INTELIGENTNĚ ŘÍZENÝ NÍZKOENERGETICKÝ RODINNÝ DŮM

ČESKÉ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA STAVEBNÍ KATEDRA TECHNICKÝCH ZAŘÍZENÍ BUDOV

INTELIGENTNĚ ŘÍZENÝ NÍZKOENERGETICKÝ RODINNÝ DŮM DIPLOMOVÁ PRÁCE Bc. RICHARD STANÍČEK

Vedoucí diplomové práce :

Ing. Bohumír Garlík, CSc.

prosinec 2009

Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval vedoucímu

diplomové práce

Ing. Bohumíru Garlíkovi, CSc. za trpělivost, připomínky a čas, který věnoval mé práci. Ing. Josefu Kuncovi za umožnění certifikace KNX a svému otci RNDr. Zdenku Staníčkovi, Ph.D. za konzultace z oblasti projektového řízení.

Prohlašuji, že jsem svoji diplomovou práci vypracoval samostatně s použitím uvedené literatury a podkladů

V Praze 17. prosince 2009

..............................................

Obsah ÚVOD I

TEORETICKÁ ČÁST

1

PROBLEMATIKA INTELIGENTNÍCH BUDOV...................................................12

2

1.1

Vývoj inteligentních budov.............................................................................................12

1.2

Současnost.......................................................................................................................15

1.3

Definice...........................................................................................................................16

POŽADAVKY NA INTELIGENTNÍ BUDOVY.......................................................18 2.1

Požadavky legislativní a normové..................................................................................18

2.2

Požadavky investorů, provozovatelů a uživatelů............................................................18

2.2.1 Funkčnost a estetika........................................................................................................18 2.2.2 Spotřeba energií...............................................................................................................19 2.2.3 Automatizace...................................................................................................................19 2.2.4 Ovládání systémů v budově.............................................................................................19 2.2.5 Bezpečnost.......................................................................................................................20 2.2.6 Správa budovy..................................................................................................................20 2.2.7 Režimy a scény................................................................................................................20 2.2.8 Zdravé a příjemné vnitřní prostředí.................................................................................21 2.2.8.1 Elektromagnetická kompatibilita.....................................................................................23 3

MOŽNOSTI INTELIGENTNÍCH BUDOV.................................................................24 3.1

Koncepce budovy.............................................................................................................25

3.2

Úprava vnitřního prostředí budovy...................................................................................25

3.2.1 Vytápění, chlazení a větrání.............................................................................................25 3.2.2 Osvětlení...........................................................................................................................28 3.2.3 Ionizátory vzduchu...........................................................................................................30

3.3

Elektronické a komunikační systémy..............................................................................30

3.3.1 Elektronický zabezpečovací systém (včetně EPS, ACS a CCTV)..................................30 3.3.2 Komunikační systémy.....................................................................................................33 3.4

Ostatní automatizace.......................................................................................................33

3.4.1 Stínící prvky....................................................................................................................34 3.4.2 Solární technika...............................................................................................................36 3.4.3 Tepelná čerpadla..............................................................................................................37

4

3.5

Ovládání systému.............................................................................................................37

3.6

Zajištění spolupráce jednotlivých systémů .....................................................................38

REALIZACE PROJEKTU INTELIGENTNÍ BUDOVY.......................................40 4.1

Zahájení projektu a požadavky investora, uživatele a provozovatele.............................40

4.2

Příprava technické dokumentace.....................................................................................41

4.3

Realizace stavby..............................................................................................................42

4.4

Uvedení IB do provozu...................................................................................................43

4.5

Užívání IB.......................................................................................................................44

4.6

Shrnutí realizace projektu IB..........................................................................................45

5

ZÁVĚR........................................................................................................................................47

II

PRAKTICKÁ ČÁST

1

ZÁMĚR.......................................................................................................................................49

2

POPIS OBJEKTU...................................................................................................................49

3

POŽADAVKY NA INTELIGENTNÍ SYSTÉM ŘÍZENÍ A NÁVRHY ŘEŠENÍ.................................................................................................................50 3.1

Spotřeba energií...............................................................................................................50

3.2

Automatizace...................................................................................................................50

3.3

Ovládání systémů v budově.............................................................................................51

3.4

Bezpečnost.......................................................................................................................51

3.5

Správa budovy.................................................................................................................51

4

3.6

Režimy a scény................................................................................................................51

3.7

Zdravé a příjemné vnitřní prostředí.................................................................................52

TECHNICKÉ ŘEŠENÍ........................................................................................52 4.1

Popis EZS........................................................................................................................52

4.2

Popis systémové instalace...............................................................................................53

4.2.1 Topologie systému...........................................................................................................54 4.2.2 Přístroje na sběrnici..........................................................................................................54 4.3

Silové vedení....................................................................................................................54

4.3.1 Světelné obvody...............................................................................................................54 4.3.2 Zásuvkové obvody...........................................................................................................54 4.3.1 Světelné obvody...............................................................................................................54 4.4 5

PROGRAMOVÁNÍ SYSTÉMOVÉ INSTALACE...........................................55 5.1

III

Pokyny pro montáž..........................................................................................................55

Sestavení systémové instalace v ETS 3 Tester................................................................55

SHRNUTÍ ...................................................................................................................................60

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY.........................................................................................61 SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK...........................................................63 SEZNAM OBRÁZKŮ.......................................................................................................................64 SEZNAM PŘÍLOH............................................................................................................................65

Inteligentně řízený nízkoenergetický RD

Richard Staníček

Úvod Pojmy nízkoenergetický dům a inteligentní budova jsou v současné době velmi populární a vyskytují se v mnoha článcích a diskuzích. Nízkoenergetický dům je definován jako dům, jehož spotřeba tepla na vytápění nesmí překročit 50 kWh/(m2a) [16]. Této a nižší hodnoty je dosaženo celkovou změnou koncepce budovy. Je kladen důraz na tvar domu, orientace ke světovým stranám, skladby jednotlivých konstrukcí, způsob vytápění a další. Pojem inteligentní budova je dnes často vnímán jako automatizovaná budova, která přináší určitý komfort a přispívá ke snížení spotřeb energií. To by ale znamenalo, že budova nevelkých kvalit (velké tepelné ztráty, špatná orientace ke světovým stranám, a další) vybavená technologiemi a moderním systémem řízení, je inteligentní budovou? Bohužel toto tvrzení podporuje mnoho firem nabízející automatizované systémy, které uvádějí, že nasazení daného systému udělá z budovy, budovu inteligentní. Pokud se jedná o malé instalace, jako jsou rodinné domy či menší objekty s jednoduchým provozem, je možné zmíněných požadavků dosáhnout pomocí nabízených řešení, za předpokladu, že návrh a realizace systému je provedena s ohledem na všechny souvislosti. Stále se nebude jednat o budovu inteligentní, ale pouze automatizovanou. U rozsáhlých instalací je situace ještě složitější. Dodavatelů schopných dodat rozsáhlé instalace je omezené množství a samotná schopnost dodat takto rozsáhlý systém neznamená, že dojde ke snížení energií v budově a ke zvýšení komfortu. Naopak se někdy stává, že tyto stavby svým chováním obtěžují své uživatele. Uživatelé jsou obtěžováni neustálým rozsvěcením a zhasínáním světel a pohybem žaluzií, které reagují na světelné podmínky či na rychlost větru. Dalším problémem je spotřeba energií u těchto velkých staveb. Stává se, že systémy jsou nesprávně navrženy či odladěny a dochází například k současnému chlazení a vytápění. Výsledkem potom je, že budova energií plýtvá, místo aby energii šetřila. Tyto problémy jsou dle mého názoru způsobeny tím, že dodavatelé se při realizaci IB neřídí žádnou definicí IB a používají tento termín volně. Dalším vážným problémem je, že celý proces realizace IB to je zadání projektu, návrh řešení a zpracování dokumentace, realizace stavby, uvedení do provozu a užívání stavby není kompetentně řízen a hlavně popsán. Při realizaci IB, je důležité znát milníky, ve kterých musí být učiněna domluva účastníků realizace IB, aby nedocházelo k zásadním chybám, které způsobí, že nebudou naplněny cíle projektu. Musí být jasně stanoven způsob domlouvání a definováno kdo, s kým a na čem se má domluvit.

DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

9


Richard Staníček

Cílem této práce je: •

vybrat vhodnou definici inteligentních budov

•

v souvislosti s danou definicí stanovit, jaké jsou požadavky na inteligentní budovy

•

představit možnosti, jakým způsobem dané požadavky realizovat

•

popsat klíčové části realizace projektu inteligentní budovy

Druhou částí práce, je ověřit předložené návrhy z první části projektem nasazení inteligentního systému řízení v již existujícím nízkoenergetickém domě, s cílem navrhnout inteligentní budovu.


10


Richard Staníček

I. TEORETICKÁ ČÁST


11


Richard Staníček

1. Problematika inteligentních budov Inteligentní budovy (dále jen IB) jsou dnes velmi důležitým tématem, kterému se věnuje celá řada škol, firem a institucí. V souvislosti s IB se můžeme setkat s dalšími termíny, které se pro tyto budovy používají, jsou to: inteligentní dům, chytrý dům (smart house), digitální dům, domovní automatizace, inteligentní elektroinstalace, systémová elektroinstalace, automatizované systémy budov. Pod pojmem inteligentní budova je dnes většinou vnímána rozsáhlejší stavba typu školy či kancelářské budovy. Inteligentní dům zas představuje stavbu malou, obvykle rodinný dům. V této práci budu používat pojem inteligentní budova, protože rodinný dům je také budovou. Pojem IB je v současnosti používán velmi volně. Od domů, které mají například jen elektronický zabezpečovací systém s kamerovým systémem a strukturované kabelové rozvody pro počítačovou síť až po laboratorní domy, které se umí učit a přizpůsobovat vnitřní prostředí pro konkrétního uživatele.

