Automatizácia objektov, HVAC a nielen to

Úvod do automatizácie budov: čo je to automatizácia a aké sú jej úlohy

Automatizácia budov sa v súčasnosti stáva nepostrádateľným prvkom v súkromných domoch, ako aj v komerčných, verejných alebo priemyselných objektoch. Ide o komplexný systém, ktorý umožňuje automatizáciu a diaľkové ovládanie rôznych komponentov budov, ako sú vykurovanie, ventilácia a klimatizácia (spolu pomenované HVAC), ako aj poplašné, požiarne alebo monitorovacie systémy. Ide o riešenie, ktorého cieľom je zabezpečiť bezpečnosť, ktorá je primárnou funkciou systémov riadenia budov (tzv. BMS alebo Building Management System), ako aj pohodlie obyvateľov a zároveň šetriť energiu prostredníctvom efektívneho riadenia týchto systémov.

Automatizácia budov je založená na rôznych zariadeniach a subsystémoch, ako sú siete snímačov, riadiace jednotky (regulátory a relé), meracie zariadenia, pohony a káblové a bezdrôtové systémy. Tie umožňujú komunikáciu a výmenu informácií medzi rôznymi komponentmi budovy, ktoré tvoria ucelený a funkčný systém.

Moderné algoritmy a softvér používané v inteligentných domoch umožňujú systému reagovať na zmeny vo vnútri aj mimo budovy a regulovať prevádzku jednotlivých systémov. Desiatky snímačov, detektorov a meračov neustále poskytujú údaje o podmienkach vo vnútri a vonku budovy, ako aj o stave jednotlivých zariadení. Okrem toho komplexná sieť káblov a vodičov zabezpečuje spoľahlivú komunikáciu, ktorá často prekonáva bezdrôtové metódy.

Systémy BMS môžu vykonávať širokú škálu úloh, ako je zapínanie a vypínanie svetiel podľa vopred naprogramovaných scenárov, ovládanie alarmov, detektorov, bezpečnostných zón, zámkov dverí a okien a osvetlenia na ochranu majiteľov domov pred narušiteľmi. Dokážu tiež regulovať vykurovanie, klimatizáciu, vetranie a žalúzie a upravovať podmienky v jednotlivých miestnostiach podľa meniaceho sa počasia. Dôležité je, že umožňujú aj kontrolu spotreby energie a optimalizáciu všetkých procesov s cieľom dosiahnuť úspory a čo najnižšie emisie.

Systém HVAC a jeho úloha v štruktúre Smart Home

Automatizácia budov, najmä v kontexte systému HVAC (ang.Heating, Ventilation, and Air Conditioning), je zložitým a všestranným riešením. HVAC, teda vykurovanie, vetranie a klimatizácia, je integrálny systém, ktorý spája tieto tri nezávislé prvky do jedného celku. Jeho hlavným účelom je regulácia teploty, vlhkosti, kvality vzduchu a cirkulácie vzduchu v budove.

Systémy HVAC ponúkajú mnoho výhod, ktoré sa oplatí vyzdvihnúť. Najzrejmejšou z nich je zabezpečenie tepelného komfortu a kvality vzduchu v interiéri. V súčasnosti sa však kladie čoraz väčší dôraz na energetickú účinnosť, ktorá sa prejavuje v znížení nákladov na energiu. Riadením spotreby energie na vykurovanie a klimatizáciu prispievajú systémy HVAC k udržateľnej prevádzke budov.

Treba tiež zdôrazniť úlohu systémov HVAC pri zlepšovaní kvality vzduchu v interiéri, najmä v súvislosti s nedávnou pandémiou. Dodávatelia systémov zdôrazňujú schopnosť týchto riešení odstraňovať vírusy, škodlivé látky a zabraňovať tvorbe plesní. Táto vlastnosť je pre používateľov čoraz dôležitejšia.

Treba však poznamenať, že systémy HVAC majú aj niektoré nevýhody, ako sú vysoké náklady na inštaláciu a údržbu, a tiež potreba pravidelnej údržby. Napriek tomu výhody, ktoré ponúkajú, prevažujú nad týmito nevýhodami.

Pozrime sa teraz na komponenty systému HVAC, t. j. na jednotlivé zariadenia.

