przez wytwórcę. Firma produkująca urządzenia wytwarza oprogramowanie oraz zapewnia serwis. Klient decydując się na taką instalację musi sobie zdać sprawę, że odtąd uzależniony będzie od jednej firmy, a w związku z tym od wąskiego grona specjalistów z nią związanych. W przypadku potrzeby zintegrowania instalacji w standardzie zamkniętym z inną, użytkownik musi zwrócić się do producenta by ten mu to umożliwił i specjalnie dla niego wyprodukował potrzebne oprogramowanie, co jest przedsięwzięciem drogim. W razie upadku firmy klient traci możliwość serwisowania, dodawania urządzeń, a rezygnacja ze standardu pociąga za sobą koszty związane z wymianą każdego z tych urządzeń.
W przypadku zastosowania standardu otwartego urządzenia z nim współpracujące produkowane są przez wiele firm. Protokół komunikacyjny jest jawny, opublikowany, znając go większość informatyków potrafi napisać dodatkową aplikację. Klient związuje się nie z firmą lecz z rozwiązaniem technicznym. W razie potrzeby zastąpienia danego urządzenie innym lub w przypadku rozbudowy systemu o kolejne urządzenie, można to zrobić, zamawiając nowe urządzenie, które spełnia wymagania danego standardu otwartego.
Urządzenia standardu otwartego jak na przykład KNX czy LON, produkuje wiele firm. Instalator ma więc duży wybór pod względem funkcjonalnym, a klient pod względem estetycznym. Elementy widoczne powinny współgrać z wystrojem wnętrz - czujki ruchu i obecności, przyciski wieloklawiszowe, czujniki natężenia oświetlenia, stacja pogodowa wystająca znad kalenicy lub przymocowana do ściany zewnętrznej itp. Oprócz wyżej wymienionych system zawiera wiele elementów, które umieszczane są w rozdzielnicach i ich estetyka nie jest już tak istotna.
Reasumując, wybór instalacji "inteligentnych" w standardzie otwartym, jak np. standard europejski KNX (dawniej EIB) i amerykański LON jest rozwiązaniem, które daje większe możliwości wymiany i dodawania elementów instalacji. Oba te standardy pracują w oparciu o magistralę. Do ich działania niezbędne jest na etapie kładzenia instalacji ułożenie specjalnego przewodu (rodzaju skrętki). W sytuacjach, gdy jest to niemożliwe (budynki zabytkowe, duża rozbudowa instalacji w wykończonym luksusowo wnętrzu itp.) można wykorzystać inne niż skrętka medium transmisyjne, jak na przykład fale radiowe, podczerwień czy przesyłanie telegramów sterujących po liniach zasilających (powerline). By zapewnić współdziałanie części instalacji sterowanej skrętką z częścią instalacji sterowaną za pośrednictwem innego medium, stosuje się tzw. bramki wewnętrzne (gateway). Optymalna sytuacja zakłada możliwość sterowania za pomocą jednego pilota wszystkimi możliwymi urządzeniami: audio-wideo, żaluzjami, bramą wjazdową, oświetleniem ogrodu, niektórymi funkcjami centralnymi itd. Do każdego ze standardów otwartych wiele firm produkuje urządzenia, które mogą ze sobą współpracować. Różnica w kosztach implementacji poszczególnych standardów (tych otwartych i tych firmowych) nie jest duża, gdyż w każdym przypadku należy dodać koszt okablowania. Decydując się na usługi konkretnej firmy, warto sprawdzić jaką kadrą dana firma dysponuje, czy specjaliści mają odpowiednie certyfikaty i jakie instalacje firma już zrealizowała.

Elementy, które mogą być włączone do systemu domu "inteligentnego"

