KNX/EIB – Celosvětově normalizovaný systém inteligentní instalace (1) Ing. Josef Kunc Jaké jsou rozdíly mezi klasickou a systémovou instalací? Na tuto otázku může existovat široká škála možných odpovědí. Někdo si představuje klasickou elektrickou instalaci jako propojení všeobecně známých elektromechanických spínačů uložených na vhodných místech a svítidel pro celkové nebo místní osvětlování a samozřejmě také několik silových zásuvek pro připojování různých elektrických spotřebičů. Zjednodušeně můžeme říci, že to vše je prostřednictvím jisticích a dalších přístrojů v rozváděčích připojeno přes elektroměrovou rozvodnici k distribučnímu rozvodu nízkého napětí. Samozřejmě, že i takto může být zhotovena elektrická instalace v současných objektech. To by ovšem odpovídalo vybavení holobytů a bohužel ve starých instalacích také stále ještě vysokého počtu bytů v dosud ještě důkladně nerekonstruovaných panelových domech. Dovoluji si tvrdit, že principiálně je takto zhotovená elektrická instalace na technické úrovni přelomu devatenáctého a dvacátého století – tedy z počátků elektrifikace. Možná o trošičku lépe vybavena – bývá tam ještě domovní zvonek a anténní zásuvka. Současné elektrické vybavení domů a bytů vyžaduje použití celé široké škály různých elektrických a elektronických prvků, které jsou schopny zajistit potřebný rozsah činností a funkcí vyžadovaných pro komfort při bydlení, při používání komerčních objektů i při využívání všech dalších typů objektů. Přitom veškeré toto vybavení musí sloužit nejen pro dosažení vysoké úrovně komfortu, ale současně také pro dosažení co nejvyšších úspor energie. Chceme-li tedy co nejlépe vyhovět oběma těmto základním požadavkům (komfort + úspory), musíme do elektrického vybavení objektu vložit poněkud vyšší náklady, než je nezbytné pro pouhé spínání několika žárovek elektromechanickými spínači. Je potřebné si uvědomit, že do elektrického vybavení stavby bychom měli zahrnout řízení všech funkcí, které se v ní budou používat a které lze elektricky ovládat. Takže bez nároků na úplnost se můžeme pokusit uvést možný přehled těchto potřebných funkcí. Je samozřejmé, že jen některé z nich budou použity ve všech objektech, zatímco zbývající budou využívány jen v některých typech staveb: - spínané i nespínané silové zásuvky, - spínané světelné obvody - stmívané světelné obvody, včetně možnosti regulace na stálou osvětlenost, - ovládání prvků stínicí techniky (žaluzie, rolety, markýzy, atd.), - ovládání oken, dveří, vrat apod., - řízení vytápění, klimatizace a ventilace, - ovládání různých spotřebičů, - provoz bazénů, fontán, saun, - zabezpečení objektu před požárem, - zabezpečení objektu před vnikem nepovolaných osob, - domovní signalizace, - audio a video vybavení, - bezpečnostní kamery, - hospodaření s dešťovou, případně i odpadní vodou, - zalévání zahrad, - vytápění chodníků a okapů v zimním období, - měření spotřeby vody, plynu, energie, - měření různých dalších fyzikálních veličin,
- optimalizace spotřeby energie, - využití slunečních kolektorů, - tepelná čerpadla. Pokud budeme využívat třeba jen některé z těchto a z dalších, zde neuvedených funkcí, musíme se rozhodnout, jakou cestou je budeme realizovat. Jednou z možností je využití na sobě zcela nezávislých, obvykle poměrně jednoduchých systémů, specializovaných na řízení jedné nebo několika málo funkcí. Každý z těchto systémů bude tedy ovládat pouze určitou dílčí část ze všech funkcí použitých v objektu. Na druhé straně můžeme instalovat univerzální systém, který dovolí společné řízení všech těchto funkcí. Anebo stejné možnosti přinese využití i několika dílčích systémů, které však budou určitým způsobem vzájemně provázány tak, aby mohly být řízeny společně, aby byla zajištěna možnost vzájemné spolupráce a vzájemné podpory pro dosažení co nejvyšší úrovně komfortu i co nejvyšších úspor energie. Z dosud naznačených myšlenek můžeme tedy učinit závěr: Klasická instalace bude obsahovat samostatné, specializované, vzájemně nespolupracující jednoduché nebo i složité řídicí systémy, z nichž každý je určen pro řízení jen určitého oboru funkcí (např. řízení provozu žaluzií). A jelikož tyto dílčí systémy nedovedou vzájemně spolupracovat, nutně musíme narazit na strop možností těchto systémů jak v oblasti komfortu (zpravidla nemožnost společného ovládání různých funkcí), tak i v oblasti úspor provozních nákladů. Další vlastností klasických instalací je nutnost mnohdy složitého propojování jednotlivých jejích prvků a z toho plynoucí vysoká potřeba propojovacích vodičů (vysoká montážní pracnost, malá nebo žádná možnost snadných pozdějších změn a doplňování o nové funkce).