1. Vykurovacie rozvody: systém HVAC môže zahŕňať rôzne spôsoby vykurovania, ako sú radiátory, kotly, tepelné čerpadlá, klimatizácie s rekuperáciou tepla alebo podlahové vykurovanie.
2. Ventilačné rozvody: zabezpečuje výmenu vzduchu, čím sa udržiava primeraná kvalita vzduchu v interiéri. Existuje mnoho variantov vetrania, napríklad gravitačné (prirodzené), mechanické alebo hybridné, ktoré kombinuje prvé dva varianty.
3. Klimatizácia: zodpovedá za reguláciu teploty a vlhkosti vzduchu vo vnútri budov. V závislosti od potrieb sa môžu používať rôzne konštrukcie, ako sú okrem iného systémy split alebo multi-split.

Ventilácia ako súčasť HVAC – štandardné riešenia

Vetranie je proces prívodu čerstvého vzduchu a súčasného odstraňovania znečisteného vzduchu. Na zabezpečenie účinnosti a energetickej efektívnosti sa čoraz častejšie siahame po mechanickom vetraní s rekuperáciou. Vďaka tomuto riešeniu môžeme dosiahnuť konzistentný výkon bez ohľadu na poveternostné podmienky alebo vlastnosti budovy. Kľúčovým prvkom tohto systému je rekuperátor alebo výmenník tepla, ktorý získava späť tepelnú energiu z odvádzaného použitého vzduchu.

V prípade dobre navrhnutých a zrealizovaných rozvodov môže rekuperátor spätne získať až 95 % tepla. Aby sa však dosiahli takéto výsledky, musí byť vzduchotechnická jednotka riadená automaticky. Moderné riešenia umožňujú aj diaľkové ovládanie systému prostredníctvom tabletu, smartfónu alebo počítača, a to pomocou špecializovaných aplikácií alebo webového prehliadača. Vďaka takémuto automatickému ovládaniu si môžeme užívať mimoriadny komfort, napríklad zvýšením teploty v dome krátko pred návratom z dlhej neprítomnosti v zime.

Na to, aby vzduchotechnická jednotka a všetky jej komponenty vrátane výmenníka tepla fungovali tak, ako je opísané vyššie, je potrebné vybaviť systém automatickými regulátormi. Regulátory sú zvyčajne umiestnené vo vnútri ovládacieho panela a rozhrania, sú namontované na stenách na miestach zvolených používateľom. Dôležité je nezamieňať si tieto jednotky so samotnými ovládačmi. Ovládajú zariadenia, s ktorými majú používatelia priamy kontakt a používajú ich na ovládanie vzduchotechnickej jednotky.

Môžu byť rôzne, od jednoduchých panelov s fyzickými tlačidlami až po dotykové displeje z tekutých kryštálov pripomínajúce smartfóny alebo tablety. Bez ohľadu na ich vzhľad ide o zariadenia, ktoré sa používajú na komunikáciu so skutočnými ovládacími prvkami. K ovládaciemu panelu (k riadiacej jednotke) sú vždy pripojené pomocou nízkonapäťových a bezpečných káblov, napríklad UTP kategórie 5. Prostredníctvom týchto kanálov užívatelia oznamujú rozhodnutia riadiacej jednotke, ktorá je rozhodujúca pre fungovanie ventilačného systému a okrem iného ovláda výhrevné telesá, chladiace jednotky, klapky, ventilátory a samotný výmenník tepla.

Dnešné systémy ventilácie a rekuperácie ponúkajú mnoho možností riadenia prevádzkových parametrov. Každodenné ovládanie sa môže vykonávať manuálne pomocou ovládacích panelov alebo prenosného zariadenia, ale existuje aj možnosť programovania, ktorá umožňuje realizovať špecifické plány zahŕňajúce denné, týždenné alebo mesačné prevádzkové cykly. To všetko je možné vďaka rozsiahlej sieti snímačov, ktoré poskytujú informácie o prevládajúcich podmienkach v budove, ako napríklad teplota (kanálové snímače), vlhkosť (kanálové hygrometre), koncentrácia CO₂ (kanálové a izbové snímače na báze infračerveného analyzátora) a tlaku (viacrozsahové diferenčné snímače tlaku).