Niektóre cechy instalacji "inteligentnych"
Instalacje zwane inteligentnymi mają kilka użytecznych i przyjaznych cech. Jedną z nich jest łatwość zmiany koncepcji funkcji sterowniczych klawiszy przycisków. Nie zawsze da się trafnie przewidzieć, nawet po wielu konsultacjach projektanta z klientem, skąd i jakimi klawiszami będzie najwygodniej sterować daną grupą opraw oświetleniowych, żaluzji, wentylatorów, gniazd wtykowych itp. W instalacji tradycyjnej konieczność tego typu zmian pociąga za sobą układanie nowych kabli, a więc remont. W przypadku instalacji "inteligentnej", w większości przypadków sprawa polega na przeprogramowaniu "inteligentnych" urządzeń. Specjalista może wykonać to w ciągu kilku godzin. Zaleca się by w kontrakcie na projekt, wykonanie, oprogramowanie i uruchomienie instalacji "inteligentnych" zawarta była informacja na temat liczby zmian w instalacji, jak również po jakim czasie od chwili ich oddania do eksploatacji mają być przeprowadzone. Wykorzystanie poszczególnych pomieszczeń może się zmieniać, np. gdy lokal zmieni właściciela. Instalacja magistralna pozwala w przyszłości adaptować go do nowych wymagań.
Kolejną cechą instalacji "inteligentnych" jest to, że ich funkcjonalność i zalety można docenić w pełni dopiero po osiągnięciu pewnego poziomu nasycenia nimi danego obiektu. Nie opłaca się stosowanie instalacji do sterowania pojedynczymi urządzeniami (np. wybranymi oprawami oświetleniowymi, żaluzjami w pojedynczych oknach, ogrzewania niektórych pomieszczeń). Zalety ujawniają się dopiero, gdy większość pomieszczeń w domu objęta jest sterowaniem "inteligentnym". Można wtedy łatwo zrealizować funkcje tzw. centralne, czyli na przykład opuszczanie wszystkich lub wydzielonej grupy żaluzji z jednego klawisza przycisku umieszczonego przy drzwiach wyjściowych. Ta sama funkcja może być zrealizowana na klawiszu przycisku przy łóżku w sypialni lub w dowolnym miejscu domu. Można także zainstalować w drzwiach wejściowych zamek współpracujący z instalacją magistralną. Zamknięcie drzwi na klucz spowoduje wykonanie zaprojektowanej sceny, której scenariusz zależy od inwencji inwestora.

Wizualizacja
Urządzeniami, które podnoszą komfort sterowania instalacjami domowymi są ekrany dotykowe. Od tych najprostszych, 5,5 calowych - używanych w instalacjach "inteligentnych" budynków od wielu już lat, do 10-cio, a nawet 15-to calowych, przemysłowych, które współpracują z instalacjami domowymi za pośrednictwem specjalnych adapterów. Kolejne ekrany wywoływane z menu (zaprojektowane przez instalatora specjalistę) pozwalają bardzo szybko zorientować się w aktualnym stanie instalacji: które okna i drzwi zewnętrzne są otwarte, jaka panuje w poszczególnych pomieszczeniach
temperatura, jak silny wieje wiatr itp. Za pośrednictwem ekranów można sterować poszczególnymi obwodami oświetleniowymi, włączać je, ściemniać, wywoływać wcześniej zaprogramowane scenariusze świetlne. Sceny mogą również dotyczyć sterowania żaluzjami okiennymi i drzwiowymi, siłownikami otwierającymi okna, bramy, wentylatorami, obwodami gniazd wtykowych itp. Scenę można również uruchamiać klawiszem przycisku ściennego lub pilota. Jako przykład można podać scenę "Projekcja" w salonie lub kinie domowym. Uruchomienie jej powoduje zamknięcie rolet, włączenie jednego z wentylatorów, obniżenie poziomu natężenia oświetlenia górnego do na przykład 10% i wyłączenie wszystkich bocznych obwodów oświetleniowych. To co ma być wykonywane w danej scenie jest nieraz wynikiem długich konsultacji między klientem, architektem i instalatorem. Każda scena może być zmieniona, uzupełniona o dodatkowe urządzenia wyłącznie dzięki przeprogramowaniu związanych z nią elementów instalacji. Wizualizacja może być również zrealizowana na domowym komputerze lub dedykowanym homeserverze spełniającym również funkcję bramki internetowej.

Zdalne sterowanie i nadzór
Dołączając do instalacji tzw. bramkę internetową (komunikator internetowy) właściciel "inteligentnego" domu może - będąc na urlopie - sprawdzać jego stan i w razie potrzeby sterować wybranymi funkcjami. Może to robić przy pomocy palmtopa czy telefonu komórkowego. Jeśli zmieni przewidywaną godzinę powrotu z pracy może zdalnie opóźnić czas podwyższenia temperatury w wybranych pomieszczeniach. Po zalogowaniu się do instalacji, poprzez dowolną przeglądarkę internetową, można oglądać obrazy z kamer pracujących na zewnątrz czy wewnątrz domu. Architekt, proponując klientowi rozwiązanie "inteligentne", powinien pamiętać o  montażu okablowania podczas zakładania instalacji ogrzewania, klimatyzacji i wentylacji, jak również podczas montażu oświetlenia.