1.1 Vývoj inteligentních budov Termín IB se objevil v 80. letech v USA a sloužil pro vyjádření vzájemného propojení systémů, služeb a správy budovy navržených, tak aby jako celek co nejvíce uspokojoval potřeby uživatelů, správců a vlastníků budovy [17]. Myšlenka domu s automatizovaným provozem je ale starší. Již v 60. letech minulého století byl v Japonsku předveden dům, v němž řízení všech běžně používaných funkcí bylo svěřeno samočinnému počítači. Jednalo se samozřejmě pouze o laboratorní případ, protože nasazení těchto systémů v praxi bylo extrémně drahé. Sálový počítač, který dům řídil, výrazně převyšoval cenu daného domu a jeho velikost a nutnost být v klimatizované místnosti, znemožňovala reálné nasazení. Energetická krize v 70. letech minulého století, při které došlo ke zdražení cen ropných produktů, byla impulzem pro zaměření pozornosti na snižování spotřeby výrobních energií, energií na vytápění budov a na osvětlení [22]. Tyto přístupy ale u nás nebyly téměř řešeny. V této době se přístup ke snižování rozdělil v podstatě na dvě části. Jeden směr se věnoval rozvoji konstrukcí budov tak, aby budovy potřebovaly méně energie na úpravu vnitřního prostředí. Tato část směřovala k nízkoenergetické výstavbě, která byla úspěšně ověřena v praxi v 80. letech [23]. Druhý směr se věnoval měření spotřeby energie a jejího vyhodnocování. Tato část směřovala k automatizovaným systémům, které měly zefektivnit dodávání energií a zabránit zbytečnému plýtvání. Rozvoj výpočetní techniky umožnil nasazení centrálních řídicích počítačů, DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

12


Richard Staníček

které vycházely z první generace osobních počítačů. Vysoké investiční náklady těchto systémů nedovolily nasazení do běžné praxe, ale pouze do objektů, ve kterých bylo možno dosáhnout vysokých energetických úspor. Těmito objekty byly školy, zdravotnická zařízení a budovy státní správy. V těchto budovách totiž bylo možné stanovit harmonogram provozu jednotlivých místností v průběhu dne, týdne i celého roku. Díky tomu bylo možné naprogramovat vytápění tak, aby udržovalo provozní teplotu v místnostech jen v době, kdy jsou skutečně využívány a v ostatní době pouze temperovalo. V praxi se ukázalo, že spotřeba energie na vytápění klesla v průměru o 30%. Bylo tedy zřejmé, že tyto technologie mají smysl, ovšem za předpokladu výrazně vyšší technické vybavenosti elektrických instalací. Projevily se však první nedostatky centrálně řízeného systému. Jednalo se o snadnou zranitelnost systému, protože závisel na jednom řídícím prvku a o nutnost vést jednotlivá vedení ke každému snímači a akčnímu členu [22]. Dalším krokem byly centralizované systémy, které již komunikovaly po sběrnici. V těchto systémech měl každý snímač a akční člen vlastní mikroprocesorovou jednotku, která sloužila pro komunikaci s řídící jednotkou. Veškerá komunikace probíhala přes řídící jednotku, která určovala, který účastník bude vysílat naměřené hodnoty, či přijímat příkazy. Výhodou těchto systémů je bezkonfliktní provoz sběrnice při vysokých přenosových rychlostech. Ze začátku byly tyto systémy vhodné pro řízení jednoho souboru funkcí, například pro regulaci vytápění či osvětlení, a hodily se tedy do velkých staveb. Dnes již tyto systémy mohou zabezpečit provoz několika funkcí najednou a v tomto případě se naopak hodí do menších objektů. Nevýhodou těchto systémů je zejména limit pro pozdější rozšiřování systému, pokud není řídící jednotka ze začátku předimenzovaná. Potřeba používat systémy jak v malých, tak velkých objektech s řízením různých funkcí a možností

zpětných

hlášení

(od

akčních

členů

ke

snímačům),

vedla

k vytvoření

decentralizovaného systému. Decentralizovaný systém nemá žádnou hlavní řídící jednotku. Každý jednotlivý prvek na sběrnici má vlastní malou řídící jednotku, která mu umožňuje řídit k němu přiřazené snímací prvky nebo akční členy a současně si vyměňovat potřebné informace s dalšími prvky. Tento systém umožňuje stavebnicový způsob realizace a tedy i snadné pozdější rozšíření. Příklad takového systému je zobrazen na obrázku č. 1. Decentralizované

systémy

se

v současné

době

nejčastěji

realizují

pomocí

třech

komunikačních systémů: KNX/EIB, LONWORKS a BACnet. KNX/EIB a LONWORKS vznikly téměř současně na konci devadesátých let. Oba systémy pracují na podobném principu a disponují standardem otevřeného sběrnicového systému. To poprvé reálně umožnilo využít DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

13


Richard Staníček

široké nabídky zařízení různých výrobců. V současné době mají oba systémy velké množství výrobců, kteří vyrábějí zařízení schopná komunikovat po těchto sběrnicích. Systémy KNX/EIB a LONWORKS jsou zejména vhodné realizaci automatizační a provozně procesní úrovně IB. Jedná se zejména o procesy řízení, měření, regulace, nastavování a ovládání. Úroveň managementu jsou schopny pokrýt jen u méně rozsáhlých systémů. Systém BACnet (Building Automation and Control Network) je standardizovaný komunikační protokol pro automatizační a řídící systémy budov v němž si zařízení a systémy mohou vzájemně vyměňovat informace. Nejedná se o sběrnicový systém. Systém využívá pro komunikaci sítě LAN nejčastěji ethernet. Díky otevřenému komunikačnímu protokolu je u tohoto systému velký výběr z mnoha výrobců, kteří dodávají zařízení pro automatizaci budov. Systém BACnet je vhodný pro realizace, jak automatizační a provozně procesní úrovně, tak pro úroveň managementu – BMS (Building Management System). Na úrovni managementu se shromažďují data ze všech dílčích oblastí, aby bylo možné kvalifikovaně řídit budovu a vyhodnocovat hlášení o poruchách či alarmech. Právě v této úrovni je BACnet silný, a proto je u rozsáhlých a složitých instalací mnohdy používán jako nadřazený systém nad systémy KNX/EIB nebo LONWORKS, které zde fungují na automatizační a provozně procesní úrovni [24].


14


Richard Staníček

Obr. č. 1 [3]

1.2 Současnost Dnešní doba je ve znamení snižování energií spotřebovaných v budovách. Jedná se zejména o energie potřebné na vytápění, chlazení, větrání a osvětlení. Tento trend zvýšil poptávku po nízkoenergetických a pasivních domech, kterých se i u nás staví výrazně více než dříve. Další možné snižování spotřeby energií v domech představují inteligentní systémy řízení. Jedná se o systémy, které jsou schopny vhodně řídit vytápění, větrání, chlazení, osvětlení, stínění, spotřebu vody a další, tak aby spotřeba energie byla co nejnižší. Systémy tohoto typu nabízí v současné době na našem trhu mnoho firem. Nabízejí systémy s různými možnostmi a v různých cenových vrstvách. Ke klasickým systémům, které komunikují po kabelu, se také objevují systémy DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

15


Richard Staníček

bezdrátové, kdy celý systém komunikuje přes radiofrekvenční signál. Jelikož ceny energií stále rostou a spotřeba energií také, jsou majitelé a provozovatelé velkých objektů hotelů, rezidenčních nemovitostí, škol, výrobních objektů nuceni využívat veškeré možné způsoby snižování spotřeby energií. Díky tomu se v současné době realizují nejenom nové IB, ale začínají se dělat tzv. dodatečně inteligentní budovy. Jedná se zejména o rekonstrukce stávajících objektů zaniklých skladů, průmyslových objektů, pivovarů a nevyhovujících administrativních budov ale i rodinných domů či bytů [2]. Realizace dodatečně IB je složitější než realizace nové IB, protože u dočasné IB už máme mnoho parametrů budovy pevně daných. Jedná se zejména o tvar budovy, orientaci ke světovým stranám, materiál nosných konstrukcí, konstrukční systém, do jisté míry i procento prosklení a okolní souvislosti. Tyto parametry do značné míry ovlivní, jak bude IB fungovat. Pokud chceme realizovat novou nebo rekonstrukcí vytvořenou IB musíme vědět co si pod pojmem IB představit.

1.3 Definice Definicí IB je celá řada. Odlišnosti definic nejsou dány jen příslušností k různým univerzitám, firmám či státům, ve kterých vznikly, ale hlavně hraje roli příslušnost daného autora definice k určité profesi. Je velký rozdíl jak definuje IB architekt, developer, uživatel, odborník na TZB nebo odborník na automatizované systémy. Společné pro tyto různorodé pohledy na IB je však jedno základní hledisko: multidisciplinární přístup k projektu stavby s cílem, optimálním způsobem splnit požadavky vlastníka, požadavky provozovatele a požadavky uživatele budovy [2]. Bohužel z některých definic IB jako by se vytratil důraz na základní architektonickou a stavební koncepci budovy. Budova samotná, ale tvoří základ pro další úvahy o instalaci automatizovaných systémů a ostatních zařízení, které dohromady vytváří IB. Pro srovnání zde uvádím několik používaných definic IB. European Smart House Standards Group uvádí tuto definici. Inteligentní dům vytváří prostředí, jež umožní zajištění a zvýšení kvality života všech obyvatel domů a bytů integrací technologií a služeb za účelem ekologického využití všech zdrojů, zjednodušení obsluhy, zvýšení ochrany a bezpečnosti, komfortu a komunikace [5]. Definice se orientuje na spokojenost jejích uživatelů, které je dosaženo pomocí integrací technologií a služeb. Budova samotná, její konstrukce, materiály a uspořádání, v definici není DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

16


Richard Staníček

zohledněna. Japan Intelligent Building Institute uvádí tuto definici. Budova vybavena komunikačními službami a automatizovaným provozem a je vhodná pro inteligentní aktivity [7]. Podlé této definice by IB byla většina moderních budov, které mají řízené vytápění, EZS a ethernetovou síť. Definice uvedená na Mezinárodním symposiu v Torontu 1985. Inteligentní budova představuje kombinaci inovace a techniky s kompetentním řízením s cílem maximalizovat návratnost investice [6]. Definice je sestavena z pohledu technologií a efektivnosti není tedy zaměřena na komplexnost řešení. Její cíl je jen částí cíle, který by IB měla naplňovat. Intelligent Building Institute of USA (IBI) definuje IB takto. Inteligentní budova je taková, která vytváří produktivní a úsporné prostředí pomocí optimalizace čtyř základních prvků - struktury, systému, služeb a managementu - a vzájemných vztahů mezi nimi [4]. Jedná se o obecnou definici, která prosazuje komplexnost řešení. Je zaměřena na budovu, na technologie a systémy v budově, na služby, které IB poskytuje, na řízení budovy, až bude v provozu, a na požadavky uživatele. Tato definice zahrnuje pod pojmem IB vše, co bych očekával, ale je přece jenom málo konkrétní. European Intelligent Building Group (EIBG) uvádí tuto definici. Inteligentní budova je taková, která obsahuje nejlepší dostupné koncepce, materiály, systémy a technologie navzájem propojené tak, že budova splňuje nebo překračuje výkonnostní požadavky zainteresovaných stran, k nimž patří vlastníci, správci a uživatelé, stejně jako lokální a globální komunity [4]. Tato definice je opět zaměřena na komplexní řešení IB. Definice je dostatečně konkrétní aby z ní šlo vycházet při návrhu inteligentních budov. Klade důraz na stavební a architektonickou koncepci budovy na její systémy a technologie, jako jsou systémy TZB a BMS a vzájemné provázání budovy a jejích systémů. A dále vyjadřuje hlavní cíle IB a to je splnění požadavků všech zainteresovaných stran. Důraz na budovu samotnou vidím jako zásadní, protože pokud vezmeme nedobře navrženou budovu (s nevhodnými materiály, špatným prostorovým uspořádáním nebo špatným energetickým konceptem), tak nasazení sebelepších systémů inteligentního řízení neudělá z této budovy budovu inteligentní. Jsem přesvědčen, že tato definice je vhodná pro správné vnímání IB, a proto z ní budu nadále vycházet.


17


Richard Staníček

2 Požadavky na inteligentní budovy Při realizaci projektu IB je třeba tyto požadavky shromáždit, aby mohly sloužit jako výchozí informace pro další navrhování IB. Požadavky na IB lze rozdělit do dvou skupin, jsou to požadavky legislativní a normové a požadavky investorů, provozovatelů a uživatelů. Následující uvedené požadavky nejsou úplným výčtem všech požadavků na IB. Cílem je zachytit rozsah této problematiky. Viz příloha č. 1.

2.1 Požadavky legislativní a normové Pod pojmem legislativní požadavky myslím stavební zákon a místně příslušné vyhlášky. V daném místě mohou tyto požadavky ovlivnit například velikost budovy, druh zastřešení (plochá střecha, sedlová střecha) a barevnost vnějších povrchů. Další větší skupinu požadavků tvoří stavební technické normy. Ze stavebně technických norem je třeba zohlednit zejména tyto soubory: -

7300 Navrhování staveb, všeobecně 7303 Stavební fyzika – Teplo 7305 Stavební fyzika (akustika, teplo, denní osvětlení) 7308 Požární bezpečnost staveb 7343 Stavby pro bydlení (obdobně ostatní druhy staveb – školství, průmysl, atd.) 7385 Automatizační a řídící systémy budov

Požadavky norem na stavby jsou z části závazné (požadavek musí být splněn) a z části doporučené. Legislativní a normové požadavky jsou obecně platné pro jakoukoliv stavbu ne jen pro IB.

