arrows Analýzy, trendy arrows Informační technologie arrowsKoncept inteligentních budov
foto: Tomáš Malý
text: Karel Kabele
číslo: 11-12/09
Koncept inteligentních budov
V moderních budovách se objevuje řada nových technických systémů, které řeší jednotlivé funkce stavby. Vedle vlastního systému, jenž danou funkci plní, je velmi důležité jeho provozování, které musí splňovat určité požadavky. Způsob provozování daného systému je podmíněn možnostmi jeho regulace a řízení.
odeslat odeslat    tisk tisk
Prof. Ing. Karel Kabele, CSc. (*1960)

Prof. Ing. Karel Kabele, CSc.Vedoucí katedry technických zařízení budov na FSv ČVUT v Praze. Zabývá se problematikou energetických systémů budov z hlediska jejich navrhování, počítačového modelování a interakcí systémů s budovou. Pod jeho vedením vznikla na FSv ČVUT v Praze laboratoř inteligentních budov. Je autorizovaným inženýrem v oborech technika prostředí staveb a energetické auditorství. Je předsedou Společnosti pro techniku prostředí, členem představenstva ČKAIT a viceprezidentem Evropské federace společností pro techniku prostředí REHVA. E-mail: kabele@fsv.cvut.cz

Vývoj informačních technologií založených na elektronickém zpracování a přenosu informací se promítá do všech oblastí našeho života. Aplikace v oblasti telekomunikací a výpočetní techniky, automobilového průmyslu a spotřební elektroniky jsou jeho běžnou součástí a dnešním pohledem nikomu nepřijde neobvyklé odemknutí automobilu na dálku nebo poslání MMS zprávy svým bližním třeba z vrcholu Sněžky.
Rozvoj těchto technologií má dopad i na stavitelství, otevírá nové možnosti a mění mnohé zaběhnuté principy. Současný architekt tak má mnohem více možností, jak budovu koncipovat a některé funkce stavby, dříve řešené výhradně stavební konstrukcí, může nahradit některým z technických systémů budovy.
V této souvislosti lze jako typický příklad uvést ochranu před vloupáním. Klasická stavba měla masivní stěny, a tak možná cesta nezvaného hosta byla výhradně okenními a dveřními otvory, zabezpečovanými mřížemi. Moderní stavba řešená na bázi lehkých materiálů s vysokým stupněm prosklení musí mít složitější elektronickou ochranu. Jiným příkladem je letní provoz – až donedávna v našich klimatických podmínkách řešen výhradně staletími vyzkoušeným poměrem zabudované hmoty stavby a velikosti oken s prvky přirozené klimatizace. Moderní budovy často zápasí s problémem přehřívání v letním období, a tak si opět pomáháme technickými systémy – například mechanickým chlazením nebo aktivními fasádami.
V moderních budovách se tak objevuje množství nových technických systémů, jež řeší jednotlivé funkce stavby. Vedle vlastního systému je velmi důležité jeho provozování, které musí splňovat ekonomické, energetické, ekologické a legislativní požadavky. Způsob provozování určitého systému je podmíněn možnostmi jeho regulace a řízení. Právě zde se objevuje velký prostor pro aplikace v oblasti moderních technologií, umožňujících přenos a zpracování velkého množství dat. Není velkým technickým problémem algoritmizovat standardní regulační zásahy na jednotlivých systémech. Moderní systémy vybavené regulací se mohou do jisté míry chovat autonomně na základě podnětů senzorů regulačního systému. Toto chování jednotlivých systémů dalo základ pojmu inteligentní budova.
Inteligentní budova v současném pojetí je budova vybavená sjednoceným řízením jednotlivých funkčních systémů – vytápění, větrání, zabezpečení atd. „Inteligence“ budovy se projevuje například tím, že si jednotlivé takto řízené systémy navzájem nekonkurují. V případě vytápění a větrání je typickou situací otevření okna v zimě, kdy „obyčejná“ budova začne více topit, aby pokryla zvýšenou tepelnou ztrátu, zatímco „inteligentní“ budova ví, že je okno otevřené, a výkonvytápěcího zařízení začne zvyšovat až po určité době.

Služby inteligentních budov
Jednotlivé funkce inteligentní budovy lze rozdělit do skupin podle účelu. Je zřejmé, že pojem inteligentní budova neznamená integraci všech funkcí, ale že se v jednotlivých typech budov použijí pouze funkce relevantní. Základní skupiny funkcí inteligentních budov (IB) nazývané služby, jsou:

  • energetické;
  • ekologické;
  • komfortní;
  • bezpečnostní;
  • dopravní;
  • sociální;
  • zábavní;
  • komerční.