Ogrzewanie, klimatyzacja, wentylacja
Do każdego grzejnika i zaworu w rozdzielaczach ogrzewania podłogowego musi być doprowadzony z rozdzielnicy elektrycznej przewód do sterowania siłownikami zaworów. W zależności od rodzaju sterownika mogą to być obwody 230 V lub 24 V.
W stolarce okiennej już na etapie produkcji powinny zostać zamontowane na każdym ruchomym skrzydle tzw.  kontaktrony - służące jako czujniki otwarcia okna. Istnieje możliwość zamontowania kontaktronów na zewnątrz ramy, ale wygląda to mało estetycznie i jest rozwiązaniem bardziej zawodnym. Te same kontaktrony mogą być wykorzystane do sterowania elektrozaworami grzejników, jak również przy zakładaniu instalacji alarmowej.
Siłowniki zaworów i kontaktrony, współpracując z regulatorami w rozdzielnicach i termostatami umieszczonymi w pomieszczeniach (przeważnie zintegrowanymi z przyciskami sterującymi oświetleniem i żaluzjami), zapewniają regulację temperatury, umożliwiając zróżnicowanie temperatur w każdym z tych pomieszczeń. Dołączając czujniki obecności i zegar magistralny możemy osiągnąć maksymalny komfort i oszczędności eksploatacyjne. Termostaty tzw. pomieszczeniowe mogą również sterować klimatyzatorami. Wentylatory mogą być sterowane wspomnianym zegarem magistralnym lub uruchamiane czujnikami poziomu dwutlenku węgla czy wykrywania tlenku węgla.

Oświetlenie
Obwody oświetleniowe w tradycyjnej instalacji obejmowały kilka pomieszczeń, przechodząc z puszki do puszki łączeniowej. Proponując klientowi wiele obwodów oświetleniowych (wiele kombinacji ich pracy - scen) należy pamiętać o tym, że zasilanie każdego obwodu musi być doprowadzone bezpośrednio z rozdzielnicy tam, gdzie znajdują się elementy wykonawcze (wyjścia binarne, ściemniacze). Skutkuje to wielokrotnym zwiększeniem ilości kabli, na które należy przewidzieć miejsce w obiekcie.
Stosując czujniki natężenia oświetlenia można wykorzystać światło słoneczne do utrzymywania stałego poziomu natężenia oświetlenia. Prócz oczywistych zalet - komfortu i wygody eksploatacji - daje to pewne oszczędności energii. Jednak biorąc pod uwagę, że na cele oświetleniowe zużywane jest w domach tylko około 2% energii (wobec 73% na ogrzewanie i 11% na ciepłą wodę) nie są one duże. Stosując w pomieszczeniach do pracy i salonach stałonatężeniową regulację oświetlenia, uzyskujemy ważną zaletę instalacji oświetleniowej - chronimy wzrok. Czytając lub pisząc oświetlenie włączamy zazwyczaj dopiero wtedy, gdy już prawie nie widzimy czytanego tekstu. Kiedy nad jego natężeniem czuwa specjalny regulator współpracujący z czujnikiem natężenia oświetlenia, komfort czytania mamy zapewniony automatycznie.
Czujki ruchu i czujki obecności wykorzystywane są również w instalacjach tradycyjnych w pomieszczeniach takich jak toalety, spiżarnie, pralnie - tam gdzie ludzie przebywają przez krótki okres czasu. W systemie KNX czujki takie można blokować ręcznie włączając oświetlenie przyciskiem. Czujki te w instalacji "inteligentnej", w połączeniu ze ściemniaczami i zegarem magistralnym, umożliwiają samoczynne włączanie w nocy oświetlenia o natężeniu wielokrotnie niższym od znamionowego.

