Koncept inteligentních budov

1. Úvod

Vývoj informační technologie založené 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 již běžnou součástí našeho života. Dnešním pohledem již nikomu nepřijde neobvyklé odemknutí automobilu na dálku nebo poslání MMS zprávy svým bližním třeba z vrcholu Sněžky.

Rozvoj této technologie má dopad i na stavitelství a otevírá nové možnosti a mění mnohé zaběhnuté principy. Současný architekt má tak 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 může 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 s problémem přehřívání v letním období zápasí, a tak si opět pomáháme technickými systémy- např. mechanickým chlazením nebo aktivními fasádami.

V moderních budovách se tak objevuje množství nových technických systémů, které řeší jednotlivé funkce stavby. Vedle vlastního systému, jenž musí umět danou funkci splnit, je velmi důležité jeho provozování, které musí splňovat ekonomické, energetické, ekologické i 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, umožňující přenos a zpracování velkého množství dat. Není velkým technickým problémem algoritmizovat standardní regulační zásahy na jednotlivých systémech a moderní systémy vybavené regulací se tak mohou do jisté míry chovat autonomně na základě podnětů senzorů regulačního systému. Toto chování jednotlivých systémů dalo základ pojmu Inteligentní budova. Inteligentní budova v dnešním pojetí je budova vybavená sjednoceným řízením jednotlivých funkčních systémů - vytápění, větrání , zabezpečení atd. "Inteligence" budovy se projevuje například tím, že si jednotlivé systémy takto řízené navzájem nekonkurují. V případě vytápění a větrání je typickou situací otevření okna v zimě, kdy "obyčejná" budova začne více topit, aby pokryla zvýšenou teplenou ztrátu , zatímco "inteligentní" budova ví, že je otevřené okno a výkon vytápěcího zařízení začne zvyšovat až po určité době.

2. Služby inteligentních budov

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

• Energetické a ekologické
• Komfortní
• Bezpečnostní
• Dopravní
• Sociální
• Zábavní
• Komerční

2.1 Energetické a ekologické služby IB

Do této kategorie zařazujeme služby zajišťující provoz energetických a ekologických systémů budov, tzn. technických zařízení určených pro přenos energie a médií pro zajištění kvality prostředí, do kterých patří zdravotechnika (vodovod, 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 těchto 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 inteligentní řízení dodávky energie pro vytápění a chlazení objektu může 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. Typickým problémem je v systémech 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 kam energii akumulovat. V běžných systémech se totiž často stává, že doplňkový zdroj energie nabije akumulátor v nočních hodinách a rána, kdy solární zisky začínají působit, již není kam energii 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 se řeší i v chlazení. Systémem nočního chlazení se na základě krátkodobé předpovědi počasí nastaví optimální míra vychlazení objektu. Tento článek si neklade za cíl udělat kompletní výčet všech energetických služeb inteligentních budov, nesmíme však zapomenout na vhodně řešené ovládání umělého osvětlení, které může též významnou měrou přispět k energetickým úsporám.

V oblasti ekologických systémů budov se jedná především o kontrolní služby řešící havarijní stavy při poruše vodovodu, úniku plynu nebo vzniku vzduté vody v kanalizační soustavy. Příkladem aplikace jsou vany vybavené senzorem výšky hladiny jejich napuštění, které umožní dávkování požadovaného množství vody. Vedle bezpečnostní funkce (ochrana proti vyplavení) má takový systém dopad i na energetické úspory.

2.2 Komfortní služby inteligentních budov

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

2.3 Bezpečnostní služby

Kategorie bezpečnostních služeb je asi nejrozvinutější oblastí v řízení inteligentních budov. Patří sem systémy monitorování vstupu osob do objektu, pohybu osob v objektu, dále pak systémy protipožární ochrany a zabezpečení proti havarijním stavům jednotlivých technických systémů. Díky tomu, že bezpečnostní služby v oblasti ochrany budovy před nezvanými návštěvníky mají na rozdíl od ochrany před technickými poruchami za soupeře člověka, jenž se snaží tyto systémy obelstít, je to jedna z nejrychleji se rozvíjejících se oblastí. Jmenovat lze systému 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. Např. 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.

2.4 Dopravní služby

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

2.5 Sociální služby

Sociální služby v inteligentních budovách jsou určené 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 upadnuvší člověk jej měl v dosahu. Tyto způsoby přivolání pomoci v nouzi vyžadují aktivní zásah postiženého. Tam kde hrozí nebezpečí, že postižený nebude schopen si 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 je možné v inteligentní budově řešit adaptabilními prvky od vany s pohyblivým dnem, přes WC po kuchyňskou linku s nastavitelnou výškou.

2.6 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 od přehrávání hudby a obrazu po 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.

3. 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 vhodně formuloval požadavky na jednotlivé služby.

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

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 odborná 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