2.2 Požadavky investorů, provozovatelů a uživatelů Tyto požadavky budou vždy záviset na druhu stavby a na individuálním rozhodnutí investorů, provozovatelů a uživatelů. Požadavky nejvíce ovlivní, jak bude budoucí IB vypadat a fungovat. Určí jaké systémy a technologie v budově budou a jaká bude stavebně architektonická koncepce. Jedná se zejména o tyto požadavky.

2.2.1 Funkčnost a estetika Požadavky na funkčnost a estetiku specifikují, jaké má mít budova vlastnosti a jak má být ztvárněna. Požadavky jsou zaměřené na celkové uspořádání objektu (počet a velikost místností, DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

18


Richard Staníček

světlá výška místností, atd.), na komunikační souvislosti mezi jednotlivými místnostmi, na barevnost povrchů, tak aby k sobě ladili a nerušili uživatele, na použité materiály.

2.2.2 Spotřeba energií Tyto požadavky specifikují, jak bude budova energeticky fungovat. Stanoví, jestli se bude jednat o dům s nízkou energetickou náročností, tedy o dům nízkoenergetický či pasivní. Jestli bude mít například teplo-vzdušné vytápění s rekuperací tepla atd. Dále jsou to požadavky na snižování spotřeby elektrické energie. Jedná se o inteligentní ovládání osvětlení a použití úsporných svítidel, o vypínání některých zásuvkových obvodů a o využívání tzv. levného proudu (využití nočního proudu). Dále pak požadavky na využití OZE, například solárních fotovoltaických nebo fototermických panelů, tepelných čerpadel, biomasy a jiných. Dále požadavky na hospodaření s vodou v objektu. Například požadavky na využití dešťové vody a vyčištěné slabě znečištěné vody (voda po sprchování a mytí rukou) na zalévání zahrady, splachování toalet či praní prádla.

2.2.3 Automatizace Jedná se o veškeré požadavky na automatizované systémy v budově, z pravidla to jsou požadavky na vytápění, kdy je například požadována regulace teploty v každé místnosti, přerušení vytápění ve chvíli kdy jsou otevřená okna nebo možnost zapnutí vytápění objektu mobilním telefonem po delší nepřítomnosti. Dále jsou to požadavky na automatické větrání v závislosti na koncentraci CO2 a zajištění minimální nutné výměny vzduchu v místnosti. Patří sem i požadavky na automaticky ovládané stínicí prvky, osvětlení, zalévání zahrady a mnoho dalších.

2.2.4 Ovládání systémů v budově Jedním z hlavních požadavků na ovládání systémů je, aby bylo jednoduché a komfortní. Tato část souvisí s ergonomií ovládání a ovlivní ji nejvíce výrobci jednotlivých zařízení. Důležitými požadavky, které dále ovlivní návrh systémů, jsou způsoby ovládání. Jedná se o ovládání distribuované (ovládání jednotlivých zařízení samostatně např. světel, žaluzií, teploty v místnosti), ovládání integrované (ovládání různých systémů sdružené do jednoho ovládacího prvku např. dotykové displeje s obousměrnou komunikací, PC, dálkové multifunkční ovladače), ovládání dálkové (ovládání různých systémů na dálku např. pomocí mobilního telefonu a přes internet). DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

19


Richard Staníček

2.2.5 Bezpečnost Požadavky na bezpečnost můžeme v podstatě rozdělit na dvě základní části a to je pasivní bezpečnost a aktivní bezpečnost. Pasivní bezpečnost se věnuje všem bezpečnostním prvkům, které jsou statické (nevykonávají žádnou činnost). Prvky pasivní bezpečnosti mají zabránit bezpečnostním incidentům jako je vloupání nebo šíření požáru. Jedná se tedy o obvodové stěny, střechu, vstupní dveře a okna odolné proti požáru a snadnému vniknutí, o bezpečnostní zámky a kování, o oplocení a další. Prvky aktivní bezpečnosti naopak vykonávají nějakou činnost. Nejčastěji to bývá sledování určitých veličin či událostí. Mezi prvky aktivní bezpečnosti patří EZS, EPS, CCTV, ACS a bezpečnostní osvětlení.

2.2.6 Správa budovy Informace o správě budovy většinou požadují její provozovatelé nebo dodavatelé, kteří zajišťují služby v oblasti facility managementu. Facility management se zabývá řízením, správou a provozem zařízení (budov). Požadavky z oblasti správy budov jsou zaměřeny na zajištění informací o stavu jednotlivých zařízení a systémů, na údržbu budovy, správcovství a na související služby. Požadavky na informace o stavu jednotlivých zařízení a systémů jsou zejména, přehledy spotřeb energií, informace o stavu čidel, informace o teplotách v interiéru a teplotách topného média, informace kdy je potřeba provést revize.

2.2.7 Režimy a scény Požadavky na režimy a scény mohou být jak na jeden konkrétní systém, tak na celý BMS, který všechny systémy propojuje. Typickým systémem, ve kterém se vytvářejí scény, je umělé osvětlení. Scény můžeme vytvářet pomocí změn intenzity světla a zapnutím/vypnutím jednotlivých světel, tím můžeme měnit i barevnost interiéru. Požadavky na režimy a scény v celé soustavě systémů mohou vypadat takto. Režim centrální vypnutí například při odchodu a zakódování domu zhasne všechna zapomenutá rozsvícená světla, vypne definované zásuvky, stáhne žaluzie do požadované polohy a upozorní na otevřená okna v domě. Další může být režim noc, v tomto případě jsou některé zásuvky vypnuté, aby bylo omezeno elektromagnetické záření a při vstupu do místnosti (na chodbu) se začnou pozvolně rozsvěcet světla na část své intenzity, aby nebyla osoba oslněna.


20


Richard Staníček

2.2.8 Zdravé a příjemné vnitřní prostředí Tyto požadavky do značné míry ovlivní, jak bude výsledná budova vypadat a jakou bude mít techniku. Ovlivní návrh vytápěcího, chladícího a větracího zařízení. Mohou zasáhnout do uspořádání a tvaru jednotlivých místností, do návrhu materiálů povrchů a jejich barev, do uspořádání nábytku a elektrických zařízení, do návrhu osvětlení a akustických izolací. Požadavky na zdravé a příjemné vnitřní prostředí je možné rozdělit na požadavky na následující mikroklimata, které spoluvytvářejí vnitřní prostředí budovy. Tepelně-vlhkostní mikroklima je jednou z nejdůležitějších částí vnitřního prostředí, protože významným způsobem působí na člověka a tím spoluvytváří jeho celkový stav [8]. Požadavky jsou tedy směřovány na zajištění požadované teploty a vlhkosti v místnosti. Toxické mikroklima je část vnitřního prostředí, ve kterém se vyskytují jedovaté látky. Nejčastěji se jedná o jedovaté plyny, jako jsou oxid uhelnatý (CO), oxidy síry (SO2 a SO3) a oxidy dusíku (NOx) [8]. Požadavky na toxické mikroklima jsou zaměřeny na zabránění vnikání jedovatých látek do interiéru a na omezení vzniku toxických látek. Odérové mikroklima se věnuje vůním a pachům v interiéru. Tato složka vnitřního prostředí také do značné míry ovlivňuje stav člověka, hlavně jeho psychiku [8]. Požadavky jsou zaměřeny na eliminaci odérů. Je třeba zajistit jejich odvětrání a minimalizovat jejich vznik. Aerosolové mikroklima a mikrobiální mikroklima je část vnitřního prostředí, která obsahuje prachové částice (pevné nebo kapalné aerosoly) a mikroorganismy neboli bioaerosoly (plísně, bakterie, viry, endotoxiny a mykotoxiny, antigeny o průměru od 0,1 do 100 µm) rozptýlené v ovzduší. Tyto složky mikroklimatu se významným způsobem podílí na čistotě prostředí v interiéru budov a na zdravotním stavu uživatelů budovy [8]. Požadováno je tedy zabránit vnikání prachových částic a mikroorganismů do interiéru, omezit vznik těchto částic a mít možnost prach a mikroorganismy snadno odstranit. Ionizující mikroklima je zaměřeno na radioaktivní látky. V budovách se můžeme setkat s radioaktivními látkami přírodními (radon) a s umělými zdroji radioaktivního záření (např. rentgenové přístroje). Vážným problémem radioaktivního záření je, že ho člověk neumí bez pomoci přístrojů nijak rozeznat. Pronikání radonu do interiéru budov může mít při vyšších koncentracích dopad na lidské zdraví [8]. Požadavky jsou tedy zaměřeny na zabránění vnikání radioaktivních látek do interiéru a zabránění šíření těchto látek mimo vyhrazený prostor. DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

21


Richard Staníček

Psychické mikroklima se zabývá působením prostředí na člověka. Psychický účinek mohou tedy mít všechny složky vnitřního prostředí (všechna mikroklimata) [8]. Navíc jsou to další faktory (požadavky) jako je prostornost, barevnost, tvar nebo rychlost proudění vzduchu v interiéru. Světelné mikroklima a akustické mikroklima jsou opět složky vnitřního prostředí, které výrazně ovlivňují psychický stav člověka. Světelné mikroklima se zabývá přirozeným a umělým osvětlením interiéru a akustické mikroklima řeší šíření hluku v interiéru a pronikání hluku z exteriéru [8]. Požadavky na světelné mikroklima jsou zaměřeny na návrh přirozeného osvětlení (velikost prosklení a orientace ke světovým stranám) a návrh umělého osvětlení (množství a druh svítidel, barva osvětlení a možnost regulace intenzity světla). Požadavky na akustické mikroklima směřují na eliminaci šíření hluku v interiéru a na zabránění pronikání hluku do interiéru. Elektroiontové mikroklima je další důležitou složkou vnitřního prostředí. Aeroionty jsou katalyzátory biochemických reakcí a působí na celkový stav nervového systému. K tvorbě iontů dochází v exteriéru působením zemského elektrického pole, kosmického záření a ultrafialové složky slunečního záření. Ionty dělíme na kladné ionty (ion dusíku) a záporné ionty (ionty kyslíku a vodní páry). Nedostatek vzdušných iontů může některým lidem způsobit například bolesti hlavy, kloubů, jizev, změny nálady a poruchy spánku. Pronikání iontů do interiéru mohou zabránit konstrukce v pláštích budov. Jedná se o konstrukce z oceli a železobetonu, protože mohou vytvořit kolem vnitřního prostoru Faradayovu klec. Dále k úbytku iontů dochází v okolí obrazovek počítačů a televizí a ve špinavém prostředí (zakouřené místnosti). V interiéru je možné vytvořit ionty uměle pomocí ionizačních zařízení [8]. Požadavky jsou tedy na možnost pronikání iontů z exteriéru do interiéru a v případě nedostatku iontů na jejich výrobu. Elektrostatické a elektromagnetické mikroklima opět výrazným způsobem působí na člověka. Elektrostatické mikroklima je složka prostředí vytvářená elektrostatickými náboji na materiálech a elektrostatickými poli v uvažovaném prostoru. Elektrostatický náboj se vytváří při dynamickém styku a oddělování částic s různou i stejnou dielektrickou konstantou [8]. Požadavky na elektrostatické mikroklima směřují na eliminaci vzniku statické elektřiny. Elektromagnetické mikroklima spadá do problematiky elektromagnetické kompatibility (EMC). Tomuto tématu se budu věnovat samostatně, protože EMC je v současné době při realizaci budov mnohdy opomíjena. Přitom se jedná o významnou složku ovlivňující vnitřní prostředí budov. DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

