Komponenty nízkoenergetické inteligentní domácnosti Adéla Chrastinová

České vysoké učení technické v Praze Fakulta elektrotechnická

Diplomová práce

Komponenty nízkoenergetické inteligentní domácnosti Adéla Chrastinová

Vedoucí práce: Ing. Pavel Kordík, Ph.D. Oponent práce: Ing. Rudolf Marek Studijní program: Elektrotechnika a informatika Obor: Výpočetní technika květen 2008

PROHLÁŠENÍ

Prohlašuji, že jsem svou diplomovou práci vypracovala samostatně a použila jsem pouze podklady uvedené v přiloženém seznamu. Nemám závažný důvod proti užití tohoto školního díla ve smyslu §60 Zákona č. 121/2000 Sb., o právu autorském, o právech souvisejících s právem autorským a o změně některých zákonů (autorský zákon). V Praze dne 23.5.2008

porn.bat porn.bat porn.bat porn.bat porn.bat porn.bat porn.bat porn.bat porn.bat porn.bat porn.bat porn.bat porn.bat porn.bat porn.bat porn.bat porn.bat porn.bat porn.bat porn.bat porn.bat

PODĚKOVÁNÍ

Ráda bych vyjádřila své poděkování Ing. Pavlu Kordíkovi, Ph.D., vedoucímu této diplomové práce, za cenné rady a připomínky při její tvorbě, za podnětné návrhy a doporučení při návrhu simulátoru a za trpělivý a vstřícný přístup během realizace této práce. Děkuji svým rodičům Mgr. Anně Chrastinové a Ing. Miroslavu Chrastinovi a celé své rodině za trpělivost a podporu během studia. Za velmi přínosné rady a náměty k této práci a za pomoc při návrhu simulátoru děkuji také Ing. Michalu Perďochovi a Bc. Radovanu Igliarovi. Za vstřícnost a psychickou podporu děkuji svým sourozencům Jeníkovi a Olince Chrastinovým, sestřenici Evičce Literákové, Ing. Pavlu Halfarovi s rodiči, Ing. Petru Musilovi, Alexandru Leonovu, Ing. Michalu Medveckému, Mgr. Zuzke Krátké a všem ostatním vzácným přátelům, kteří mi byli neocenitelnou oporou. Můj dík patří také lidem a přátelům ve Studentské unii ČVUT, kteří mne mnohému naučili a byli součástí mého osobního růstu.

ABSTRACT

This diploma dissertation presents research of suitable components for home automation systems. The goal is a projection of a model intelligent home, which can achieve energy savings due to the proper components selection. Those components are chosen with regards to their energy demands. As a result a list of input and output signals of the components is presented. This work also includes a research of existing integrated home systems and monitor its realization possibilities.

ANOTACE

Tato diplomová práce se zabývá zmapováním komponent, vhodných pro připojení k systému automatizace domácnosti. Cílem je návrh modelové inteligentní domácnosti, která výběrem vhodných komponent dokáže dosáhnout úspory energie, tepla a vody. Tyto komponenty jsou vybrány s ohledem na jejich energetické nároky. Výsledkem je návrh simulátoru vstupních a výstupních signálů komponent pro připojení k systému automatizace. Práce také obsahuje průzkum existujících systémů pro řízení automatizace inteligentní domácnosti a sleduje možnosti realizace takového systému.

Obsah 1 ÚVOD A CÍL PRÁCE.......................................................................................................... 1 2 ÚVODNÍ STUDIE.................................................................................................................3 2.1 Inteligentní domácnost..................................................................................................3 2.1.1 Inteligentní dům.......................................................................................................3 2.1.2 Inteligentní domácnost............................................................................................ 3 2.1.3 Automatizace domácnosti........................................................................................3 2.1.4 Integrovaný systém pro řízení domácnosti.............................................................. 5 2.2 Nízkoenergetický dům.................................................................................................. 7 2.2.1 Energetické nároky a možnosti regulace............................................................... 10 2.2.2 Podpora státu......................................................................................................... 13 2.3 Kam směruje vývoj..................................................................................................... 15 3 ANALYTICKÁ STUDIE................................................................................................... 19 3.1 Komponenty nízkoenergetické inteligentní domácnosti.......................................... 19 3.1.1 Zdroje energie........................................................................................................19 3.1.2 Spotřebiče energie................................................................................................. 33 3.2 Systémy pro automatizaci domácnosti...................................................................... 50 3.2.1 Elektroinstalace v inteligentní domácnosti............................................................50 3.2.2 Systémy v inteligentní budově.............................................................................. 63 3.2.3 Systémové sběrnice a protokoly............................................................................ 67 3.3 Realizované projekty pro řízení inteligentní domácnosti........................................ 71 4 NÁVRH SIMULÁTORU................................................................................................... 83 4.1 Modely zdrojů..............................................................................................................84 4.1.1 Fosilní zdroje......................................................................................................... 85 4.1.2 Tepelné čerpadlo....................................................................................................86 4.1.3 Sluneční kolektor................................................................................................... 87 4.1.4 Elektrická energie.................................................................................................. 88 4.2 Modely spotřebičů....................................................................................................... 89 4.2.1 Osvětlení................................................................................................................ 90 4.2.2 Pračka a myčka...................................................................................................... 91 4.2.3 Chladící zařízení.................................................................................................... 92 4.2.4 Kuchyňské spotřebiče............................................................................................93 4.2.5 Elektronika.............................................................................................................94