Ako už bolo uvedené, kontrola prevádzkových parametrov vetracieho systému prebieha v inteligentných domoch buď automaticky, alebo manuálne prostredníctvom rôznych rozhraní. Bez ohľadu na zvolený spôsob kontroly je však zoznam kontrolovaných parametrov vždy zaujímavý a dlhý. Medzi najdôležitejšie aspekty kontrolované systémami automatizácie budov patria:

• účinnosť vetrania, ktorá sa zvyčajne riadi výberom jedného z niekoľkých rozsahov alebo plynulým spôsobom. Ide tiež o nepriame riadenie spotreby elektrickej energie, kde nižší rozsah výkonu znamená nižšiu spotrebu energie. Pri automatickej regulácii výkonu sa systém rozhoduje na základe informácií poskytovaných snímačmi;
• rekuperácia tepla vo vzduchotechnickej jednotke, regulovaná na základe teploty manipuláciou s obtokovou klapkou (obtok rekuperátora);
• teplota nasávaného vzduchu, ktorá sa formuje na základe konečnej úpravy ohrievačom;
• množstvo čerstvého vzduchu privádzaného do priestorov a množstvo odvádzaného vzduchu (funkcia vetrania), kde sa regulácia vykonáva nastavením klapiek, uzatváracích klapiek a ventilátorov, ako aj reguláciou času, počas ktorého tieto prvky pracujú,
• tlak vzduchu, ktorý je výsledkom súčinnosti viacerých komponentov systému.

Inteligentné riadenie vykurovania ako súčasť systémov HVAC a BMS

Elektronické termostatické hlavice sa v inteligentnom riadení vykurovania v domácnostiach používajú už mnoho rokov a stále sú veľmi obľúbené. Tieto malé zariadenia napájané batériami sa veľmi ľahko používajú a ponúkajú sa v rôznych verziách vrátane displeja, bezdrôtovej komunikácie a možnosti pripojenia do domácej siete. Vďaka tomu umožňujú veľmi presnú reguláciu teploty a programovanie denných a viacdňových cyklov. Za zmienku stojí aj funkcia detekcie otvoreného okna vyvinutá v týchto zariadeniach, ktorá umožňuje dočasné vypnutie vykurovania počas vetrania miestnosti.

Riadiace jednotky čerpadiel a podlahového vykurovania sú ďalšími komponentmi systému riadenia vykurovania, ktoré umožňujú automatické zapínanie a vypínanie obehových čerpadiel v závislosti od nameranej teploty. Tieto zariadenia sú určené pre teplovodné obehové čerpadlá a automaticky ich detegujú. Regulátory čerpadiel pracujú v systémoch ústredného vykurovania s teplovodnými kachľami alebo zásobovacími kotlami na jemné palivo a uhlie. Obsahujú množstvo funkcií, ako napríklad funkciu maximálneho výkonu prívodného ventilátora, funkciu núdzového odberu tepla, funkciu pridávania paliva alebo funkciu udržiavania konštantnej teploty vody v zásobníku alebo v systéme teplej vody.

Pre vodné podlahové vykurovanie alebo elektrické podlahové vykurovanie ponúkajú výrobcovia samostatnú skupinu regulátorov. Tieto zariadenia riadia niekoľko vykurovacích zón, kde každá miestnosť je inou zónou, pričom detegujú termoelektrické pohony namontované na lištách rozdeľovača podlahového vykurovania alebo jednotlivé brány predstavujúce podlahové rozvody každej jednotlivej miestnosti. Bez ohľadu na variant mnohé z týchto regulátorov umožňujú mobilné ovládanie svojej prevádzky vďaka internetovému pripojeniu. Práve vďaka týmto vlastnostiam sú elektronické termostatické hlavice, regulátory čerpadiel a riadiace jednotky podlahového vykurovania v inteligentnom riadení vykurovania čoraz obľúbenejšie.

Automatické riadenie osvetlenia – dôležitý aspekt domácej automatizácie

Základom inteligentného riadenia osvetlenia je rôzne príslušenstvo, ktoré je súčasťou LED svietidiel. Samozrejme, tradičné diaľkové ovládače a manipulátory montované na stenách, ale základ tvoria snímače s rôznymi možnosťami a použitím. V tejto kategórii rozlišujemesnímače pohybu a snímače prítomnosti. Rozdiel medzi nimi je ten, že snímače prítomnosti detegujú jemné pohyby a dokonca minimálne zmeny polohy osôb, ktoré sa prakticky v ich dosahu ani nehýbu (napríklad človek pracujúci s notebookom na kolenách). A snímače pohybu sú špecialistami na detekciu aktívnych presunov osôb v budove, napríklad pri prechádzaní z jednej miestnosti do druhej.