Obr. 1: Vazby mezi dílčími systémy a jednotlivými výrobky v klasické instalaci
Pro klasické instalace má zákazník k dispozici velký výběr jednotlivých přístrojů i dílčích systémů různých výrobců (obr. 1), které mezi sebou nemohou spolupracovat
anebo zajištění jejich vhodné spolupráce je složité, spletité, pracné a tedy drahé a navíc obvykle bez možností dodatečných změn a úprav. A to jsme se nezmínili ani o nesnadnosti začlenění vzhledových ovládacích prvků do společného designu. Systémová instalace se sběrnicovou komunikací mezi všemi jejími prvky nebo dílčími podsystémy se vyznačuje nejen jednoduchým zapojením umožňujícím až 40% úsporu propojovacích vodičů (a tedy i sníženou montážní pracnost), ale především možností vytváření libovolných vzájemných vazeb mezi všemi funkcemi a také s možností snadných dodatečných změn a doplňováním nových funkcí. Vyznačuje se snadným vytvářením vzájemných vazeb (obr.2), takže provoz všech funkcí bude zajišťován s vysokou úrovní komfortu, přístroji se shodným výtvarným řešením a navíc s vysokými přídavnými úsporami provozních nákladů. Při srovnání s klasickou instalací vybavenou pro řízení stejných funkcí a funkčních oblastí se v systémových instalacích běžně dosahuje o 30% nižší spotřeby energie. To vůbec ale neznamená, že by v objektu se systémovou instalací docházelo k úsporám provozních nákladů za cenu zhoršení podmínek. Naopak, všechny prostory využívají právě tolik energie, kolik je jí tam právě zapotřebí. Systémová instalace prostě zamezuje zbytečné spotřebě energie, k níž by jinak nutně docházelo.
Obr. 2: Vazby mezi dílčími systémy a jednotlivými výrobky v systémové instalaci
Zákazník opět stojí před dilematem, které přístroje a systémy a od kterých výrobců využije ve svém objektu. Avšak nyní by se měl zajímat především o to, zda přístroje a dílčí systémy různých výrobců jsou schopny spolupracovat a přinášet nejen dodatečné úspory energie, ale umožní mu také vysoký komfort při ovládání instalace.
Řízení funkcí v klasické a systémové instalaci S rostoucími nároky na elektrické instalace se klasické ukládání vnitřních elektrických rozvodů stalo komplikovanějším. Při vysokých požadavcích na úroveň komfortu a na vysoké počty náročných funkcí spojených s řízením provozu místností i celého objektu se často naráží na hranice možností klasických instalací. Proto se již před několika desítkami let začaly vyvíjet různé řídicí systémy, jejichž cílem bylo umožnit co nejefektivnější využívání energií při maximálním komfortu. Výsledkem tohoto snažení jsou různé řídicí systémy využívající centralizovaného nebo decentralizovaného řízení buďto jen některých nebo i všech funkcí budov. To znamená výrazné změny v přístupech k projektování i montáži elektrických instalací. Od přímého silového ovládání jednotlivých spotřebičů se přešlo např. na předávání informací po sběrnicích, což mělo výrazný dopad na způsoby ukládání silových vedení a rovněž i na potřebu silových vedení. Je samozřejmé, že do rozváděčů musí být i nadále instalovány nadproudové ochrany, ochrany před přepětími, proudové chrániče a podobné prvky, ale namísto obyčejných stykačů a jiných spínacích a podobných přístrojů musí být osazovány speciální prvky jako akční členy, systémové a podpůrné přístroje. Pro porovnání klasické a systémové instalace si můžeme uvést zcela jednoduché příklady. Na obr. 3 je zapojení klasické instalace pro ovládání jednoho světelného okruhu ze čtyř míst. Poměrně složitě, za použití značného množství silových vodičů musíme propojit dva střídavé spínače (řazení 6) a dva křížové spínače (řazení 7). Veškeré ovládání je zajištěno přímo v silovém obvodě.
