Fibaro – Inteligentny dom cz.1 – idea i zastosowanie

W przeciągu ostatnich kilu lat coraz bardziej popularne stają się inteligentne instalacje w budynkach. Z całą pewnością ta atrakcyjność spowodowana jest przyspieszonym tempem życia, gdyż celem zaimplementowania inteligentnego rozwiązania jest poprawa jakości i szybkości wykonywania codziennych czynności w domu (automatyka domowa). Dzięki inteligentnym instalacjom budynkowym możesz zaprogramować swoje mieszkanie tak, aby w pełni komponowało się z Twoimi przyzwyczajeniami. Jeszcze kilkanaście lat temu instalacja inteligentnego budynku była mało realna. Obecnie tradycyjne rozwiązania są powoli wypierane przez standardy umożliwiające inteligentne sterowanie domem. W 3 częściach zostanie opisana idea inteligentnego budynku, a także jego zastosowanie na przykładzie konkretnego domu.

Idea inteligentnego budynku

Wyobraź sobie, jak po trudach całego dnia wracasz do domu. Po wejściu, włącza się oświetlenie, otwierają się rolety, a w telewizorze widać Twój ulubiony film lub program TV. Temperatura w każdym z pomieszczeń jest dostosowana według upodobań mieszkańców. Siadając przed telewizorem nie musisz martwić się o poziom natężenia światła. Jednym przyciskiem na pilocie, komórce lub innym urządzeniu sterującym lub nawet jednym słowem możesz włączyć odpowiednio wcześniej zdefiniowaną wartość natężenia światła, a żaluzje okienne przysłonią się w zależności od nasłonecznienia salonu co pozwoli w pełni relaksować się przed telewizorem.

A co z otoczeniem wokół domu? W obecnych czasach mało kto ma czas na pielęgnowanie ogródka. Spora ilość osób zapomina go podlewać co w przyszłości skutkuje kosztami związanymi z sadzeniem nowych roślin. Mając inteligentny dom nie trzeba się już o to martwić. W zależności od panujących warunków pogodowych dom sam zadba o to, aby trawa i reszta roślin była podlana.

Wychodzisz z domu. Po co myśleć o włączeniu alarmu, opuszczeniu rolet w oknach i wyłączeniu niezgaszonych lamp oraz sprzętu RTV i AGD? Inteligentny dom zrobi to automatycznie. Musisz jedynie wyjść z domu. Oprócz wygody, zaoszczędzona zostanie znaczna ilość energii, którą można wykorzystać w przyjemniejszy sposób. Te wszystkie czynności to właśnie idea Inteligentnego Domu.

Rysunek 1 przedstawia ogólny zarys urządzeń jakie użytkownik może zintegrować z inteligentnym domem. Są to najczęściej wykorzystywane moduły. Zaczynając od sterowania oświetleniem, temperaturą, włączaniem i wyłączaniem urządzeń, a kończąc na integracji ze sprzętem AGD/RTV oraz alarmem.

Inteligentny dom kiedyś a dzisiaj

Pomysł inteligentnego budynku sięga lat siedemdziesiątych. Powstał on w Stanach Zjednoczonych. Początkowo systemy tego typu były wykorzystywane w zautomatyzowanej produkcji. Przez następne 10 lat były rozwijane i mniej więcej od 1980 roku, pojawiła się możliwość wykorzystania tych systemów do zastosowań prywatnych, a przede wszystkim biurowych.

Początkowo zastosowanie było ograniczone do kilku podstawowych funkcji tj. systemu ogrzewania, wentylacji, klimatyzacji oraz oświetlenia. Spowodowane to było koniecznością oszczędzania zużycia energii oraz usprawnieniem zarządzania coraz większych biurowców. Pojęcie Inteligentnego Budynku narodziło się około 1980 roku. Były to pierwsze próby koordynacji działań między elementami poszczególnych systemów, które coraz częściej montowano w nowych biurowcach (system przeciwpożarowy, sterowanie windami, system kontroli dostępu).

Jednym z pierwszych systemów inteligentnych domów był system X-10. Wykorzystywał on instalację energetyczną dla potrzeb łączenia systemów automatyki budowlanej (światło, klimatyzacja, żaluzje itp.). Po roku 1980 zakładano, że budynki mają być tanie w użytkowaniu, bezpieczne oraz wygodne dla domowników. Początkowo inwestorzy nie byli przekonani do koncepcji Inteligentnych Domów, ale koncepcja sprawdziła się w praktyce. Dzisiaj trudno sobie wyobrazić duże biurowce bez systemu zarządzania nim.

Początkowe założenia inteligentnych budynków ograniczały się do instalacji alarmowych, oświetlenia oraz sterowania klimatyzacją. Postęp technologiczny przyczynił się do niesamowitego rozwinięcia technologii. Obecnie zintegrować z Inteligentnym Domem można wszystko.