Výrobcovia osvetlenia pre domácnosti, kancelárie a verejné budovy už roky ponúkajú svoje vlastné riadiace systémy, ktoré sa postupne integrujú do automatizácie celých budov a iných zariadení. Väčšina týchto systémov je založená na medzinárodnom štandarde DALI, ktorý vyvinulo niekoľko popredných spoločností vrátane spoločností Philips a Osram. Tento štandard umožňuje riadiť osvetlenie v jednotlivých miestnostiach a na celých poschodiach. Všetky systémy ponúkajú ovládanie prostredníctvom nástenného panelu, tabletu, smartfónu alebo počítača pripojeného k miestnej sieti Wi-Fi.

Systémy založené na DALI sú mimoriadne flexibilné a umožňujú ovládanie prostredníctvom snímačov, ktoré zapínajú svetlo pri nedostatočnom jase v kancelárii a vždy, keď sú detegované osoby. Okrem toho umožňujú diaľkové ovládanie osvetlenia bez toho, aby sa museli spoliehať na snímače. Navyše ponúkajú možnosť nastavenia cyklických a opakujúcich sa plánov správania sa osvetlenia v jednotlivých miestnostiach alebo skupinách miestností. Najdôležitejšie však je, že systémy založené na DALI sa dajú ľahko integrovať do systémov automatizácie budov dominujúcich v Európe, najmä do systému KNX. Vďaka konvertorom DALI-KNX je možná výmena informácií medzi obomi sieťami a konfigurácia týchto riešení je naozaj jednoduchá.

Inteligentné snímače – oči a uši systému BMS

Snímače a detektory zohrávajú v dnešných systémoch automatizácie budov nezastupiteľnú úlohu. Ich rozmanitosť a použitie sú založené na rôznych fyzikálnych a chemických mechanizmoch a javoch. V rámci tohto článku chceme poukázať na niektoré najbežnejšie príklady.

Na prvom mieste tohto zoznamu sú teda snímače pohybu, ktoré zohrávajú kľúčovú úlohu v subsystémoch zodpovedných za riadenie osvetlenia. Najčastejšie fungujú na princípe PIR (Passive Infra Red), pričom využívajú detekciu tepelného žiarenia vyžarovaného objektmi. Hoci snímače pohybu založené na tejto technológii boli priekopníkmi v riadení osvetlenia, v súčasnosti ich nahrádzajú účinnejšie snímače prítomnosti založené na ultrazvukových alebo vysokofrekvenčných vlnách. Tie prvé aktívne vysielajú vlny, ktoré pokrývajú celú miestnosť, a ich odraz sa analyzuje podľa Dopplerovho princípu.

Naproti tomu vysokofrekvenčné snímače, známe ako HF (high-frequency) snímače, fungujú na základe vysielania vĺn s frekvenciou 5,8 GHz, ktoré prechádzajú cez presklené steny alebo ľahké priečky a drevo. Snímač analyzuje echo a ak sa obraz echa zmení v oblasti detekcie pohybu, vyšle impulz do riadiacej jednotky systému alebo svietidla, v závislosti od konfigurácie.

Mimoriadne dôležité v systémoch riadenia osvetlenia sú aj snímače súmraku, ktoré monitorujú množstvo prirodzeného svetla v miestnosti. Keď sa prekročí nastavená prahová hodnota, čo znamená nedostatok denného svetla, snímače vyšlú signál na zapnutie umelého osvetlenia, aby sa kompenzoval nedostatok prirodzeného svetla.

Ďalšou skupinou dôležitých snímačov pre HVAC sú snímače teploty, vlhkosti, dymu, oxidu uhličitého/kyslíka a pohybu vzduchu. Bez nich by podsystémy vykurovania a vetrania nemohli správne fungovať. Ich činnosť dopĺňajú aj snímače otvorenia okien a dverí, snímače zaplavenia (inštalované v blízkosti práčok a umývačiek riadu) alebo snímače kvality vzduchu (pracujúce v spojení so zariadeniami na čistenie vzduchu) alebo dažďové senzory. V skutočnosti ich je oveľa viac a všetky sú prepojené s príslušnými zariadeniami a centrálnymi riadiacimi jednotkami.