4.3 Interakce s uživatelem.................................................................................................95 5 REALIZACE ŘEŠENÍ..................................................................................................... 101 5.1 Popis systému.............................................................................................................102 5.2 Použití systému.......................................................................................................... 104 5.3 Výstupy.......................................................................................................................106 5.4 Vstupy.........................................................................................................................108 5.5 Základní funkce.........................................................................................................109 5.6 Příklady a aplikace....................................................................................................113 6 ZÁVĚR...............................................................................................................................117 7 POUŽITÉ ZDROJE......................................................................................................... 119 8 PŘÍLOHY.......................................................................................................................... 123

Seznam tabulek Tabulka 3.1: Energetické plodiny pro výrobu biomasy............................................................ 30 Tabulka 3.2: Výhřevnost různých druhů palivového dřeva a fosilních paliv.......................... 32 Tabulka 4.1: Typy energetických zdrojů a druhy jejich užití................................................... 84 Tabulka 4.2: Modely zdrojů – fosilní zdroje.............................................................................85 Tabulka 4.3: Modely zdrojů – tepelné čerpadlo....................................................................... 86 Tabulka 4.4: Modely zdrojů – sluneční kolektor...................................................................... 87 Tabulka 4.5: Teoretické množství solární energie (Praha, orientace na jih).............................87 Tabulka 4.6: Modely zdrojů – elektrická energie..................................................................... 88 Tabulka 4.7: Typy energetických spotřebičů a druhy jejich užití.............................................89 Tabulka 4.8: Modely spotřebičů– osvětlení.............................................................................. 90 Tabulka 4.9: Osvětlení - Roční spotřeba energie žárovky při provozu 1 hodinu denně...........90 Tabulka 4.10: Modely spotřebičů– pračka a myčka................................................................. 91 Tabulka 4.11: Pračka, myčka - roční spotřeba energie za 1 cyklus provozu............................ 91 Tabulka 4.12: Modely spotřebičů– chladící zařízení................................................................ 92 Tabulka 4.13: Chladnička, mrazák - roční spotřeba energie na 1 liter objemu....................... 92 Tabulka 4.14: Modely spotřebičů– kuchyňské spotřebiče........................................................93 Tabulka 4.15: Kuchyňské spotřebiče - roční spotřeba energie ................................................ 93 Tabulka 4.16: Modely spotřebičů– elektronika........................................................................ 94 Tabulka 4.17: Elektronika - roční spotřeba energie za 1 hodinu provozu................................ 94

Seznam obrázků Obrázek 2.1: Inteligentní domácnost zahrnuje integraci různých subsystémů v domácnosti.....4 Obrázek 2.2: Integrovaných systémů pro řízení domácnosti (Integrated Home system) vs. automatizace budovy (Building Automation).............................................................................6 Obrázek 2.3: Schéma větrání s rekuperací tepla......................................................................... 9 Obrázek 2.4: Škála energetické náročnosti domů..................................................................... 10 Obrázek 2.5: Průkaz energetické náročnosti budovy a energetický štítek obálky budovy.......11 Obrázek 2.6: Inteligentní systém AMIGO firmy Philips - ovládání ambientní domácnosti... 16 Obrázek 3.1: Využití solárního záření...................................................................................... 19 Obrázek 3.2: Průměrné roční sumy globálního záření v MJ/m2.............................................. 20 Obrázek 3.3: Možnosti krytí potřeby tepla solárním systémem různé velikosti.......................21 Obrázek 3.4: Dvouokruhový solární systém s nuceným oběhem............................................ 22