Obr. 3: Spínání jednoho okruhu osvětlení v klasické instalaci z více míst
V klasické instalaci, pro dosažení požadovaných funkcí, je nutné vzájemně propojovat spínací přístroje a jimi ovládané spotřebiče silovými vedeními v těchže silových obvodech. V budově s individuálně spínanými svítidly nebo skupinami svítidel, za použití klasických technik, můžeme dokonce vytvořit jednu společnou centrální funkci pro vypínání. Při správné činnosti se centrálním vypnutím nesmí zabránit případnému opětovnému lokálnímu zapnutí kteréhokoliv z nich. Nestačí tedy vypnutí jističů příslušných světelných obvodů, ani jednoduché vložení několika stykačů či relé. V instalaci se spínači řazení 1, 5, 6, 7 apod. se úloha jeví neřešitelnou. Není řešitelná ani při použití klasických elektromagnetických impulsních relé. Možné je řešení s použitím impulsních relé v elektronické podobě (obr. 4), která jsou konstruována
nejen pro obvyklé impulsní spínání, ale také pro vytvoření centrální funkce vypnutí. Tato relé mají dva ovládací vstupy. První z nich je pro známý způsob spínání, kdy každý proudový impuls překlopí relé do opačného stavu. Druhé vstupy všech impulsních relé, bez ohledu na příslušnost ke světelnému okruhu, lze propojit paralelně a společně spínat tlačítkovým ovladačem spínače pro centrální funkci. Jeho sepnutí způsobí překlopení jen těch relé, u nichž byly pracovní kontakty v sepnutém stavu, kontakty ostatních relé zůstanou rozepnuté. Ve schématu zapojené tlačítkové ovladače mohou být ve skutečnosti i několika paralelně zapojenými zapínacími tlačítkovými ovladači. Ovládací obvody impulsních relé mohou být zapojeny v obvodu 230 V AC anebo budou napájeny ze zdroje malého napětí, což umožňuje použití vodičů o menších průřezech.
Obr. 4: Nepřímé ovládání světelných okruhů v klasické instalaci, s možností vytvoření centrální funkce
V systémové elektrické instalaci s komunikační sběrnicí KNX/EIB (obr. 5) příslušnost jednotlivých ovládacích prvků (tlačítkových snímačů) k jim odpovídajícím světelným okruhům není dána přímým silovým propojením, ale softwarovým přiřazením těchto snímačů k akčním členům, které budou vykonávat předem naprogramované příkazy. Veškerá vzájemná komunikace tedy neprobíhá silovým spínáním, ale předáváním telegramů s potřebnými informacemi. K přenosu těchto informací slouží sběrnice, v tomto případě sdělovací kabel se dvěma pracovními vodiči. Pak je ovšem snadné nejen ovládat jednotlivé světelné okruhy, ale vytvářet i centrální funkce. V příkladu naznačené trojnásobné tlačítkové snímače mohou být určeny pro samostatné ovládání všech čtyř světelných okruhů a pro centrální spínání všech těchto okruhů. Takovéto jednoduché příklady však nemohou ukázat na zásadní rozdíly mezi klasickou a systémovou instalací.
Obr. 5: Spínání v systémové instalaci KNX/EIB
Přesto, abychom pochopili činnost přístrojů v systémové instalaci, popišme si ji. Stiskem určitého tlačítka vyvoláme odeslání telegramu po sběrnici. Obsahem telegramu bude mimo jiné adresa příjemce a příslušný příkaz k činnosti. Na sběrnici KNX/EIB si tento telegram „přečtou“ všichni účastníci připojení k této sběrnici, ale příslušnou zprávu převedou do akce jen ty přístroje, jimž je zpráva adresována. V tomto případě by to byl spínací akční člen, který zajistí sepnutí osvětlení v daném světelném okruhu. Příjemce kromě vykonání příkazu ještě odešle zpětné hlášení o správném přijetí telegramu, čímž je ukončen celý přenos jedné informace. Literatura: 1. Materiály z www.knx.org 2. Studijní materiály asociace KONNEX 3. Archiv autora