Ovládače a programovateľné relé – jadro každého systému automatizácie budov

PLC alebo programovateľné logické riadiace jednotky sú veľmi rozmanité zariadenia používané v automatizácii vrátane automatizácie budov. Pracujú na princípe prenosu signálov v binárnej sústave, podobne ako relé, o ktorých sa o niečo neskôr objaví niekoľko viet. Pomocou vhodných algoritmov tieto regulátory riadia zapínanie a vypínanie jednotlivých zariadení alebo ich modulov.

Srdcom moderných PLC ovládačov je centrálna procesorová jednotka alebo CPU, ktorá prijíma údaje z pamäte zariadenia, spracováva ich a vykonáva príkazy obsiahnuté v programe. Vstupné moduly, hlavne digitálne, prijímajú signály zo snímačov vo forme binárneho kódu. Aj keď má riadiaca jednotka aj analógové vstupy (napr. na kontinuálne meranie tlaku), namerané hodnoty sa najprv prenášajú ako analógové signály do snímačov a potom sa konvertujú na digitálne signály. PLC používa výstupné moduly, digitálne a niekedy aj analógové, na ovládanie desiatok možných akčných členov. Za napájanie sú zodpovedné moduly, ktoré môžu byť neoddeliteľnou súčasťou riadiacej jednotky alebo samostatným komponentom.

Okrem napájacieho modulu je nevyhnutnou súčasťou modul zodpovedný za komunikáciu medzi regulátorom a mobilným zariadením, počítačom alebo ovládacím panelom, ako aj za komunikáciu s inými regulátormi. Dôležitá je aj pamäť, v ktorej je uložený program, vrátane tzv. nevolatilnej pamäte. Na základe konštrukcie možno PLC rozdeliť na kompaktné (1-modulové) a viacmodulové verzie v malom, strednom alebo veľkom prevedení (posledné menované majú až niekoľko stoviek vstupov a výstupov a používajú sa v automatizácii budov). Existujú aj distribuované regulátory, ktoré tvoria sieť pozostávajúcu z centrálneho regulátora a distribuovaných modulov.

Keď hovoríme o klasických PLC, hneď sa nám vybavia mechanizmy, pohony a systémy, ktoré sa riadia pomocou vopred zadaných programov. Vďaka tomu môžu vykonávať rôzne úlohy, ako je napríklad ovládanie okenných žalúzií, osvetlenia v budove alebo protipožiarneho systému. Vo veľkých budovách, ktoré podliehajú intenzívnemu riadeniu, sa však zvyčajne používajú pokročilé regulátory, ktoré sú zložitejšie a majú veľa spoločného s regulátormi používanými v priemysle. Používajú sa na riadenie komplexných systémov osvetlenia, vetrania a vykurovania v budovách, a preto majú spravidla najmenej 100-150 digitálnych vstupov/výstupov. Vyznačujú sa tým, že sa dajú rozšíriť o množstvo rozširujúcich modulov, ktoré sa dajú pripojiť k základnej jednotke, čo poskytuje prakticky neobmedzené možnosti kombinácie (AC/DC/UC).

Ak prejdeme k relé, v skratke ich možno nazvať podporou prevádzky regulátorov, ktorá dopĺňa ich funkcie. Hoci sú to oveľa jednoduchšie zariadenia, mnohé riešenia by bez nich boli úplne nedostatočné. Relé fungujú ako akčné členy, oddeľovače alebo duplikátory signálov. V kontexte domácej automatizácie je však ich hlavnou úlohou umožniť časové ovládanie zariadení tým, že odďaľujú ich zapínanie a vypínanie, ako aj ich spúšťanie a zastavovanie podľa časových cyklov. Pozorný čitateľ si už určite vie predstaviť vykurovacie, ventilačné a osvetľovacie rozvody, ktoré sú ideálnym príkladom použitia časových relé v moderných inteligentných domoch. Patrí sem však aj oneskorené vypínanie osvetlenia na schodoch, keď ľudia opustia horné poschodie a ďalšia svietenie je zbytočné.