22


Richard Staníček

2.2.8.1 Elektromagnetická kompatibilita EMC je podle směrnice Evropské unie 2004/108/ES definována takto. Schopnost elektrických spotřebičů, zařízení a instalací pracovat uspokojivě ve svém elektromagnetickém prostředí, aniž by samy způsobovaly nepřípustné elektromagnetické rušení čehokoli v tomto prostředí. Jde o to zajistit hygienické limity pro elektrické a magnetické pole a dále pro elektromagnetické záření v kmitočtovém pásmu od 0 Hz do 1,7 * 1015 Hz. Rušivé zdroje elektromagnetického záření mohou být interní nebo externí a umělého nebo přírodního původu. Interní zdroje mohou být sítě a přístroje a zařízení. Sítě jsou to energetické (silnoproudé vedení, impulsní rušení, vyšší harmonické, nízkofrekvenční magnetické pole, bludné proudy), slaboproudé (telefonní vedení, WAN, LAN, TV a R kabelové, TV a R satelitní, mobilní telefony, zabezpečovací zařízení), speciální (bleskosvodné, teplovodné, zemnící, vodovodní, plynovodní). Z přístrojů a zařízení to jsou silnoproudé (výtahy, klimatizace, el. svářečky, tepelné spotřebiče, motorové spotřebiče, mikrovlnné pece), slaboproudé (audio přístroje, video přístroje, PC, kancelářské přístroje, a další). Externí zdroje mohou být elektrická přepětí a bleskové výboje (korona, přímé a nepřímé bleskové výboje), radiové vysílače (rozhlasové, televizní, jiné), rušení v energetické síti (spínací pochody, vyšší harmonické, tyristorové regulátory) a rušení v telekomunikačních sítích (venkovní vedení – antény). Elektromagnetické záření ovlivňuje jak živé organismy, tak neživé subjekty. Pokud jsou živé i neživé subjekty v elektromagnetickém poli může dojít k jejich poškození. Závisí to na síle elektromagnetického pole. Při působení vysokofrekvenčních elektromagnetických polí se zvyšuje tělesná teplota exponované osoby a asi po 6 minutách se ustálí na vyšší hodnotě. U nízkofrekvenčního elektromagnetického pole, může docházet k rychlejšímu rozmnožování rakovinových buněk. Při působení slabých elektromagnetických polí na člověka jsou nejcitlivějšími orgány kůže, oči, nervový systém a pohlavní orgány. Může docházet k bolestem hlavy, žaludečním a kožním potížím a depresím [6], [8]. Proti působení elektromagnetického záření na daný subjekt se v interiérech budov můžeme bránit následujícími způsoby. Zjistit odstínění instalací a přístrojů, dodržovat bezpečné vzdálenosti od přístrojů a elektrických vedení, odpojovat proud v klidových zónách a pořizovat si jen skutečně nutné elektrické přístroje a instalace. DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

23


Richard Staníček

Všechny běžně používané zařízení jako jsou počítače, domácí spotřebiče, telefony jsou z hlediska EMC posuzována a musí splňovat příslušné normy. Přesto tato zařízení určité elektromagnetické rušení vydávají. Jak bylo popsáno výše dalším zdrojem rušení jsou různé sítě v budově zejména silnoproudé vedení. Tzn. hlavním požadavkem při návrhu budovy je hlídat souvislosti mezi chráněnými zónami (postele, odpočinková místa, jídelní a pracovní stoly) a zdroji elektromagnetického záření, zamezit vzniku chráněných zón v ozářených místech budovy a snažit se omezit zdroje elektromagnetického záření. Nevhodné umístění chráněných zón je zobrazeno na obrázku č. 2.

Obr. č. 2

3 Možnosti inteligentních budov Pro kompetentní návrh a realizaci IB musíme mít k dispozici požadavky na IB a identifikovány možnosti, jak těchto požadavků dosáhnout. Soubor možností nám vytvoří množinu možných řešení, jak realizovat již zmíněné požadavky. Následující soubor možností není úplným výčtem, jeho cílem je zachytit rozsah této problematiky. Protože se jedná o DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

24


Richard Staníček

možnosti související s IB budu vycházet z výše uvedené definice (EIBG) a u jednotlivých možností zohledním i energetické hledisko. Pro názorný přehled možností slouží příloha č. 2.

3.1 Koncepce budovy Možností jak ovlivnit základní koncepci budovy je velmi mnoho. Důležité je rozhodnutí jestli se bude realizovat budova klasická nebo

budova se sníženou spotřebou energie

(nízkoenergetický dům, pasivní dům). Spotřeba energií na vytápění u NED nesmí překročit 50 kWh/(m2a) a u pasivního domu 15 kWh/(m2a) [16]. Základní tvarová koncepce bude vycházet zejména z účelu pro jaký je stavba realizována. V podstatě lze říci, že v návrhu koncepce budovy nejsme nijak omezeni. Všechny možnosti je ale třeba dávat do souvislostí tak, aby se podařilo realizovat budovu vyváženou z hlediska konstrukčního, prostorového a estetického řešení, ergonomie užívání a energetického konceptu. Můžeme navrhnout budovu složitého tvaru s obrovskými okny a subtilní skeletovou konstrukcí, ale z hlediska energetického konceptu budeme mít problém. Budova bude mít díky tvaru mnoho ochlazovaných ploch, velká okna způsobí přehřívání interiéru a díky subtilní skeletové konstrukci bude mít budova malou akumulační schopnost. Kvalitní návrh budovy s využitím všech vhodných řešení je základem pro realizaci IB.

3.2 Úprava vnitřního prostředí budovy Zdravé a příjemné vnitřní prostředí je velice důležité pro pohodu uživatel budovy. Úpravu vnitřního prostředí budovy zajišťujeme zpravidla pomocí systémů TZB. Jedná se o systémy vytápění, chlazení, větrání, osvětlení a ionizační zařízení. Díky těmto systémům jsme schopni udržet parametry vnitřního prostředí na požadovaných hodnotách a to i v případě, že se změnili okolní a vnitřní souvislosti. Například klesla teplota v exteriéru (vytápění zajistí udržení požadované teploty) nebo se v místnosti ocitl větší počet lidí (větrání zajistí dostatečnou výměnu vzduchu). Úprava vnitřního prostředí je ale energeticky náročná. Zmíněné systémy spotřebují většinu dodávané energie do budovy.

3.2.1 Vytápění, chlazení a větrání Vytápění a chlazení objektu tvoří nejvýznamnější část spotřeby energií v objektu. Největších úspor je dosaženo celkovou změnou koncepce budovy. Což znamená místo klasické budovy vytvořit nízkoenergetický nebo pasivní dům. Touto změnou je možno uspořit 50 % (ale i více) spotřeby tepla na vytápění. DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

25


Richard Staníček

V nízkoenergetických domech je vhodné používat vzduchotechnické jednotky s teplovzdušným

vytápěním,

protože

vzduchotechnika

zajišťující

výměnu

vzduchu

je

v nízkoenergetických domech téměř nezbytná. Nízkoenergetický dům je totiž vzduchotěsný a k přirozené výměně vzduchu infiltrací téměř nedochází. Další možností jak výrazně snížit energetické ztráty budovy, je vybavit vzduchotechnickou jednotku rekuperačním výměníkem. Ten se stará o to, aby docházelo k co nejmenším ztrátám tepla při nuceném větrání. Znečištěný vzduch je odváděn přes výměník tepla a zde předá teplo vzduchu přiváděnému. Účinnost této rekuperace se běžně pohybuje okolo 75%. Rekuperaci je možno využít jak v zimě (přiváděný vzduch je ohříván vzduchem odváděným), tak v létě (přiváděný vzduch je ochlazován vzduchem odváděným). Rekuperace v letním období je ale méně účinná, protože rozdíl teplot obou vzduchů je menší než v zimě. Další možností jak snížit spotřebu energií na vytápění, chlazení a větrání je zavedení inteligentního způsobu řízení jednotlivých systémů. Řízení je možné aplikovat na sofistikované vzduchotechnické jednotky (větrání, vytápění, chlazení, rekuperace), ale i na jiné druhy vytápění jako je vytápění pomocí otopných těles, konvektorů, sálavých panelů a pasů, podlah a stěn. Možnosti inteligentního řízení jsou následující: •

regulování vytápění či chlazení v každé místnosti zvlášť, nezávisle na zbytku objektu

•

zavedení časových programů vytápění: noc, den, ráno, večer

•

zavedení režimů vytápění: komfort, útlum, proti-mrazová ochrana

•

při otevřeném okně vypínat větrání a vytápění dané místnosti

•

možnost dálkového ovládání

•

regulování množství větraného vzduchu

Aby bylo možné regulovat teplotu v jednotlivých místnostech, je třeba, aby byl v každé místnosti tepelný snímač (viz obrázek č. 3) a aby šlo regulovat dodávky tepla, chladu a větraného vzduchu do každé místnosti zvlášť. Rozsah regulace teploty v místnostech musí vždy vycházet ze souvislostí mezi jednotlivými místnostmi a souvisí s účelem dané budovy. U rodinného domu rozdíl teplot mezi jednotlivými místnostmi by měl být takový, aby nemohla nastat situace, že jedna místnost je chlazena a jiná vytápěna. Pokud by k takovéto situaci došlo, tak místo požadovaných úspor energie (nákladů), bude spotřeba výrazně vyšší. Jinak je tomu ve výzkumné budově kde jsou různé laboratoře, zde může být rozdíl teplot mezi jednotlivými místnostmi dosti značný. K současnému chlazení a vytápění tu tedy dojít může (vytápění kanceláře výzkumníků, chlazení speciálních laboratoří), ale pouze ve výjimečných případech. DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

26


Richard Staníček

Obr. č. 3 Řízení časových programů a jiných režimů vytápění je věcí ovládacího programu. Časové programy jsou nastaveny v programu a spínají se pravidelně v nastavený čas po dobu zvolenou uživatelem. Různé režimy vytápění (komfort, útlum) lze přepínat buď manuálně nebo automaticky. Automaticky jsou tyto režimy přepínány například v souvislosti s přítomností osob v místnosti, kdy je nastaven režim komfort nebo při zapnutí bezpečnostního systému, kdy je naopak nastaven režim útlum. Dalším využitím spolupráce mezi bezpečnostním systémem a systémem vytápění je zablokování vytápění při otevřeném okně. V tomto případě bezpečnostní systém zaznamená, že je otevřené okno (pomocí magnetického okenního kontaktu) a vyšle tuto informaci systému vytápění. Následně se přestane místnost vytápět. Vytápění se opět spustí až bude okno uzavřené (viz obrázek č. 4). Stejný princip je použit v případě větrání místnosti. Tato spolupráce systémů ale vyžaduje, aby čidla bezpečnostního systému byla stále aktivní a aby bezpečnostní systém informoval ostatní systémy o stavu oken a dveří. Pokud spolupráce bezpečnostního systému a ostatních systémů není z nějakého důvodu možná, je nutné každé okno a dveře vybavit magnetickým kontaktem, který bude napojen na ostatní systémy. Tím z pravidla dochází ke zdvojení některých prvků (magnetických kontaktů a pohybových čidel).


