Inteligentní řízení budov

29. října 2015

Partneři sekce:

Moderní domy a kancelářské komplexy mohou díky inteligentnímu řízení vytápění, osvětlení, stínění a ventilace uspořit až 40 % nákladů na energie. Výsledky výzkumu naznačují, že největší příležitosti k úsporám spočívají v optimálním využití slunečního světla a tepla v kancelářských, průmyslových i obytných prostorách.

Vedle samotné energetiky, průmyslu nebo dopravy jsou největším konzumentem energií ve většině rozvinutých zemí technologie v budovách. V řadě těchto zemí či průmyslových oblastí připadá na vytápění, chlazení a osvětlení budov až 40 % veškeré spotřeby energií. To, v kombinaci s omezenými zásobami řady energetických zdrojů a závislosti na jejich dovozu, znamená, že se jejich efektivní využívání stává ekonomickou nutností. Jak významný dopad může mít inteligentní a propojené ovládání technických zařízení budov – tedy osvětlení, stínění, vytápění, ventilace a klimatizace, ukazuje výzkum provedený Ústavem stavebních a energetických systémů na Univerzitě aplikovaných věd v Biberachu.

Úspory až 58 %

Univerzitní výzkum a studie sponzorované společností ABB byly zaměřeny na možnosti úspor, kterých lze dosáhnout při ovládání zmíněných technických zařízení budov pomocí inteligentních systémů využívajících standard KNX. Studie byla zaměřena zejména na moderní otevřené kancelářské prostory. Ze studie vyplynulo, že pomocí kombinace opatření a optimalizace řízení systémů v budovách lze dosáhnout celkových úspor energie v rozsahu 11 až 31 % a v případě kombinace více funkcí až 40 %, což může výrazně snížit celkové náklady na provoz. V některých oblastech a situacích mohou být průměrné úspory ještě vyšší – například v případě ventilace až 45 % a u osvětlení až 58 % (tab. 1).

Vylepšování osvětlení

Prvním krokem by měla být modernizace systému osvětlení – jen samotnou výměnou tzv. předřadníků používaných v zářivkovém osvětlení lze například ušetřit až 30 % spotřeby zářivek. Dalším krokem by mělo být zavedení systému konstantního osvětlení, který zajišťuje stabilní úroveň světlosti pracovního prostředí – typicky 500 luxů. Pomocí světelných senzorů je měřena intenzita světla v kancelářích a umělé osvětlení je automaticky regulováno. Díky systému konstantního osvětlení lze snížit spotřebu energie při svícení o jednu až dvě třetiny – v závislosti na roční době, počasí a umístění budovy či kanceláře. Třetím krokem při optimalizaci osvětlení kanceláře jsou systémy, které zjišťují její obsazenost a automaticky vypínají osvětlení v těch prostorách, kde se nenacházejí žádní zaměstnanci – tak lze ušetřit dalších přibližně 13 %.

Řízené stínění

Aby se zabránilo zbytečnému plýtvání energií v době, kdy je dostatek denního světla, je nejlepší propojit automatické řízení stínění se systémem konstantního osvětlení – žaluzie nebo jiné zástěnné systémy jsou pak regulovány tak, aby se do místnosti dostávalo optimální množství denního světla a bylo zabráněno jeho přímému dopadu. Právě kombinací automatického řízení osvětlení a řízeného stínění v kombinaci s dalšími systémy lze dosáhnout celkových úspor spotřeby energie až 40 %.

Optimální využití slunečního tepla

V případě stínění je důležité pamatovat nejen na jeho funkci s ohledem na množství světla v pracovním prostoru, ale také na možné přínosy z hlediska vytápění v zimních měsících a ochlazování v letním období. Systém pro řízení stínění přitom může rozlišovat režim v okamžiku, kdy se v kanceláři někdo nachází (pak má přednost dosažení stabilní úrovně světelnosti pracovního prostředí) nebo když je prázdná (pak může stínění primárně pomáhat při vytápění nebo ochlazování prostor). Z výsledků studie vyplývá, že propojení systémů stínění s řízením teploty může v případě klimatizace ušetřit až 30 % nákladů na energie. Systémy monitorující přítomnost zaměstnanců lze navíc vyžít k tomu, aby v době, kdy v kanceláři nejsou, byla automaticky snížena teplota – pokles o 1 °C totiž představuje úsporu 6 %, v praxi tak lze teplotu v prázdné místnosti snížit automaticky například o 3 °C a ušetřit po tuto dobu téměř pětinu nákladů na vytápění. Dalších úspor pak lze dosáhnout například automatickým utlumením topení v okamžiku, kdy se v místnosti větrá otevřením okna. Technická zařízení pro vytápění a ventilaci spotřebovávají největší část energie v budovách. V této oblasti lze tedy dosáhnout největších absolutních úspor. Spotřebu energie v budově lze výrazně snížit, vezme-li se v úvahu její architektonické uspořádání, konstrukce a inženýrské sítě (tab. 2).

Základem je správné měření

Uvažovat o optimalizaci spotřeby má pochopitelně smysl jen ve chvíli, kdy víte, kolik energie a na co skutečně spotřebujete. Logickým prvním krokem tak je nainstalovat řešení, které vám umožní přesně změřit, zaznamenat a přehledně zobrazit spotřebu energií v budově či kanceláři – i pro tuto oblast lze využít inteligentní zařízení s rozhraním KNX, která lze posléze snadno propojit s inteligentními systémy řízení osvětlení, stínění či řízení teploty.

Co znamená KNX?