Energetické a ekologické služby IB 
Do této kategorie se zařazují služby, zajišťující provoz energetických a ekologických systémů budov, tzn. technických zařízení určených pro přenos energie a médií pro zajištění kvality vnitřního prostředí, k nimž patří zdravotechnika (vodovody, kanalizace, plynovody), vytápění, chlazení a větrání budov, příprava teplé vody a silové rozvody elektrické energie.
Smyslem těchto služeb je hospodárné využití energie s cílem minimalizace negativního dopadu funkce daných systémů na životní prostředí. Inteligentní řízení umožňuje i dálkové monitorování těchto služeb a v případě nestandardních situací i vyslání upozornění provozovateli či majiteli objektu. Tyto služby začínají nabývat na svém významu zvláště v souvislosti s úsporami energie, kdy může inteligentní řízení dodávky energie pro vytápění a chlazení objektu při vhodně navrženém systému kopírovat požadavky uživatelů při minimální spotřebě energie.
V současných systémech vytápění i chlazení se často setkáváme s využitím obnovitelných zdrojů, jako je solární energie nebo energie země s bi- nebo trivalentním zapojením. Při běžném řízení těchto zdrojů se často dostáváme do situace, kdy si vzájemně konkurují a nevyužívají tak svého plného potenciálu. Typický problém mají systémy s akumulací tepla získávaného ze solárních kolektorů s dohřevem. V těchto systémech musí regulace, případně obsluha správně odhadnout předpokládaný průběh solárních zisků a odběr energie tak, aby v okamžiku, kdy solární zisky začnou vznikat, bylo energii kam akumulovat. V běžných systémech se totiž často stává, že doplňkový zdroj energie nabije akumulátor v nočních hodinách a ráno, kdy solární zisky začínají působit, již není energii kam akumulovat. Inteligentní řízení takového zdroje umožní podstatně lepší hospodaření s energií a v případě provázání systému řízení na meteorologická data i adaptivní chování celého systému. Obdobné případy existují i v chlazení, kdy se systémem nočního chlazení na základě krátkodobé předpovědi počasí nastaví optimální míra vychlazení objektu. Tento článek si neklade za cíl předložit kompletní výčet všech energetických služeb inteligentních budov, nesmí se však zapomenout na vhodně řešené ovládání umělého osvětlení, které též může významnou měrou přispět k energetickým úsporám.
V oblasti ekologických systémů budov jde především o kontrolní služby řešící havarijní stavy při poruše vodovodu, úniku plynu nebo vzniku vzduté vody v kanalizační soustavě. Příkladem aplikace jsou vany vybavené senzorem výšky hladiny jejich napuštění umožňující dávkování požadovaného množství vody. Vedle bezpečnostní funkce (ochrana proti vyplavení) má takový systém dopad i na energetické úspory.

Budova ČSOB v Praze Radlicích, ilustrační foto
¤ Budova ČSOB v Praze Radlicích, ilustrační foto

Komfortní služby inteligentních budov 
Do této skupiny zařazujeme především služby, jež řídí systémy vytvářející vnitřní prostředí budov. Jedná se o vytápění, chlazení a větrání místností, kde je možné individuálně nastavit požadované parametry vnitřního prostředí podle okamžitých požadavků uživatele. K tomu, aby byl takovýto systém řízení funkční, musí být uzpůsoben i systém dodávající do místnosti vzduch. Ke komfortu lze přiřadit také ovládání umělého osvětlení, kde se objevují aplikace, umožňující volbu jeho různých scénářů. Další oblastí je ovládání vrat a dveří. Uživatelsky zajímavá je možnost vzdáleného monitorování parametrů objektu, využívající webového rozhraní pro sledování stavu budovy, případně pro nastavení žádaných systémových hodnot – před návratem ze zimní dovolené zapnu vytápění na vyšší teplotu.

Bezpečnostní služby
Kategorie bezpečnostních služeb je asi nejrozvinutější oblastí v řízení inteligentních budov. Patří sem systémy monitorování vstupu osob do budovy, pohybu osob v budově, dále systémy protipožární ochrany a zabezpečení proti havarijním stavům jednotlivých technických systémů. Díky tomu, že mají bezpečnostní služby v oblasti ochrany budovy před nezvanými návštěvníky – na rozdíl od ochrany před technickými poruchami – za soupeře člověka, jenž se snaží tyto systémy obelstít, jedná se o jednu z nejrychleji se rozvíjejících oblastí. Jmenovat lze systémy pro identifikaci člověka na základě analýzy oka, slin nebo otisku prstu.
Vedle dnes již běžných služeb je v budovách s inteligentním řízením zajímavou aplikací možnost vytváření uživatelských profilů – obdoba uživatelských profilů na mobilním telefonu. Například v profilu „opuštění domu“ proběhne vypnutí spotřebičů, uzavření oken a přepnutí větrání na minimální výměnu vzduchu; profil „dovolená“ je rozšířen o nepravidelné rozsvěcení světel v budově apod.

Dopravní služby
Inteligentní řízení dopravních služeb v budovách se zaměřuje především na optimalizaci provozu výtahů, eskalátorů a travelátorů.