27


Richard Staníček

Obr. č. 4 Zajímavých úspor můžeme dále dosáhnout vhodnou regulací množství větraného vzduchu. Množství větraného vzduchu se řídí hygienickými normami. Na jednu osobu se obvykle přivádí 25 m3/hod čerstvého vzduchu. Rozhodující je ovšem koncentrace CO2 v místnosti. Množství větraného vzduchu je ale dále závislé na počtu osob v místnosti (CO2), druhu činnosti osob a dalších zdrojů odérů, vlhkosti či výskytu jedovatých látek. Pokud je místnost provětrána a nenacházejí se v ní žádné zdroje odérů, jedovatých látek, atd. není třeba místnost dále větrat a postačí udržovací režim. Pro hlídání kvality vzduchu v místnosti slouží čidla CO2, čidla pachu, vlhkosti. Dále by bylo vhodné instalovat čidlo počtu osob v místnosti. Systém byt tak mohl pomocí čidla CO2 a počtu osob přesně nastavit potřebné množství vzduchu pro větrání. Tato možnost je především vhodná pro větší místnosti kde se vyskytuje velké a malé množství osob, jako jsou kina, divadla a přednáškové sály.

3.2.2 Osvětlení Další významnou část energií v domě spotřebuje osvětlení. Při správném návrhu a využití současných možností můžeme dosáhnout zajímavých úspor. Například v místnostech, kde se obyvatelé domu pohybují jen krátkou dobu (chodby, komory a šatny), je vhodné nainstalovat automatické spínače osvětlení reagující na pohyb nebo na přítomnost osob. V místnostech kde se osoby pohybují déle, je vhodné nastavit intenzitu umělého osvětlení v závislosti na aktuálním množství denního světla. Pro tuto funkci je potřeba, aby byla v místnostech instalována čidla měřící intenzitu světla. DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

28


Richard Staníček

S možností měnit intenzitu osvětlení úzce souvisí funkce stmívání světel. Tato funkce jednak zvyšuje uživatelský komfort a navíc přispívá k úspoře energie, protože využíváme jen tolik světla kolik opravdu potřebujeme. Stmívání světel je ovládáno jak manuálně, tak automaticky (v závislosti na intenzitě denního světla). Manuálně si uživatel nastavuje intenzitu osvětlení, která mu vyhovuje. Dále se funkce stmívání či naopak pomalého rozsvěcování využívá pro šetření žárovek. Ty nedostávají takový šok a tím se zvyšuje jejich životnost. V systému osvětlení se opět užívá princip různých scén a režimů. Systém je možno nastavit například v závislosti na čase. V průběhu dne se mohou automaticky přepínat různé (předem definované) scény. Velmi příjemný je pak například noční režim, kdy světla postupně zvyšují intenzitu a nerozsvítí se až do maxima. Díky tomu nejsou osoby oslněny. Venkovní osvětlení funguje také v určitých režimech. Buď pracuje podle časových intervalů, nebo je osvětlení řízeno podle intenzity denního světla. Další možností, jak využít inteligentního osvětlení, je využít ho pro zvýšení bezpečnosti. Do systému se opět naprogramují různé světelné scény a ty se aktivují v nastaveném čase. Tento systém se využívá například když jsou obyvatelé domu na dovolené. Dům díky tomu vypadá jako by uvnitř někdo byl. Této funkci se říká simulace přítomnosti. Ovládání systému světel je zobrazeno na obrázku č. 5.

Obr. č. 5 [9]


29


Richard Staníček

3.2.3 Ionizátory vzduchu Jak již bylo zmíněno výše, ionizátory vzduchu také patří mezi zařízení, pomocí kterých upravujeme vnitřní prostředí, konkrétně vzduch. Ionizace vzduchu v interiéru se provádí ze dvou důvodů. Prvním důvodem je, že ionizovaný vzduch příznivě působí na člověka (lepší soustředěnost, pocit pohody a čerstvého vzduchu). Druhým důvodem je, že ionty přítomné ve vzduchu se vážou na prachové částice a urychlují sedimentaci. Díky tomuto jevu se vzduch čistí. Nejčastěji se používají ionizátory s koronovým výbojem. Emitorem iontů je kovová jehla, která je umístěna tak, aby se vytvořené záporné ionty snadno šířily do vzdušného prostoru. Nevýhodou těchto ionizátorů je, že vyžadují údržbu. Kovová jehla se totiž zanáší a hrot jehly se tupí a tím klesá produkce iontů. Druhou skupinou jsou ionizátory s uhlíkových vláken. Jejich emitor je tvořen vlákny čistého uhlíku. Díky tomu nevyžaduje téměř žádnou údržbu. Ionizátory jsou nehlučná zařízení, které lze používat samostatně nebo jsou vestavěny v některých čističkách vzduchu. Ionizátory jsou zejména vhodné do místností, kde se vyskytují televize a monitory. Dále jsou vhodné i pro alergiky.

3.3 Elektronické a komunikační systémy Jedná se o dnes běžně používané systémy v budovách, jako jsou bezpečnostní systémy EZS a EPS, kamerové systémy CCTV, systémy přístupu osob ACS. Dále pak komunikační systémy jako telefonní linky, ethernetové sítě, rozhlasové systémy. U všech těchto systémů je velmi dynamický vývoj a různých možností stále přibývá. Pro správné fungování větších budov (administrativní budovy, školy) jsou všechny tyto systémy nezbytné. Díky těmto systémům můžeme zajistit efektivní dohled nad budovou a komunikaci uvnitř a směrem ven. U menších budov (rodinné domy) a u bytové zástavby se častěji setkáváme jen s internetovým připojením, telefonní linkou a někdy EZS.

3.3.1 Elektronický zabezpečovací systém (včetně EPS, ACS a CCTV) Bezpečnostní systém objektu je komplexní systém, který se skládá z elektronického zabezpečovacího systému, ovládání mechanického zabezpečení (zámky, rolety, venkovní žaluzie), elektronického přístupového systému, simulace přítomnosti, kamerového systému, elektrické požární signalizace a systému hlášení poruch vody, plynu atd. (viz obrázek č. 6).


30


Richard Staníček

Obr. č. 6 [10] Elektronický zabezpečovací systém (EZS) je v dnešní době běžnou věcí. Základem EZS jsou různé detektory, např.: detektory pohybu (infračervené PIR, mikrovlnné nebo jejich kombinace), dveřní a okenní kontakty sloužící k detekci otevření, detektory tříštění skla, otřesové detektory určené zejména na ochranu trezorů a jiných schránek, protipožární detektory a detektory úniku plynu, vody a jiných látek. Dalším důležitým prvkem zabezpečení proti vloupání jsou mechanické zabezpečovací prvky. Mezi tyto prvky patří např. rolety, žaluzie, mříže, dveřní elektromechanické či elektromagnetické zámky. Všechny tyto prvky je možné elektronicky ovládat. Ovládání je buď manuální nebo automatické. Například při zapnutí zabezpečovacího systému se stáhnou žaluzie a uzamknou dveře. O simulaci přítomnosti jsem se již zmínil v souvislosti s osvětlením. K osvětlení se mohou přidat další různá zařízení, která se budou náhodně spouštět například rádio či televizi, spouštět a vytahovat žaluzie, roztahovat a zatahovat závěsy atd. Tohoto režimu se využije, když je dům delší dobu opuštěn (např. v době dovolené). Kamerový systém (CCTV) je poměrně nákladná záležitost, ale výrazným způsobem zvýší zabezpečení objektu. Je velmi výhodné, když je záznam kamerového systému dostupný i mimo objekt, např. přes webové rozhraní. Díky tomu můžeme mít přehled co se v domě a jeho okolí DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

31


Richard Staníček

aktuálně děje. Kamerový systém může fungovat ve dvou režimech. Zaprvé může snímat objekt nepřetržitě, tím nám ale vzniká velká spousta video materiálu a je problém s archivací. Druhou možností je že se systém aktivuje pomocí pohybových senzorů nebo když ho k tomu vyzve uživatel prostřednictvím ovládacího programu. Elektronická požární signalizace bývá v případě menších budov součástí EZS. Ve velkých budovách je, ale samostatným systémem. EZS je v takovém případě doplněna o detektory kouře, detektory vysoké teploty, detektory různých plynů. Poplach způsobený požárem musí být od poplachu od vloupání zřetelně odlišen. Obyvatelé domu musejí okamžitě rozpoznat co se děje. Při detekci požáru je potřeba, aby EPS spolupracovala s dalšími systémy. Je potřeba zapnout nouzové osvětlení, odemknout zámky dveří, vytáhnout žaluzie a nastavit vzduchotechniku do požárního režimu. Dálkově je pak možné (až jsou všechny osoby evakuovány) spustit hasicí systém např. speciálním plynem. Tyto plyny fungují buď tak, že zmenší koncentraci kyslíku v místnosti nebo absorbují teplo z plamenů. Tento způsob hašení je velmi šetrný k elektronice, obrazům a nábytku, narozdíl od hašení vodou, práškem nebo pěnou. Viz obrázek č. 7.

Obr. č. 7 [11] Systém zabezpečení je možné vybavit GSM bránou, která zajistí, aby byl majitel domu či ostraha, stále informován o situaci v domě. Dále je vhodné, aby byl bezpečnostní systém přístupný přes webové rozhraní.


32


Richard Staníček

3.3.2 Komunikační systémy Nejčastějšími komunikačními systémy v domě jsou telefonní linky, ethernetové sítě, bezdrátové sítě (např. GSM). Méně rozšířené komunikační systémy jsou pak domovní telefonní ústředny, radiové systémy nebo rozhlasové systémy. Dnes nejvíce využívaným komunikačním systémem v budovách jsou ethernetové sítě. Pomocí ethernetu zajistíme základní komunikační požadavky uživatelů (přístup na internet, emailová komunikace, instant messaging, telefonování prostřednictvím internetu (VoIP)), ale také můžeme pomocí ethernetu zajistit komunikaci některých systémů v budově. Jedná se o systémy osvětlení, stínicích prvků, vytápění a vzduchotechniky, kamerové systémy a řízení správy budovy (BMS). Všechny systémy jsou pomocí IP rozhraní připojeny k ethernetu. Buďto se připojují samostatné prvky (např. IP kamera) nebo celé systémy, které vlastní komunikaci provádějí například po sběrnici. Výhodou komunikace pře ethernet je vysoká rychlost komunikace a hlavně možnost spravovat systém odkudkoliv, kde je umožněno připojení k ethernetu. Pokud je ethernet propojen s internetem je možné systémy ovládat z libovolného místa. Zajímavou možností je dům vybavit telefonní ústřednou. Ta pak může zajistit telefonní komunikaci mezi jednotlivými místnostmi, video-vrátným a také telefonní komunikaci směrem ven. Zároveň může být propojena s audio systémem domu, a tím vytvoří domovní rozhlas.