Zastosowanie Inteligentnego Budynku

Zastosowanie Inteligentnych Domów jest bardzo rozbudowane. Całość można podzielić na podsystemy, które obrazuje poniższy schemat .

Rysunek 2. Schemat przedstawiający podsystemy Inteligentnego Budynku

Są to najważniejsze moduły wybrane przez firmę SMARTech. Do najpopularniejszych modułów zaliczane są:

• Sterowanie oświetleniem

Jest to najczęściej wybierana funkcja systemu Inteligentnego Domu. Najprostsze systemy pozwalają zaprogramować kilka scen świetlnych w poszczególnych pomieszczeniach w zależności od upodobań domowników. Bardziej zaawansowane systemy pozwalają zaprogramować fantazyjne rozwiązania. Użytkownik jest w stanie zaprogramować sceny w zależności od określonych godzin, a także dodatkowych czynników. Przykładem jest powrót z zakupów. Wracając z zakupów zdarza się, że ręce są zajęte reklamówkami z zakupami. W takim wypadku występuje problem z włączeniem światła. System jest w stanie automatycznie wykryć Twoją obecność i włączyć światło tylko na drodze, którą będziemy szli. Nie pojawi się w takim wypadku efekt rozproszenia reszty członków rodziny, która ogląda w tym momencie film.

• Sterowanie ogrzewaniem

Jest to drugi najczęściej wybierany podsystem. Zastosowanie tego modułu wpływa znacznie na obniżenie kosztów związanych z ogrzewaniem. Jego zadaniem jest kontrolowanie temperatury w danych pomieszczeniach . Częstym problemem jest utrzymanie takiej samej temperatury w różnych pomieszczeniach. Jeśli salon jest od zachodu, a pokój biurowy od wschodu, temperatura w 99% przypadków będzie inna, a ręczna regulacja może nie przynieść oczekiwanego efektu. Moduł sterowania ogrzewaniem zadba o to, aby temperatura była w poszczególnych pomieszczeniach była dopasowana do naszych wymagań. Ten moduł w obecnych czasach jest bardzo istotny. Unia Europejska w 2007 roku przyjęła PLAN Działań integrujący politykę klimatyczną i energetyczną Wspólnoty, aby ograniczyć wzrost średniej globalnej temperatury o więcej niż 2 st. C powyżej poziomu sprzed okresu uprzemysłowienia. Jednym z celów jest ograniczenie zużycia energii o 20%.

• System alarmowy

Obecnie duża ilość ludzi korzysta z systemów alarmowych. Integracja systemów alarmowych z Inteligentnym Domem pozwolą jeszcze lepiej chronić nasz budynek, a użytkownicy będą w ten sposób spokojniejsi. Reakcje systemu dostosowane są do własnych wymagań i możliwości. Można włączyć automatycznie zamykanie się całego domu w momencie wykrycia złodzieja i poinformowanie nas o zaistniałej sytuacji. Częstym rozwiązaniem jest połączenie systemu alarmowego z kamerami, które pozwolą policji zidentyfikować złodzieja. Użytkownik będzie miał podgląd w każdym momencie na stan swojego domu. w momencie wykrycia alarmu na bieżąco może sprawdzić co się w nim dzieje i wykluczyć fałszywy alarm.

• System symulacji obecności

Jest to jeden z ciekawszych sposobów wykorzystywania systemów inteligentnego domu. Wyjeżdżając na wakacyjny wypoczynek, dom może stać się celem złodzieja. System symuluje obecność domowników w budynku poprzez zapalanie świateł, włączanie telewizora oraz korzystanie z większości urządzeń zintegrowanych z systemem.  Złodziej w takim wypadku myśli, że domownicy dalej są w domu i omijają taki dom, a rodzina może spokojnie wypoczywać na wymarzonych wakacjach.

• System przeciwpożarowy

Zadaniem systemu przeciwpożarowego jest oczywiście ochrona domu przed pożarem wraz z jego domownikami. Taki system składa się zazwyczaj z sieci czujników oraz bezpośredniej sieci przeciwpożarowej, czyli różnego rodzaju spryskiwaczy, wentylatorów, siłowników okien. Obecnie w dużych biurowcach systemy przeciwpożarowe są standardem. Jest to moduł, który dość często jest instalowany jako jedyny element inteligentnego budynku.

• System przeciw zalaniem wodą

System działa na podobnej zasadzie jak system pożarowy. Występuje system czujników, ale tym razem działających na wykrycie wody, a także na bezpośredni system przeciw zalaniem wodą tj. elektrozawory, które w momencie wykrycia wody mają zablokować dopływ wody. System jest popularny w apartamentach i blokach ze względu na możliwość zalania sąsiada niżej.