Bezpieczeństwo domu i ludzi
Instalacja "inteligentna" może współpracować z centralą alarmową. Możliwe jest pobieranie z centrali alarmowej sygnałów - otwarte okno, stłuczona szyba, naruszona bariera. Odebranie takiego sygnału powinno uruchamiać cały ciąg zdarzeń - scenę. Na przykład zgaszenie świateł wewnątrz domu, podniesienie żaluzji, zapalenie oświetlenia zewnętrznego i przejście kamer monitorujących otoczenie domu z powolnego trybu pracy (2 klatki na sekundę) na pracę normalną.
Inną funkcją realizowaną w domu "inteligentnym" jest symulacja obecności. Można ją  zrealizować rejestrując na magistrali "zachowanie się domu", a potem je odtworzyć podczas nieobecności mieszkańców, np. podnoszenie i opuszczanie żaluzji, włączanie i wyłączanie oświetlenia w różnych pomieszczeniach.
Kolejne funkcje podnoszące bezpieczeństwo to sygnalizacja wycieku gazu lub pojawienia się tlenku węgla (możliwe jest automatyczne odcięcie dopływu gazu i włączenie maksymalnego ciągu wentylacji) lub dymu (uruchomienie scenariusza przewidzianego na wypadek pożaru - włącza się syrena, otwierają się klapy dymowe, zawiadomiona zostaje straż pożarna).
Przy wychodzeniu z domu bardzo pożyteczną funkcją jest sygnalizacja otwartych okien (na zamontowanym ekranie dotykowym można sprawdzić, które okno jest otwarte).
Dołączając do instalacji urządzenie jakim jest tzw. stacja pogodowa, możemy chronić dom przed silnymi podmuchami wiatru poprzez automatyczne zwijanie markiz i opuszczanie rolet. Już przy pierwszych kroplach deszczu okna połaciowe będą się automatycznie zamykać. Gdy temperatura spadnie poniżej zera zostanie włączony obwód podgrzewania podjazdu do garażu i schodów wejściowych (zabezpieczenie antyoblodzeniowe). To samo dotyczy obwodu podgrzewania rynien. Latem, w deszczowe dni, instalacja automatycznego podlewania ogrodu nie będzie się włączała (oszczędność wody).
Do zagadnień bezpieczeństwa domu "inteligentnego" należy również zapewnienie podtrzymania zasilania części obwodów na czas awarii zasilania podstawowego. Przez krótki czas można korzystać z tzw. UPSów, ale ich możliwości czasowe (uzasadnione ekonomicznie kosztem baterii i okresowej ich wymiany) są zazwyczaj niewielkie. Rozwiązaniem są generatory prądotwórcze przejmujące na siebie zasilanie wydzielonych, najważniejszych odbiorów na czas przerwy w zasilaniu podstawowym. Do odbiorów tych należą: centralki alarmowe i telefoniczne, zasilanie magistrali sterującej, a także określone obwody oświetleniowe, obwody zasilania silników żaluzji na niektórych oknach, część obwodów zasilających oświetlenie zewnętrzne itp.
Należy podkreślić, że sama instalacja magistralna jest bezpieczna i nie stwarza zagrożenia użytkownikom (np. KNX jest to instalacja niskonapięciowa typu SELV).

Integracja z urządzeniami audio-wideo
Obecnie coraz więcej firm wyposaża swoje urządzenia audio-wideo w złącza pozwalające im współpracować z instalacjami EIB/KNX. Wynika to z faktu, że jest to oficjalny europejski standard domowych instalacji "inteligentnych" i jako jedyny ma swoją normę EN50090 i normę ISO/IEC 14543. Integracja KNX z systemami audio-wideo pozwala sterować urządzeniami kina domowego (tunery TV, ekrany, DVD) radiem, CD, Playstation. Sterowanie może być dostępne z kilku pomieszczeń w domu. W każdym z nich można słuchać i oglądać coś innego (Multiroom). Sterowanie możliwe jest albo poprzez klawisze zintegrowanych przycisków (obsługujących w danym pomieszczeniu oświetlenie, żaluzje, ogrzewanie) lub też pilotem, albo przenośnym bezprzewodowym ekranem dotykowym. Istnieje możliwość wyboru źródła obrazu, dźwięku, wybierania utworów, tworzenia list odtwarzanych utworów. Można także tworzyć wspomniane wcześniej sceny (scenariusze) - w zależy od pomysłowości właściciela.

Jakie oszczędności roczne dawać będzie inwestycja w instalację "inteligentną"?
Największe korzyści uzyskać można na instalacjach sterowania ogrzewaniem - do 40%. Mówimy oczywiście o domu prawidłowo ocieplonym, porównując go z domem tak samo dobrze ocieplonym - z instalacją tradycyjną. Oszczędności te biorą się z odciążenia lokatorów od obowiązku pamiętania o zakręceniu głowicy termostatycznej w chwili otwarcia okna, o obniżaniu temperatury o kilka stopni w nocy i podczas nieobecności oraz paru innych czynności. Gdy nie musimy o tym pamiętać i robić tego sami - głowica po głowicy, pokój po pokoju - gdy robi to za nas automat - dzień po dniu, miesiąc po miesiącu - to w skali roku można osiągnąć wspomniane 40% oszczędności.

Wzorem innych państw europejskich (jak np. Niemcy, Austria, Szwajcaria) w lutym tego roku zostało zarejestrowane w Polsce Stowarzyszenie KNX-Polska. Zrzesza ono polskich przedstawicieli firm produkujących urządzenia KNX i ma na celu dalszą popularyzację w Polsce standardu KNX, jako standardu europejskiego. Powołane będzie forum internetowe przeznaczone dla aktualnych i przyszłych użytkowników systemu KNX. Do Stowarzyszenia KNX-Polska przystąpiły firmy: Berker, Hager, Jung, Merten, Theben, Tema (Gira).

Artykuł z miesięcznika ARCHITEKTURA_murator Nr 4/2008

Od stycznia 2008 roku produkty firm Hörmann i Velux współpracują ze sobą bez konieczności instalacji jednostki centralnej

sierpień 2008 r.