3.4 Ostatní automatizace Pod pojmem ostatní automatizace mám na mysli ostatní systémy a zařízení, které nespadají do již zmíněných kategorií. Jedná se zejména o řízení stínění budovy, záložní zdroje, řízení dodávek vody, plynu a elektřiny, řízení solární techniky a tepelných čerpadel, ovládání dveří, oken, vrat, řízení zalévání zahrady a ovládání multimediálních přístrojů. Podrobněji se budu věnovat možnostem řízení stínění a řízení solární techniky a tepelných čerpadel, protože tyto systémy výrazně ovlivňují spotřebu energií a jsou vhodné pro NED. Možnosti ostatních systémů projdu zde pouze orientačně. Záložní zdroje se nejčastěji používají v provozech, kde je nezbytné zajistit nepřetržitou dodávku elektrické energie. Jedná se o různá nemocniční pracoviště (např. operační sály), výzkumné laboratoře, atd. Dále jsou záložní zdroje potřebné v případech, kdy jsou přerušeny dodávky elektrické energie a je třeba zajistit, aby se určité zařízení, bylo schopno korektně vypnout. Například se jedná o vypnutí serverů při delším výpadku proudu. V prvním případě, kdy je třeba zajistit nepřetržité dodávky elektrické energie po delší dobu, se používají DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

33


Richard Staníček

dieselagregáty. Jedná se o zařízení složené z generátoru elektrické energie a spalovacího motoru. V druhém případě se používají zařízení UPS. UPS funguje na principu akumulátoru. Pokud není dodávka elektrické energie z primárního zdroje přerušena, je UPS udržován v nabitém stavu. Obvykle se UPS zapojuje mezi primární zdroj elektrické energie a vstup napájení chráněného zařízení/systému. U řízení dodávek vody, plynu a elektrické energie se jedná o možnost tyto dodávky zastavit či dávkovat. Tato možnost je důležitá jak z ekonomických důvodů, tak hlavně z důvodů bezpečnosti. Například je třeba při vzniku požáru vypnout přívody plynu a některých elektrických obvodů. Naopak při detekci zaplavení místnosti dojde k uzavření přívodu vody do místnosti či objektu. Do řízení dodávek vody patří i domovní čističky odpadních vod. Čističky mívají různá čidla, která hlídají proces čištění odpadních vod. Například u biologických čističek je třeba hlídat množství bakterií, které čistí odpadní vodu. Pokud dojde k jejich přemnožení nebo k úbytku vyčištěná voda nemá požadovanou kvalitu. Navíc může dojít k poruše ČOV. Proto je potřeba mít možnost ČOV řídit a kontrolovat i vzdáleně. Ovládání oken, dveří, vrat patří dnes k běžně používaným systémům. Pomocí elektromotorů můžeme tyto prvky dálkově ovládat. V případě ovládání oken můžeme využít přirozené větrání i ve chvílích kdy uživatel není přítomen v objektu. Velkou výhodou těchto systémů je, že můžeme umístit otvíravá okna i do míst, ke kterým není jednoduchý přístup. Automatické řízení zalévání zahrady se dnes používá jak u administrativních center, tak u rodinných domů. V systému jsou nastavené různé časové programy zalévání zahrady či jejích částí. Systém může být napojen na meteorologickou stanici podle níž může upravovat dávkování zalévání.

3.4.1 Stínící prvky Stínící prvky jsou velmi významným prvkem, který ovlivňuje spotřebu energií v objektu. Stínící prvky jako jsou venkovní žaluzie, rolety či markýzy chrání okna před slunečním zářením. Žaluzie jsou téměř nezbytné při orientaci oken na jižní a jihozápadní stranu, kde výrazným způsobem snižují tepelné zisky v místnostech během letního období. Díky tomu klesá spotřeba energií na chlazení. Kromě úlohy zastínění mohou mít žaluzie ještě další funkce. Jednak mohou sloužit v nočních hodinách jako „druhá fasáda“ před okny a tím snížit tepelnou ztrátu. Dále mohou být účinným DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

34


Richard Staníček

pomocníkem při osvětlení interiérů. Dá se s nimi regulovat intenzita osvětlení interiéru a navíc je možné pomocí natočení žaluziových lamel a čidla polohy slunce, nastavit lamely do takové polohy, aby odrážely sluneční světlo na strop místnosti (viz obrázek č. 12). Díky tomu dosáhneme kvalitního osvětlení místnosti a zároveň úspory energie. Existují i systémy, kde je možné řídit natočení každé lamely zvlášť a tím ještě zvýšit účinnost vnitřního osvětlení ze slunce. Takový systém umožňuje natočit část lamel tak, aby odrážely sluneční světlo na strop s maximální účinností, a část lamel natočit tak, aby nebyla osoba v interiéru oslňována. Systém ale vyžaduje, aby každá lamela měla elektromotor a snímač polohy vzhledem ke slunci. Díky tomu je systém dosti nákladný.

Obr. č. 8 [12] O ovládání žaluzií se stará motorový pohon, který svým plynulým pohybem minimálně zatěžuje navíjecí mechanizmus a prodlužuje tak jeho životnost. Vytahování, spouštění a natáčení lamel žaluzií může být řízeno automaticky. Např. spouštění žaluzií je aktivováno, pokud teplota v interiéru a intenzita slunečního světla přesáhne nastavenou mez. Naopak k vytažení dojde tehdy, je-li slunce delší dobu zastíněno například mraky. Tuto funkčnost je potřeba dobře nastavit a odladit, aby žaluzie nejezdily sem a tam a tím neobtěžovaly uživatele. Navíc je třeba zajistit, aby bylo možné i manuální ovládání. Venkovní žaluzie se v nízkoenergetických domech velmi často instalují, je tedy vhodné je využít nejen k zastínění, ale i k snížení energie na svícení.


35


Richard Staníček

3.4.2 Solární technika Pomocí solární techniky získáváme do budovy energii. Tato energie patří mezi OZE a jedná se o aktivní solární zisky. Energii do budovy získáváme ve formě tepla nebo přímo elektrické energie. K výrobě tepla nám slouží fototermické solární panely a k výrobě elektrické energie fotovoltaické solární panely. Fototermické solární panely jsou zařízení, které zajišťují přeměnu slunečního záření na tepelnou energii, která se využívá například pro ohřev vody, ohřev vody v bazénech, pro vytápění. Základem fototermického solárního panelu jsou solární kolektory. Solární kolektor předává absorbované teplo teplonosné látce (nemrznoucí směs), která putuje do výměníku. Ve výměníku tepla se teplo z teplonosné látky předá do dalšího systému například ohřevu vody nebo vytápění. Fototermické solární panely se umisťují do míst, kde můžeme snadno přivést trubní okruh pro teplonosnou látku. Nejčastější umístění těchto panelů u rodinných domů je na střešní konstrukci. U větších staveb se využívá i fasáda. Fotovoltaické solární panely jsou zařízení, které zajišťují přeměnu slunečního záření na elektrickou energii. Elektrické napětí generované solárními panely je stejnosměrné, proto jsou v systému zpravidla instalovány střídače napětí. Vyrobená energie se používá přímo pro provoz některých spotřebičů nebo je energie dodávána do rozvodné sítě. Základním prvkem fotovoltaického systému je solární článek. Na solárním článku vzniká při dopadu světla elektrické napětí (fotovoltaické napětí). Fotovoltaické solární panely mají subtilnější konstrukci a jejich umístění není závislé na žádném trubním systému, jako je tomu u panelů fototermických. Proto je možné je umístit například jako výplně zábradlí, posuvné okenice apod. Standardně se panely umisťují opět na střešní konstrukci či fasádu (viz obrázek č. 9 a 10).

Obr. č. 9 a 10 [15]


36


Richard Staníček

3.4.3 Tepelná čerpadla Tepelná čerpadla mohou být dalším zdrojem tepelné energie, která se využívá například pro ohřev vody, ohřev vody v bazénech, pro vytápění. Tepelné čerpadlo je stroj, který čerpá teplo z jednoho místa na jiné vynaložením vnější energie. Na principu tepelného čerpadla funguje například chladnička. Tepelná čerpadla používaná v budovách k vytápění a ohřevu vody se používají nejčastěji tato: tepelné čerpadlo země/voda, vzduch/voda, voda/voda a vzduch/vzduch. V označení typu tepelného čerpadla první slovo znamená, odkud tepelné čerpadlo bere energii (země, vzduch, voda), druhé slovo označuje teplonosnou látku pro transport tepla do dalších systémů (voda, vzduch). Využívání tepelných čerpadel v rodinných domech je poměrně oblíbenou záležitostí. Vždy je třeba důkladně posoudit jaký druh čerpadla zvolit a jestli použití čerpadla má z ekonomického hlediska vůbec smysl. Tepelná čerpadla jsou totiž poměrně nákladná a mnohdy je rozumnější zvolit jiný způsob vytápění (například pomocí biomasy).

3.5 Ovládání systému Ovládání celého systému je klíčovou věcí. Systém je možné ovládat různými způsoby. Buď je možné využít jednotlivé vypínače a ovládací prvky související s konkrétním zařízením, dále jsou k dispozici dotykové displeje s obousměrnou komunikací, dálkové multifunkční ovladače, ovládání pomocí počítače připojeného v domě nebo přes internet a samozřejmě pomocí telefonu. Dotykové displeje v sobě sdružují ovládání všech systémů. Je tedy důležité, aby byly jednoduché a intuitivní. Pomocí těchto displejů můžeme kontrolovat spotřeby energií, stav jednotlivých místností, jestli jsou otevřená okna, jaká je teplota v dané místnosti nebo například video záznam z kamer (viz obrázek č. 11). Ke stejným funkcím, jako nám nabízí dotykový displej, se dostaneme pomocí počítače. Program v počítači má obvykle stejný vzhled jako displej, aby bylo ovládání co nejjednodušší.

Obr. č. 11 [13] a 12 [14] DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

37


Richard Staníček

Dálkové ovladače mají většinou také dotykovou obrazovku a lze jimi opět ovládat veškeré funkce systému. Navíc zpravidla slouží i k ovládání televize, rádia, domácího kina apod. (viz obrázek č. 12).

3.6 Zajištění spolupráce jednotlivých systémů Pro spolupráci všech výše zmíněných systémů je nutná speciální elektroinstalace. Tato elektroinstalace je složena ze silnoproudého a slaboproudého vedení. Slaboproudé vedení slouží ke komunikaci mezi systémy a zařízeními. Silnoproudé vedení slouží zejména k napájení. Díky inteligentní elektroinstalaci můžeme ovládat i zásuvky a tím tedy i některé spotřebiče. Také je možné při výpadku energie některé zásuvky přesměrovat na záložní zdroj. Srovnáme-li systémovou elektroinstalaci s elektroinstalací klasickou zjistíme, že hlavními výhodami systémové elektroinstalace je schopnost propojit ostatní systémy dohromady, velmi snadná rozšiřitelnost systému a případná další změna v elektroinstalaci, uspoření mnoha metrů silnoproudého vedení (kabely silnoproudého vedení nejsou vedeny k vypínačům, čidlům, apod.), vedení systémové elektroinstalace je mnohem přehlednější (viz obrázek č. 13 a 14).

Srovnání klasické (vlevo) a systémové (vpravo) elektroinstalace. Obrázky znázorňují ovládání světelných okruhů s možností centrální funkce.

Obr. č. 13 a 14 [25] Zajištění komunikace mezi jednotlivými systémy je možná následujícími způsoby. Jsou to centralizovaný, decentralizovaný systém a jejich kombinace. Centralizovaný systém je založen na jednom řídícím prvku. Veškerá komunikace v systému prochází přes tento řídící prvek. Komunikace probíhá tak, že senzor vyšle informaci do řídící jednotky, ta tuto informaci zpracuje a odešle novou informaci na příslušné místo, například do nějakého akčního členu. Nevýhodou tohoto systému je, že vyřazením řídícího prvku může dojít DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

38


Richard Staníček

ke kolapsu všech jeho dílčích částí. Tento systém se nejčastěji využívá u menších objektů, jako jsou byty či rodinné domy (viz obrázek č. 15).