V oblasti relé používaných v BMS možno nájsť rôzne typy relé, napríklad multifunkčné relé a relé s oneskoreným vypnutím. Multifunkčné relé sú dobre známe a nevyžadujú si podrobné vysvetlenie, hoci stojí za zmienku, že často jedno multifunkčné relé môže úspešne nahradiť niekoľko jednofunkčných alebo dvojfunkčných relé. Na druhej strane oneskorené relé možno spojiť napríklad s ventilátorom v kúpeľni, ktorý sa zapína v rovnakom čase ako osvetlenie, ale vypína sa niekoľko minút po odchode používateľa.

Najmodernejšie relé používané v domácej automatizácii sú už multifunkčné zariadenia vybavené programovateľným LCD displejom a informačnými LED diódami, ktoré zobrazujú parametre, ako je stav napájania alebo poloha kontaktov. Na displeji je možné sledovať aktuálny časový stav každého samostatne nastaveného času a pri niektorých modeloch je možné vykonávať zmeny nastavení počas prevádzky relé, a to buď pomocou tlačidiel a otočných ovládačov, alebo na diaľku, napríklad prostredníctvom miestnej bezdrôtovej siete.

Už nejaký čas však existuje zaujímavý trend zavádzania relé do domácej automatizácie, ktoré vo veľkej miere nahrádzajú programovateľné logické regulátory (PLC). Tieto jednotky majú rôzny počet rozširujúcich modulov s celkovým počtom digitálnych vstupov/výstupov až 200 a analógových výstupov s vysokým rozlíšením. Navyše tieto typy reléových regulátorov možno integrovať do systémov vizualizácie, čo umožňuje centrálne monitorovanie všetkých funkcií. Môžu tiež odosielať e-mailové upozornenia prijaté z pripojených snímačov, takže používatelia systému sú okrem iného informovaní o poruchách.

Dotykové ovládacie panely

V kontexte systémov smart home komunikácia znamená prenos príkazov do centrálnej jednotky, ktorá potom vykonáva tieto akcie, či už ide o okamžitú interakciu s používateľom alebo plánované akcie podľa scenárov vopred definovaných používateľom. Aby táto komunikácia prebiehala hladko, sú potrebné prístupové brány v podobe pokročilých multimediálnych zariadení, ktoré sú rozšírením typických nástenných modulov. Ide teda o dotykové ovládacie panely, ktoré nie sú lacnými zariadeniami, ale ponúkajú mimoriadne pohodlný spôsob ovládania systému a prezentácie informácií. Navyše spôsob ich komunikácie s riadiacou jednotkou, často označovanou ako "home server", čoraz viac zahŕňa ovládanie gestami a hlasom, čo si vyžaduje prítomnosť kamery s vysokým rozlíšením, mikrofónu a reproduktora v štruktúre zariadenia.

Dotykové ovládacie panely sa podobajú na populárne tablety. Ich povrch je často vyrobený z kvalitného minerálneho skla a telo, ak je prítomné, je vyrobené z hliníka, ocele, plastu alebo skla. Dôležitým aspektom je aj rozlíšenie obrazoviek - čím vyššie, tým lepšie. Rovnako ako v prípade najlepších tabletov môžu dosahovať rozlíšenie 4K alebo Full HD. Dôležité je tiež prediskutovať dve otázky týkajúce sa inštalácie: pripojenie obrazovky k centrálnej jednotke a umiestnenie samotného panela.

Na trhu existujú dva štandardy: hlavné ovládače integrované priamo do ovládacieho panela a samostatné ovládacie jednotky pripojené k panelu pomocou kábla. Pri prvej možnosti sú panely o niečo väčšie a ich zapustená montáž si vyžaduje viac miesta v montážnej skrinke, do ktorej sa musí umiestniť napájací kábel (napr. 110 V alebo 230 V AC a 24 V DC) a ďalší kábel na sieťové pripojenie.

Ovládacie panely BMS pre inteligentné domy poskytujú komplexné rozhranie rozdelené na rôzne oblasti, ktoré možno nezávisle ovládať a usporiadať. Je to podobné ako personalizácia pracovnej plochy na smartfóne, ktorá umožňuje zoskupiť funkcie riadenia budovy v konkrétnych oblastiach obrazovky.