• System pogodowy

W tym systemie występuje szereg czujników, które mają decydować np. o zamknięciu się okien na poddaszu na wypadek deszczu. Obecnie w niektórych systemach wykorzystywane są bieżące dane pogodowe zamiast sieci czujników. Nie trzeba wtedy instalować kosztownej stacji pogodowej.

Sieci z nowym okablowaniem

Najlepszym systemem z nowym okablowaniem z nowym okablowaniem spośród systemów inteligentnych domów jest EIB/KNX. Opracowany został w 1990 roku, a w Polsce pojawił się 6 lat później. Jest to otwarty standard zarządzania i kontroli urządzeń i budynków. KNX jest systemem opartym na rozproszonej konwencji. Nie występuje w takim wypadku jednostka centralna co prowadzi do mniejszej awaryjności sytemu. W systemie tradycyjne elementy sterownicze są zastąpione urządzeniami wykonanymi w technice cyfrowej. Informacje są wymieniane za pomocą jednego przewodu, którym jest dwuparowa skrętka o przekroju żyły 0,8mm. Do transmisji wykorzystywana jest tylko jedna para przewodów, a druga służy jako rezerwa. Sieć komunikacyjna EIB.KNX jest siecią „peer to peer”. Dużą zaletą jest możliwość podłączenia aż 57375 urządzeń.

Sieci bez nowego okablowania

X10 jest to protokół znany od ponad 30 lat i przeznaczony jest z założenia do sterowania urządzeniami domowymi, tj.: ogrzewaniem, oświetleniem i wentylacją. System jest najpopularniejszy w Stanach Zjednoczonych, ale powoli zaczyna się cieszyć popularnością na innych kontynentach. w tym systemie najważniejsze jest, aby dane urządzenie potrafiło obsługiwać ten protokół. Na rynku istnieje już ponad 10 milionów urządzeń wspierających ten protokół. Największą zaletą systemu jest prostota rozbudowy. Wymaga ona jedynie włączenia nowego urządzenia do gniazdka prądowego, albo zamontowania go na szynie DIN. Transmisja danych odbywa się przez przewody instalacji elektrycznej za pomocą modulacji amplitudowej. Dane przesyłane są w ramkach po detekcji przejścia napięcia przemiennego przez zero.

Kolejnym systemem, w którym użytkownik nie musi kłaść nowego okablowania jest LonWorks. Jest to standard, który jest silnie wspierany przez największe koncerny w USA i w Europie. Technologia LonWorks ma większe możliwości niż X10. Nie trzeba łączyć urządzeń tylko za pomocą przewodów zasilających, ale także za pomocą skrętki telefonicznej, fal radiowych, a także podczerwieni. System jest wyposażony w system kontroli błędów dzięki czemu komunikacja jest odporna na zakłócenia. Do systemu można podłączyć maksymalnie 32 tysiące urządzeń. w skład systemu wchodzi kilka komponentów: mikroprocesor, zasilacz, transceiver oraz element sprzęgający sygnał danych z siecią energetyczną.

Sieci bezprzewodowe

ZigBee to standard stworzony przez grupę ZigBee Alliance, do której należą największe firmy zajmujące się oprogramowaniem oraz produkcją sprzętu elektronicznego. Najważniejszą zaletą jest niski pobór prądu oraz prostota budowy sieci opartej o ZigBee. Urządzenia pracujące w tej sieci działają na częstotliwości która nie wymaga pozwolenia.

ZigBee jest dobrą alternatywą dla przewodowych systemów, takich jak X10 oraz LonWorks, które są ograniczone poprzez okablowanie. Obecnie standard obsługuje do 256 urządzeń dla 8-bitowego adresowania, jednak ta liczba może znacznie wzrosnąć dzięki wykorzystanemu w standardzie połączenia międzysieciowego. W ZigBee uwzględniono bardzo niski pobór mocy, dzięki czemu elementy sieci mogą wykorzystywać pary baterii AA przez pół roku, a nawet do 2 lat. Wynika to z tego, że poszczególne węzły lub czujniki uzyskują dostęp do kanału i nadają go tylko w momencie kiedy wymaga to aplikacja.

Kolejnym bezprzewodowym standardem jest Z-Wave. Jest to międzynarodowy bezprzewodowy standard komunikacji, który znalazł swoje zastosowanie w automatyce domowej. Jest on zbliżony do struktury ZigBee. Dokładniej ten standard zostanie opisany w drugiej częśći na podstawie systemu firmy Fibaro, która swój produkt oparła o ten standard komunikacji.

O Autorze:

Źródła zdj. : telbit24.pl, smartech.pl