Sociální služby
Sociální služby v inteligentních budovách jsou určeny pro ochranu a zvýšení využitelnosti budovy pro děti, tělesně postižené, seniory a nemocné. Tyto služby jsou zaměřeny především na přivolání pomoci v nouzi, monitorování základních životních funkcí a na služby pomáhající eliminovat handicap uživatelů.
Přivolání pomoci v nouzi může být v nejjednodušší formě klasickým telefonem, vybaveným hlasovou volbou a zrychlenou volbou telefonního čísla pomoci. Vyspělejší systémy využívají telefonu s dálkovým ovladačem s rychlou volbou v podobě přívěsku nebo náramku. Další možností je umístění alarmových tlačítek v místnostech, doporučuje se umístění při podlaze tak, aby jej měl upadnuvší člověk v dosahu. Tyto způsoby přivolání pomoci v nouzi vyžadují aktivní zásah postiženého. Tam, kde hrozí nebezpečí, že si postižený nebude schopen sám pomoc přivolat, se využívá alarmu automaticky aktivovaného kritickými biomedicínskými daty. Jedná se především o EKG, puls, dýchání nebo nehybnost osoby. Příkladem může být alarm, aktivovaný delší nehybností osoby v koupelně, která může být symptomem pádu a omráčení, případně nevolnosti. Tyto služby vyžadují senzory, které data snímají. Vedle personálních senzorů, které do jisté míry monitorovanou osobu omezují, je tyto senzory možné umístit do postele, toalety nebo vany.
Systémy pro eliminaci handicapu uživatelů jsou zaměřeny především na podporu paměti, sluchu, zraku a omezeného pohybu. Řídicí systém inteligentní budovy může připomenout užívání léků, uzavření oken a uzamčení budovy při jejím opuštění. Z vážnějších služeb je to supervize opuštění budovy v noci a zimě, kdy může být aktivován alarm v případě, že nemocný uživatel nečekaně opustil svůj dům. Systémy pro eliminaci poruchy sluchu jsou založeny na principu indukční smyčky a optické komunikace – světelný zvonek, telefon. Handicap v oblasti snížené schopnosti pohybu osob lze v inteligentní budově řešit adaptabilními prvky od vany s pohyblivým dnem, přes WC, po kuchyňskou linku s nastavitelnou výškou.

Zábavní a komerční služby 
Zábavní a komerční služby inteligentních budov jsou v těsné vazbě na rozvoj internetu a jím poskytovaných služeb. V oblasti zábavy se centrem audiovizuálního systému stává jeden domácí počítač, zajišťující přehrávání hudby a obrazu, příjem televizního signálu, nahrávání, komunikace, hraní her a on-line obchodování. I v této oblasti, obdobně jako v bezpečnostních službách, je možné pozorovat dramatický vývoj.

Závěr 
Rozvoj služeb inteligentních budov s sebou samozřejmě nese úskalí. Tak, jako u každé nové technologie se objevují nečekané problémy nejen technické, ale i sociální. Nicméně moderní technologie tato řešení umožňují a je především na investorovi, aby ve spolupráci se specialistou požadavky na jednotlivé služby vhodně formuloval.

Tento příspěvek vznikl jako součást grantu MPO 2A-1TP1/051.

Použitá literatura:
[1] Kabele, K.: Co umožňuje inteligentní rodinný dům. In Vytápění rodinných domů. Praha: Společnost pro techniku prostředí, 2001, s. 25–29. ISBN 80-02-01457-X
[2] Reinberk, Z., Drkal, F., Kabele, K., Lain, M.: Využití E-služeb pro monitorování a řízení energetických systémů budov – Smarthomes. In Klimatizace a větrání 2004. Praha: Společnost pro techniku prostředí, 2004, s. 136–144. ISBN 80-02-01598-3
[3] Reinberk, Z.: Inteligentní rodinný dům. In Vytápění konference - sborník přednášek. Praha: Společnost pro techniku prostředí, 2003, s. 29–32. ISBN 80-02-01546-0
[4] Kabele, K.: Perspektivy inteligentních energetických služeb v panelových domech, Sborník příspěvků z Celostátní odborné konference REGENERACE PANELOVÉ VÝSTAVBY Hradec Králové 1.–2. listopad 2006
[5] Brůha, P.: Inteligentní dům v reálném životě. Alternativní zdroje energie 5/2004
[6] Kamphuis, I. G., Warmer, C.J., Jong, M.J.M., Wortel, W.: IIGO: Intelligent Internet mediated control in the built environment: Description of a large-scale experiment in a utility building setting. ECN Energy in the Built Environment, Nizozemí, 2005





Licence Creative Commons

www.casopisstavebnictvi.cz podléhá licenci Creative Commons
Uveďte autora | Neužívejte dílo komerčně | Nezasahujte do díla 3.0 Unported
.

RSS
Líbí se nám: Vše o stavbách a architektůře najdete na 4stav.cz. Použité stroje jako brusky, lisy a jiné naleznete na AKKstroje.cz. Studijní materiály nejen o stavebnictví, ale i strojírenství a zeměpis najdete na Škola, studium, wiki. Pomozte klikem, udělejte dobrou věc a přečtěte si v magazínu nejen o životním stylu.
© 2007