Centralizovaný systém Obr. č. 15 a 16

Decentralizovaný systém

Decentralizovaný systém je založen na tom, že každý prvek systému má svou vlastní „inteligenci“. To znamená, že může sám vykonávat naprogramované úkoly a komunikovat s dalšími částmi systému. Řídící prvky jsou tak umístěny přímo v místě své činnosti. Díky tomu je uspořena část elektrických rozvodů. Systém funguje tak, že senzor vyšle informaci, kterou dostanou všichni účastníci systému, ale zareaguje na ni jen ten akční člen, pro který byla určena. Výhodou tohoto sytému je, že při výpadku některého členu není ohrožena stabilita celého systému. Díky tomu jsou tyto systémy spolehlivější. Decentralizovaný systém se hodí jak do malých instalací, tak do rozsáhlých projektů (viz obrázek č. 16). Realizace těchto systémů se dnes provádí nejčastěji pomocí tří řešení. Jsou jimi KNX/EIB, LONWORKS a BACnet. O těchto systémech jsem se již zmínil v první kapitole práce.


39


Richard Staníček

4 Realizace projektu inteligentní budovy Rozdíl mezi realizací klasické budovy a budovy inteligentní je zejména v tom, že realizace klasické budovy končí zpravidla postavením této budovy. Dalším rozdílem je, že v klasicky realizované budově je mezi jednotlivými systémy mnohem méně souvislostí, protože spolu systémy nekomunikují. Jak již bylo řečeno v úvodu IB nevzniká pouhým nasazením technologií a systémů. IB je výsledkem soustavy projektů, která zahrnuje stanovení záměrů investora, uživatele a provozovatele, dokumentaci pro realizaci IB, realizaci stavby IB, uvedení IB do provozu a užívání IB. Každá z těchto částí je samostatným projektem a vyžaduje organizování a řízení tohoto procesu. Realizace IB je složitý proces, který se dotýká mnoha oblastí. Tyto oblasti spolu úzce souvisí a to vyžaduje multidisciplinární přístup. Pro realizaci kvalitní IB je tedy třeba týmové práce všech účastníků projektu IB. Účastníci procesu realizace IB jsou: investor, uživatel, provozovatel, architekt, odborní konzultanti (konstrukcí pozemních staveb, TZB, BMS, rozpočtu, řízení projektů), generální projektant a odborní projektanti jednotlivých profesí, dodavatel BMS, generální dodavatel stavby a jeho subdodavatelé. V jednotlivých etapách realizace IB je důležitá spolupráce výše jmenovaných osob. Příslušnost osob k dané etapě projektu je uvedena v příloze č. 3 a dále bude upřesněna v následujících podkapitolách. Tyto osoby vždy musí dojít k určitému řešení, které vychází z požadavků a možností, které jsou k dispozici. Před každou etapou je třeba stanovit kdo, s kým a na čem se má domluvit. Je třeba stanovit způsob komunikace v každé etapě projektu a vyžadovat dodržování této komunikace od všech účastníků dané etapy. V dané etapě je vždy řídící osobou ta, na které nejvíce závisí úspěch realizace IB. Pro tento způsob řízení je vhodné, aby od samého počátku realizace projektu IB byl k dispozici odborný konzultant řízení projektů.

4.1 Zahájení projektu a požadavky investora, uživatele a provozovatele Zahájení projektu a zformulování požadavků na IB vyžaduje účast následujících osob investora, uživatele, provozovatele, architekta a odborných konzultantů. Již v této fázi projektu je důležité, aby byla spolupráce těchto osob organizována a řízena. Hlavním důvodem je, aby byl projekt kvalifikovaným způsobem zahájen, nastavena komunikační pravidla a rozmyšlen způsob organizace projektů. Touto problematikou by se měl zabývat konzultant řízení projektů. Řídící osobou této etapy je uživatel, protože pro jeho činnosti je IB realizována. Požadavky investora, uživatele a provozovatele mohou být i protichůdné. Je tedy třeba nají akceptovatelné řešení pro DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

40


Richard Staníček

všechny strany. Příklad takových požadavků může být: uživatel požaduje komfort a pohodlí, provozovatel nízké provozní náklady, investor nízké pořizovací náklady. Úkolem architekta je naplnit představu investora, uživatele a provozovatele z hlediska tvarového, funkčního, konstrukčního a estetického řešení budovy. Odborní konzultanti řeší otázky energetického fungování budovy, TZB a návrhu BMS. Jelikož jsou mezi činnostmi architekta a odborných konzultantů významné souvislosti je potřeba zajistit jejich vzájemnou domluvu a koordinaci. Výsledkem spolupráce investora, uživatele, provozovatele, architekta a konzultantů je studie IB. Schéma vztahů této etapy vyjadřuje obrázek č. 17.

Architekt

Investor

Uživatel

Odborní konzultanti

řízení organizace projektu IB

Konzultant řízení projektu

Provozovatel

Obr. č. 17

4.2 Příprava technické dokumentace Příprava technické dokumentace vyžaduje, aby byly k dispozici všichni účastníci realizace IB. Tato dokumentace se skládá z dokumentace budovy, dokumentace TZB a BMS. Proto tento projekt vyžaduje spolupráci nejen projektantů odborných profesí, architekta, investora, uživatele a provozovatele, ale i generálního dodavatele stavby, jeho subdodavatelů a dodavatele BMS. Uživatel, investor a provozovatel jsou potřební zejména proto, aby mohly zpřesňovat a upravovat své požadavky a aby byly seznámeni se všemi souvislostmi. Samotnou realizací stavební technické dokumentace a dokumentace TZB se zabývá architekt a generální projektant. Ti musí spolupracovat se všemi účastníky zejména pak s generálním dodavatelem stavby a DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

41


Richard Staníček

dodavatelem BMS. V této fázi je již velmi důležité vnímat všechny souvislosti mezi jednotlivými systémy a budovou, aby bylo možné zajistit spolupráci těchto systémů. Klíčovou roli v této úloze hraje dodavatel BMS, který je zodpovědný za to, že dané systémy a technologie budou spolupracovat. Tato funkce odpovídá funkci tzv. systémového integrátora [17]. Řídící osobou této etapy je tedy dodavatel BMS. Schéma vztahů této etapy vyjadřuje obrázek č. 18.

Architekt Gen. dodavatel stavby



Dodavatel BMS

Gen. projektant


Investor

Provozovatel

Uživatel

Obr. č. 18 Pro zajištění spolupráce všech účastníků je třeba projekt organizovat a řídit, aby nedocházelo k nekoordinovaným činnostem. Je třeba zajistit podmínky pro nutné domluvy a určit mechanizmus domlouvání. O tyto potřeby se opět stará konzultant řízení projektů.

4.3 Realizace stavby Realizace stavby je jednou z nejdůležitějších etap. V této fázi je největší riziko, že se IB nepodaří realizovat. Je to dáno tím, že realizace stavby je složitý proces s velkým množstvím proměnných. Pokud se nepodaří zajistit koordinovaný postup realizace a informovanost všech účastníků realizace, nevznikne IB.


42


Richard Staníček

Účastníky realizace stavby musí být opět všichni účastníci realizace projektu IB. Architekt a generální projektanti v této etapě vykonávají dozor stavby a v případě potřeby zpřesňují nebo doplňují technickou dokumentaci. Generální dodavatel a jeho subdodavatelé realizují stavbu samotnou. Generální dodavatel by neměl být řídící osobou, i když tomu tak velmi často bývá. Je to z toho důvodu, že jeho primárním cílem je postavit budovu, zkolaudovat ji a předat investorovy. Nezajímá ho, jestli spolu systémy spolupracují a jak bude stavba následně provozována a užívána. Tyto otázky musí řešit dodavatel BMS, tedy systémový integrátor. Proto by řídící osobou měl být právě on. Jeho úkolem je zajistit spolupráci všech systémů, a proto musí znát veškeré souvislosti po celou dobu realizace stavby. Jelikož stavba a s ní dodávané systémy TZB mají přímou souvislost s BMS, musí být se systémovým integrátorem koordinována veškerá činnost na stavbě. Schéma vztahů je vyjádřeno opět obrázkem č. 18. Z toho vyplývá, že organizování a řízení této etapy je opět nezbytné. Je třeba stanovit jednotlivé role a odpovědnosti, domluvit komunikační rozhraní a naplánovat koordinační schůzky. Dále je potřeba definovat úrovně pravomocí a postupy v projektu. Nesmírně důležité je komunikovat se všemi účastníky veškerá rozhodnutí, která byla učiněna. Konzultant řízení projektů pomáhá udržovat a aktualizovat organizaci projektu a usměrňuje komunikační rozhraní [19].

4.4 Uvedení IB do provozu Dalším samostatným projektem je uvedení IB do provozu. Jde o nelehký proces, který může trvat poměrně dlouhou dobu. Cílem tohoto projektu je zahájit testovací provoz IB, seznámit uživatele s IB a proškolit personál budovy. Účastníky této etapy tedy jsou uživatel, provozovatel, dodavatel BMS, generální dodavatel stavby a konzultant řízení projektu. Řídící osobou této etapy je ještě dodavatel BMS, který v této etapě předává IB uživateli a provozovateli. Testovací provoz zahrnuje odladění závad a nedodělků v BMS a budově, upravení nastavení BMS dle nově zjištěných požadavků uživatele. To vyžaduje spolupráci dodavatele BMS, ale i spolupráci generálního dodavatele stavby. Seznámení uživatele s budovou zahrnuje předání uživatelské dokumentace IB, názorné ukázky ovládání budovy a bezpečnostně organizační školení související s budovou. Proškolení personálu (provozovatele) je zásadní, protože personál má obvykle možnost měnit parametry BMS a tímto zásahem může způsobit poruchu, či nehospodárnost provozu. Personál je tedy třeba seznámit s budovou a BMS, provést školení vzhledem k činnosti, kterou má vykonávat a také provést bezpečnostně organizační školení v souvislosti s budovou. Seznámení uživatele s budovou a proškolení personálu provádí DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

43


Richard Staníček

dodavatel BMS. Aby uvedení IB do provozu proběhlo systematicky a koordinovaně, je třeba, aby byl celý proces opět organizován a řízen. Je nutné navrhnout organizaci jak bude budova uvedena do provozu. Navrhnout způsob komunikace a vytvořit podmínky pro nutné domluvy a nutnou koordinaci při uvádění budovy do provozu. Schéma vztahů účastníků uvedení IB do provozu vyjadřuje obrázek č. 19.

Uživatel


Dodavatel BMS Provozovatel


Gen. dodavatel stavby

Obr. č. 19

4.5 Užívání IB Posledním etapou je užívání IB, v této části je třeba řešit možnosti přizpůsobování BMS a stavby potřebám uživatelů a provozovatelů, a údržbu stavby a BMS. Tato etapa se u klasických budov neřeší. V případě IB je tato etapa ale nesmírně důležitá, protože aby IB opravdu fungovala, vyžaduje to od uživatelů určitý způsob chování. Užívání IB je totiž obdobně složité jako užívání informačního systému podniku. Proto je potřeba užívání IB řídit a rozvíjet, aby byla zaručena její funkčnost. Účastníky této etapy jsou uživatel, provozovatel, odborní konzultanti a dodavatel údržby BMS. Řídící osobou této etapy je uživatel, protože se tento projekt týká užívání IB. Schéma vztahů při užívání IB vyjadřuje obrázek č. 20.