Z hľadiska funkcií je ťažké nájsť takú, ktorá by ešte nebola súčasťou ovládacích panelov BMS. Používajú sa na centrálne ovládanie osvetlenia, žalúzií, vykurovania, klimatizácie, multimédií, svetelných scén a na umožnenie simulácie prítomnosti obyvateľov domu. Okrem toho umožňujú zapnúť alarm, optimalizovať spotrebu elektrickej energie, ovládať okná a koordinovať činnosti medzi jednotlivými zariadeniami (programovanie rozvrhu). Dôležitou funkciou je aj signalizácia stavu každej pripojenej inštalácie a jej komponentov na paneli.

Predovšetkým však tieto panely prístupným a grafickým spôsobom prezentujú celé technické vybavenie budovy, ktoré možno ovládať rozdelením na miestnosti alebo jednotlivé inštalácie a podsystémy pripojené na centrálny server. Ovládacie panely inteligentných domov poskytujú aj informácie o spotrebe energie a hospodárení obyvateľov, pričom prezentujú výkazy a generujú štatistiky podľa parametrov nastavených používateľmi. Takáto funkčnosť sa dosahuje tým, že v systémoch BMS sú implementované aj inteligentné elektromery a miestne rozvádzače.

Štandardy umožňujúce automatizáciu budov

Pôvodne, skôr ako vznikli normy na integráciu všetkých funkcií riadenia inteligentných domov, boli tieto riešenia zavádzané postupne, so zameraním na konkrétne typy inštalácií a kombináciou ich prvkov do účinného mechanizmu. Na začiatku existovali autorské systémy od dodávateľov na trhu, ktoré sa zameriavali najmä na inštalácie osvetlenia a poplašné systémy. Po určitom čase sa však v oblasti automatického osvetlenia stal dominantným štandardom už spomínaný systém DALI, ktorý v súčasnosti ustupuje rozšírenému systému KNX. To však neznamená jeho úplné odstránenie - DALI sa bez problémov integruje s KNX pomocou špeciálnych konvertorov DALI/KNX.

Okrem toho v mnohých zariadeniach, najmä priemyselných, kde je potrebné automatizovať len osvetlenie, sa nie vždy oplatí investovať do KNX. Systém DALI umožňuje individuálne ovládanie až 64 elektronických systémov prostredníctvom dvojvodičového riadiaceho vedenia, ktoré je nezávislé od elektrického vedenia. Má široké možnosti, pretože poskytuje univerzálne rozhranie pre všetky komponenty, ako sú kontroléry osvetlenia, snímače pohybu a prítomnosti, digitálne stmievače, napájacie systémy a svietidlá. V tomto systéme nie je potrebné priraďovať skupiny svietidiel vo fáze návrhu – to je možné vykonať neskôr pomocou riadiacej jednotky. Spínanie osvetlenia sa tu vykonáva bez relé, prostredníctvom ovládacieho vedenia.

Štandard DALI prišiel na trh v čase, keď sa v Európe pracovalo na vytvorení celoeurópskeho systému pre napájanie a manažment všetkých domácich spotrebičov, ktorý by bol nielen veľmi univerzálny a schopný ďalšieho rozširovania, ale aj stabilný a bezpečný. Touto bezpečnosťou sa rozumelo odstránenie rizika, ktoré vzniká pri poruche centrálnej jednotky alebo hlavného riadiaceho zariadenia. A treba pripomenúť, že to bola a stále je Achillova päta všetkých ostatných systémov, ktorých architektúra je založená na centralizácii.

Prvým krokom bolo vytvorenie normy EIB, za ktorou stálo združenie EIBA. Túto normu rýchlo podporili aj európske združenia ako EHSA, BatiBUS, ako aj Konnex a CENELEC. Posledné dve združenia mali mimoriadny vplyv na správu Európskej únie, čo viedlo k vytvoreniu príslušných európskych noriem. Chronologicky to bolo takto:

• v roku 2003 vzniká európska norma EN 50090 (schválené normy pre komunikáciu TP po krútenej dvojlinke a komunikáciu PL po sieti),
• v máji 2006 je norma doplnená o štandard RF komunikácie (rádiové vlny),
• v novembri 2006 sa protokol a jeho komunikačné médiá (TP, PL, RF, IP) stávajú medzinárodnou normou (ISO) pre automatizáciu budov a zariadení (norma ISO/IEC 14543),
• v tom istom roku európska normalizačná organizácia CEN uznala KNX ako normu pre automatické systémy riadenia budov a zverejnila špecifikáciu KNX ako normy EN 13321-1 a EN 13321-2,
• napokon v roku 2007 uznáva normu KNX aj Čína, ktorá vydáva svoju vlastnú normu GB/Z 20965.