Systém KNX je předním, celosvětovým inteligentním systémem pro řízení budov. KNX je výsledkem sloučení rozšířených sběrnicových systémů, vychází z dobře známého systému EIB (Evropské instalační sběrnice), který je úspěšně etablován na trhu od roku 1992. KNX je prvním mezinárodním standardizovaným systémem pro automatizaci budov. Odpovídá požadavkům mezinárodní normy ISO/IEC 14543-3, evropským normám CENELEC EN 50090, CEN EN 13321-1 a 13321-2, čínské normě GB/Z 20965 a normě USA ANSI/ASHRAE 135. Systém představuje jasně definovanou systémovou platformu, v níž produkty KNX od různých výrobců mohou vzájemně spolupracovat. Jak datový protokol, tak také jednotlivé přístroje mají certifikaci podle standardu KNX. Tímto způsobem je KNX schopen zaručit síťové propojení, vzájemnou součinnost a kompatibilitu s předřazenými i následně zařazenými prvky. Pro projektování, inženýring a uvádění všech instalací KNX do provozu slouží jediný softwarový nástroj – ETS.

Použití

Používání nových materiálů a využívání obnovitelných zdrojů energií je považováno za nejdůležitější inovace ve stavbě budov v posledních několika letech. Rostoucí nároky na pohodlí, nové funkční možnosti a současně omezená dostupnost zdrojů a rostoucí náklady na energie vytváří základnu pro inteligentní řízení budov v moderních konstrukčních objektech. KNX propojuje všechny prvky elektrické instalace a vytváří z nich síťově propojený systém. Tímto způsobem je zaručena transparentnost a využití informací v rámci takové instalace. V tomto systému všichni uživatelé vzájemně „komunikují“ prostřednictvím jediného sběrnicového kabelu. Je tak možno integrovat všechny různé funkční subsystémy v rámci budovy do jediného řešení, s plynulým přechodem mezi jednotlivými rozhraními.

Sběrnicový systém KNX je možné použít v bytových i nebytových (průmyslových a obchodních) objektech, a to v těchto oblastech:

osvětlení,
řízení klimatu v budově,
ochrana před slunečním zářením,
bezpečnost,
řízení spotřeby energií,
provoz budovy,
automatizace,
komunikace.

Inteligentní řízení budov

Prostřednictvím komunikační sběrnice KNX jsou všechny snímače (např. tlačítkové ovládače nebo snímače přítomnosti) vzájemně propojeny datovým kabelem s akčními členy (např. stmívacími akčními členy, ovládači žaluzií), na rozdíl od přímo vodičově připojených spínačů a spotřebičů (klasická instalace). Akční členy ovládají/řídí silový obvod ke spotřebiči. Komunikace se všemi zabudovanými systémovými přístroji probíhá formou datových telegramů, posílaných po stejném sběrnicovém kabelu. Snímače vysílají povely, akční členy jim „naslouchají“ a po adresaci provedou požadovanou funkci. Pomocí ABB i-bus® KNX lze vytvořit širokou řadu funkcí, např. skupinové povely, logické sekvence, řídicí a regulační úkoly.

Řízení, struktura a topologie

Komunikační médium představuje kabel KNX. Sběrnice KNX tvoří kroucený metalický pár (typ kabelu např. YCYM 2 x 2 x 0.8 nebo J-H(ST) H 2 x 2 x 0.8, neobsahující halogeny), který propojuje zařízení připojená na sběrnici KNX. Po tomto kabelu jsou odesílány datové telegramy a je napájena elektronika přístrojů na sběrnici. Systém KNX je možno dále rozšířit o datové protokoly pro přenos dat přes paketové sítě (IP datagramy) a radiofrekvenční (RF) řešení. Vytvořená struktura KNX je z hlediska návrhu velmi pružná, díky možným připojením jednotlivých zařízení. Může být konfigurována jako lineární, stromová, hvězdicová a kombinace těchto konfigurací. Struktura KNX je uspořádána do linií, které jsou vzájemně propojeny liniovými spojkami, v závislosti na velikosti sítě. Zařízení zapojená do příslušných linií (snímače a akční členy) jsou napájeny ze zdrojů bezpečného malého napětí (30 V). Celý sběrnicový systém KNX může sestávat z více než 50 000 přístrojů (účastníků na sběrnici).

Systémová integrace

V průběhu tzv. systémové integrace jsou všechny požadavky investora nebo vlastníka budovy implementovány pomocí přístrojů KNX a příslušného aplikačního programu.

Plánování/projektování: V průběhu plánování/projektování jsou do koncepce návrhu zařazeny všechny původní požadavky investora a ty jsou zahrnuty do funkčního popisu.
Inženýring, projektový návrh: Během této etapy jsou vybrány nejvhodnější komponenty a aplikační programy a proveden návrh sběrnicové topologie. Jsou definovány systémové přístroje, které budou zařazeny do instalace KNX, a probíhají práce na projektovém návrhu pomocí softwaru ETS na bázi parametrizace funkcí.
Uvádění do provozu (oživení): V etapě uvádění do provozu jsou instalovány a programovány přístroje KNX. Projekt vytvořený a zpracovaný pomocí ETS je pak tímto softwarem naprogramován do přístrojů.
Předání zákazníkovi: V etapě přejímky/předání zákazníkovi probíhá kontrola naprogramovaných funkcí z hlediska splnění požadavků ve funkčním popisu. Ověřuje se správnost funkce instalace a také dokumentování.
Dokumentace: Po předání je zákazníkovi dodána projektová dokumentace (schémata, funkční popisy a projektová data ETS).

Z materiálů společnosti ABB.
Foto: ABB

Článek byl uveřejněn v časopisu TZB HAUSTECHNIK.