44


Richard Staníček

Dodavatel BMS


Uživatel

Provozovatel



Obr. č. 20 Důležitým projektem této etapy je údržba budovy a BMS. Údržba by se měla provádět dle modelu údržby informačního systému. Protože nekoordinovaný sběr požadavků uživatelů a následná neorganizovaná údržba, by mohla způsobit nefunkčnost systému nebo jeho části. Prvním krokem projektu údržby je stanovení organizačních pravidel údržby a domluva způsobu komunikace a koordinace činností. Tato organizační pravidla musí stanovit, co a v jakém rozsahu bude udržováno a jak často bude sběr požadavků probíhat. Dalším krokem je sběr požadavků na údržbu a jejich první vyhodnocení. Požadavky, které jsou nesmyslné jsou odstraněny. Požadavky které prvním sítem prošly jsou dále analyzovány. Jsou hledány důsledky, které realizace daného požadavku přinese. K této části mohou být potřeba odborní konzultanti, protože realizace daného požadavku může ovlivnit některý systém budovy (například vytápění). Po odsouhlasení požadavků jsou požadavky na údržbu realizovány. Po tomto kroku musí následovat kontrola provedení požadavků a případná oprava chyb [18].


45


Richard Staníček

4. 6 Shrnutí realizace projektu IB Projekt realizace IB je limitován požadavky, které jsou na budovu kladeny, možnostmi které jsou k dispozici a strukturou WBS [20] realizace projektu IB. Přehled požadavků na IB je uveden v příloze č. 1 - WBS požadavky na IB. Nejde o úplný výčet požadavků, ale o přehled této oblasti. Rozsah možností, které jsou v případě IB k dispozici je uveden příloze č. 2 - WBS možnosti IB. Opět nejde o výčet všech možností, ale o naznačení rozsahu možností. Možná struktura WBS realizace projektu IB je uvedena v příloze č. 3. Protože se realizace IB skládá ze soustavy projektů, které spolu navzájem souvisí a vedou ke společnému cíli, musí být celá soustava projektů řízena jako program. Složitost celého problému vyžaduje, aby tento program byl řízen dle mezinárodních standardů projektového řízení (viz Národní standard kompetencí projektového řízení [20]). Jinak se IB nepodaří realizovat.


46


Richard Staníček

5 Závěr Inteligentní budova je dle definice European Intelligent Building Group (EIBG) je taková budova, která obsahuje nejlepší dostupné koncepce, materiály, systémy a technologie navzájem propojené tak, že budova splňuje nebo překračuje výkonnostní požadavky zainteresovaných stran, k nimž patří vlastníci, správci a uživatelé, stejně jako lokální a globální komunity [4]. Aby se podařilo takovou budovu realizovat, je třeba provést následující činnosti. Kvalifikovaným způsobem shromáždit všechny požadavky na IB, provést selekci požadavků vzhledem k možnostem, které jsou k dispozici, navrhnout vhodná řešení jak realizovat zbývající požadavky. Dalším krokem je realizace samotné budovy, uvedení budovy do provozu a užívání stavby. Každá část realizace IB by měla být organizována jako samostatný projekt a odpovídajícím způsobem řízena. Velmi důležité je vždy zajistit komunikaci a spolupráci všech účastníků daného projektu, aby mohli sdílet veškeré souvislosti. Vnímání všech souvislostí mezi budovou, jejími systémy a uživateli je důležité od počátku realizace IB až do jejího užívání. Jen tak se podaří realizovat skutečnou inteligentní budovu.


47


Richard Staníček

III. Shrnutí Tato práce se věnuje inteligentním budovám a je rozdělena na dvě části. Část teoretickou a část praktickou. Teoretická část se zabývá problémem co to inteligentní budova je, jaké jsou požadavky na tuto budovu, jaké jsou možnosti řešení těchto požadavků a jakým způsobem se dá tato budova realizovat. Na začátku práce je stručně popsána historie inteligentních budov a současný stav. Dále jsou uvedeny definice, které se okolo inteligentních budov vyskytují a vybrána jedna, kterou se práce dále řídí. Poté jsou definovány a vysvětleny požadavky na inteligentní budovy. Tyto požadavky jsou zachyceny ve WBS požadavků na IB a přiloženy k práci. Další kapitola se věnuje možnostem inteligentních budov a opět je doplněna o WBS možností IB. Poslední kapitola teoretické části se zabývá realizací inteligentních budov. Zde jsou popsány principy jak takovou budovu realizovat. Důraz je kladen na neustálé vnímání všech souvislostí, které se při realizaci inteligentních budov vyskytují, a na nutnost řízení a organizování celého procesu. Tato část je opět doplněna o WBS realizace projektu IB. Praktická část práce se věnuje návrhu inteligentní budovy, který zahrnuje seznam konkrétních požadavků, popis technického řešení a ukázku programování systémové instalace této budovy. Nejprve je zde popsán objekt, do kterého je systém navrhován. Poté jsou uvedeny konkrétní požadavky s ohledem na danou budovu a navrženy možnosti řešení těchto požadavků. Dále následuje technický popis řešení EZS a systémové instalace, který je doplněn příslušnou výkresovou dokumentací. Poslední část práce je věnována ukázce programování systémové instalace KNX, která je navržena pro tento dům. Programování je provedeno v programu ETS 3, který slouží k programování veškerých instalací KNX.


48


Richard Staníček

SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY [1] VALEŠ, Miroslav Inteligentní dům. ERA group spol. s.r.o, 2006. [2] SCHUBERT, Ondřej Inteligentní budovy, interakce architektury a technických systémů inteligentních budov. (online) [cit. 10.11.2009]. Dostupný z: [3] JUNG, KNX/EIB Inteligentní systém pro moderní budovy. (online) [cit. 10.11.2009]. Dostupný z: [4] Definice inteligentních budov. (online) [cit. 15.11.2009]. Dostupný z: [5] BURČÍK, Jaroslav Inteligentní budovy. (online) [cit. 15.11.2009]. Dostupný z: [6] GARLÍK, Bohumír Elektronika a inteligentní budovy, FSV ČVUT, přednášky 2009 [7] KABELE, Karel Jaroslav Vnitřní prostředí inteligentních budov. (online) [cit. 16.11.2009]. Dostupný z: [8] JOKL, Miloslav Zdravé obytné a pracovní prostředí. Academia, 2002. [9] JUNG, Interaktivní animace. (online) [cit. 20.11.2009]. Dostupný z: [10] ElektroAll, Zabezpečovací systémy. (online) [cit. 22.11.2009]. Dostupný z: [11] PRŮHA, Miloš Plynové hasicí systémy. 2008 (online) [cit. 22.11.2009]. Dostupný z: [12] Johnson controls international, Inteligentní budova. 2002 (online) [cit. 5.12.2009]. Dostupný z: [13] ABB Elektro-Praga, (online) [cit. 5.12.2009]. Dostupný z: [14] Philips Electronics N.V., (online) [cit. 5.12.2009]. Dostupný z: [15] Schüco, Solární systémy, 2005 (online) [cit. 5.12.2009]. Dostupný z: [16] ČSN 73 0540:2, Tepelná ochrana budov. Část 2: Požadavky, ČNI 2002, 2005, 2007. [17] BOJANOVSKÝ, Josef Inteligentní budova - „Řídicí, bezpečnostní a informační systémy moderních budov“, SECURITY Magazín, listopad-prosinec 2008.


49


Richard Staníček

[18] SHINE studio, s.r.o., 1997, interní normy pro řízení soustav projektů a systémových integrací. [19] DOLEŽAL Jan, MÁCHAL Pavel, LACKO Bronislav, Projektový management podle IPMA, 2009. [20] Společnost pro projektové řízení, o.s, Národní standard kompetencí projektového řízení, 2008. (online) [cit. 15.12.2009] Dostupný z: < http://www.ipma.cz/dokumenty_spr/ > [21] Asociace KNX, učební materiály pro základní kurz KNX, 2008. [22] KUNC, Josef Krátký pohled do historie systémových instalací, 2008. (online) [cit. 15.12.2009] Dostupný z: < http://elektrika.cz/data/clanky/abb-systemove-elektricke-instalace-knx-eib-20132-cast/view?searchterm=knx > [23] TYWONIAK, Jan, Nízkoenergetické domy 2 principy a příklady, Grada Publishing, a.s., 2008. [24] MERZ, Hermann, HANSEMANN, Thomas, HÜBNER, Christof, Automatizované systémy budov, Grada Publishing, a.s., 2008. [25] KUNC, Josef Systémové instalace, 2005. (online) [cit. 15.12.2009] Dostupný z:


50


Richard Staníček

SEZNAM POUŽITÝCH SYMBOLŮ A ZKRATEK ACS

Acces Control System (systém řízení kontroly vstupu)

BMS

Building Management System (systém pro správu budov)

CCTV

Closed Circuit TeleVision

ČOV

Čistička Odpadních Vod

EPS

Elektronická Požární Signalizace

EZS

Elektronický Zabezpečovací Systém

IB

Inteligentní Budova

IP

Internet Protocol

NED

Nízko Energetický Dům

OZE

Obnovitelný Zdroj Energie

SW

Software

TZB

Technická Zařízení Budov

WBS

Work Break-down Structure [20]


51


Richard Staníček

SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1. Decentralizovaný systém .................................................................................................15 Obr. 2. EMC nevhodné umístění chráněných zón ........................................................................24 Obr. 3. Regulace teploty v jednotlivých místnostech ...................................................................27 Obr. 4. Závislost vytápění a otevřených oken ..............................................................................28 Obr. 5. Ovládání systému světel ...................................................................................................29 Obr. 6. Schéma EZS .....................................................................................................................31 Obr. 7. Schéma EPS ......................................................................................................................32 Obr. 8. Možnosti natočení lamel žaluzií .......................................................................................35 Obr. 9. Solární panely ...................................................................................................................36 Obr. 10. Solární panely .................................................................................................................36 Obr. 11. Dotykový ovládací panel ................................................................................................37 Obr. 12. Dálkový ovladač .............................................................................................................37 Obr. 13. Schéma klasické instalace ..............................................................................................38 Obr. 14. Schéma systémové instalace ...........................................................................................38 Obr. 15. Centralizovaný systém ....................................................................................................39 Obr. 16. Decentralizovaný systém ................................................................................................39 Obr. 17. Schéma vztahů zahájení projektu ...................................................................................41 Obr. 18. Schéma vztahů přípravy tech. dokumentace ..................................................................42 Obr. 19. Schéma vztahů uvedení IB do provozu ..........................................................................44 Obr. 20. Schéma vztahů užívání IB ..............................................................................................45 Obr. 21. Pracovní prostředí ETS 3 ................................................................................................56 Obr. 22. Rozvržení budovy v ETS 3 .............................................................................................57 Obr. 23. Topologie systémové instalace .......................................................................................58 Obr. 24. Skupinové adresy ............................................................................................................58 Obr. 25. Celkový pohled na systémovou instalaci ........................................................................59 DIPLOMOVÁ PRÁCE – FS ČVUT 2009

52


Richard Staníček

SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1 - WBS požadavky na IB Příloha 2 - WBS možnosti IB Příloha 3 - WBS realizace projektu IB Příloha 4 - Přehled požadavků Příloha 5 - Schéma EZS Příloha 6 - 1. PP EZS Příloha 7 - 1. NP EZS Příloha 8 - 2. NP EZS Příloha 9 - Schéma zapojení systémové instalace Příloha 10 - 1. PP sdělovací vodiče Příloha 11 - 1. NP sdělovací vodiče Příloha 12 - 2. NP sdělovací vodiče Příloha 13 - 1. PP silové vodiče Příloha 14 - 1. NP silové vodiče Příloha 15 - 2. NP silové vodiče


53

INTELIGENTNĚ ŘÍZENÝ NÍZKOENERGETICKÝ RODINNÝ DŮM

Recommend Documents