Normu KNX, ktorá je v súčasnosti všeobecne uznávaná, podporuje približne 500 výrobcov zariadení vrátane takých známych značiek, ako je ABB, GIRA, HAGER, JUNG, PHILIPS, SCHNEIDER, SIEMENS, WAGO, ZENNIO. Vďaka tejto širokej ponuke zariadení a príslušenstva s označením KNX je automatizácia prakticky každej budovy pomocou tohto systému mimoriadne jednoduchá.

Jedným z kľúčových predpokladov systému KNX je jeho distribuovaná štruktúra. Vďaka tomuto inovatívnemu prístupu celý systém KNX vždy funguje správne, s výnimkou komponentov, ktoré zlyhajú. To je v ostrom kontraste s centralizovanými systémami, kde zlyhanie jedinej súčasti často spôsobí úplné zastavenie systému.

Systém KNX je založený na 24 V riadiacich obvodoch, ktoré sú úplne oddelené od napájania. Všetky informácie potrebné pre riadiace, meracie, monitorovacie a regulačné funkcie sa prenášajú do každého prijímača prostredníctvom jedinej zbernice, ktorá obopína celý dom. Každý prijímač je vybavený mikroprocesorovým modulom zbernice a príslušným typom pamäte, ktorý je jeho zdrojom informácií a zabezpečuje napájanie. Toto riešenie vytvára decentralizovaný systém domácej automatizácie založený na vzťahoch „peer to peer”.

Štandard KNX otvára možnosť dosiahnuť mimoriadny komfort a značné úspory integráciou všetkých rozvodov v budove, ako sú osvetlenie, HVAC, ovládanie okien a žalúzií atď. Pomocou senzorov a vopred naprogramovaných prahových hodnôt je možné napríklad automaticky spustiť žalúzie pri jasnom slnečnom svetle, zatvoriť okná počas náhleho ochladenia a súčasne zapnúť podlahové vykurovanie vo vybraných miestnostiach. Možné kombinácie sú prakticky neobmedzené a vždy závisia od signálov zistených snímačmi a rozhodnutí používateľov.

Výhody automatizácie budov

Spočiatku vývoj systémov riadenia budov (BMS) vychádzal zo snahy zvýšiť bezpečnosť užívateľov budov. Neskôr sa pozornosť viac sústredila na otázky komfortu a dnes je najdôležitejšou výhodou týchto systémov úspora energie a ekológia. V skutočnosti sú tieto tri argumenty vzájomne prepojené a vďaka synergii prinášajú používateľom ešte viac výhod.

Na záver možno konštatovať, že medzi najvýznamnejšie a nepopierateľné výhody systémov riadenia budov (BMS) patria:

• zvýšenie energetickej účinnosti budov a úspory energie, čo je obzvlášť dôležité vzhľadom na energetickú krízu v Európe,
• zvýšenie komfortu užívateľov vďaka automatizácii väčšiny funkcií budovy,
• zlepšenie bezpečnosti, vďaka diaľkovému monitorovaniu rôznych systémov budovy a rýchlemu odhaleniu porúch,
• holistické riadenie budov integráciou rôznych systémov v automatizovanom režime prevádzky a umožnením používateľom diaľkovo ovládať a vykonávať zmeny.

Naproti tomu nevýhody automatizácie budov, na ktoré často poukazujú jej odporcovia, ako sú vysoké počiatočné náklady (náklady na vstup do systému) a zložitosť a potreba zaškolenia personálu na jej prevádzku a údržbu), sú v skutočnosti vlastnosti, nie nevýhody. Je ťažké považovať za nevýhodu skutočnosť, že za vyššiu kvalitu života musíte zaplatiť viac. Zvýšené náklady sú prirodzene spojené s dosiahnutím nadpriemerného výsledku, ale takáto investícia prináša merateľné (úspory a zníženie emisií) aj nemerateľné výhody (výnimočný komfort a bezpečnosť).

Text spracovala spoločnosť Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.