Obrázek 3.5: Princip činnosti solárního článku........................................................................ 23 Obrázek 3.6: Odhad produkce fotovoltaického panelu.............................................................24 Obrázek 3.7: Rychlosti větru na území ČR...............................................................................25 Obrázek 3.8: Schéma větrné elektrárny.................................................................................... 26 Obrázek 3.9: Výkonová charakteristika větrné elektrárny s výkonem 500 kW....................... 26 Obrázek 3.10: Typy nejčastěji používaných turbín.................................................................. 27 Obrázek 3.11: Procesy využití biomasy....................................................................................29 Obrázek 3.12: Funkce a umístění klimatizační jednotky.......................................................... 38 Obrázek 3.13: Tvary kompaktních zářivek s integrovaným předřadníkem..............................40 Obrázek 3.14: Správné osvětlení jídelního stolu a pracovního místa....................................... 41 Obrázek 3.15: Správné osvětlení při sledování televize a při čtení knihy................................ 42 Obrázek 3.16: Podlahové vytápění.......................................................................................... 43 Obrázek 3.17: Struktura tradiční elektroinstalace....................................................................50 Obrázek 3.18: Příklad čtyřnásobného dálkově řízeného rozvaděče.........................................51 Obrázek 3.19: Čtyřnásobný dálkově řízený rozvaděč...............................................................51 Obrázek 3.20: Čtyřkanálový tlumící svazek tvořící systém řízení osvětlení pro 12 obvodů žárovek...................................................................................................................................... 52 Obrázek 3.21: Integrace různých funkcí stisknutí jediného tlačítka......................................... 55 Obrázek 3.22: Dálkový ovladač Philips Pronto s dotykovým displejem..................................56 Obrázek 3.23: Nikobus – přidání dalších funkcí, přidáním většího tištěného spoje.................57 Obrázek 3.24: Modulu, kde se pro změnu funkcí modulu používá konfigurátor..................... 57 Obrázek 3.25: Konfigurace ovládacího panelu Vantage počítačem......................................... 58 Obrázek 3.26: Video interkom k ovládání integrovaného systému v domácnosti....................59 Obrázek 3.27: PDA jako dálkové ovládání integrovaného systému.........................................59 Obrázek 3.28: Detektory kouře připojeny k inteligentnímu integrovanému systému.............. 60 Obrázek 3.29: Alarm pro přivolání pomoci pro starší nemohoucí lidi..................................... 61 Obrázek 3.30: Úspora spotřeby energie omezením max. počtu připojených spotřebičů..........62 Obrázek 3.31: Centralizovaný systém elektrického vedení v inteligentní budově................... 63 Obrázek 3.32: Decentralizovaný systém elektrického vedení v inteligentní budově............... 64 Obrázek 3.33: Systém komunikace po sítí instalačních sběrnic.............................................. 66 Obrázek 3.34: ExDomus - grafické uživatelské rozhraní......................................................... 72 Obrázek 3.35: ExDomus - náhled konfiguračních nástrojů...................................................... 72 Obrázek 3.36: CLIPSAL C-Bus - přehled komponent systému............................................... 73 Obrázek 3.37: CLIPSAL C-Bus Toolkit software a řízení osvětlení........................................74 Obrázek 3.38: EasyHome v pražské Troji - interiér................................................................. 75

Obrázek 3.39: EasyHome - ovládaní........................................................................................ 76 Obrázek 3.40: EasyHome – bezpečnostní zabezpečení............................................................ 77 Obrázek 3.41: EasyHome – domácí spotřebiče........................................................................ 78 Obrázek 3.42: EasyHome – rozvodní skříň.............................................................................. 79 Obrázek 3.43: EasyHome – ovládaní pomocí PDA..................................................................80 Obrázek 4.1: Modely zdrojů – fosilní zdroje............................................................................ 85 Obrázek 4.2: Modely zdrojů – tepelné čerpadlo....................................................................... 86 Obrázek 4.3: Modely zdrojů – sluneční kolektor......................................................................87 Obrázek 4.4: Modely zdrojů – elektrická energie.....................................................................88 Obrázek 4.5: Modely spotřebičů – osvětlení............................................................................ 90 Obrázek 4.6: Modely spotřebičů – pračka a myčka..................................................................91 Obrázek 4.7: Modely spotřebičů – chladící zařízení.................................................................92 Obrázek 4.8: Modely spotřebičů – kuchyňské spotřebiče........................................................ 93 Obrázek 4.9: Modely spotřebičů – elektronika......................................................................... 94 Obrázek 4.10: Simulátor - osvětlení......................................................................................... 95 Obrázek 4.11: Simulátor – pračky a myčky..............................................................................96 Obrázek 4.12: Simulátor – kuchyňské spotřebiče.....................................................................96 Obrázek 4.13: Simulátor – elektronika..................................................................................... 97 Obrázek 4.14: Simulátor – export do souboru.......................................................................... 98 Obrázek 4.15: Simulátor – odstranění položky se soupisu spotřebičů..................................... 98 Obrázek 4.16: Simulátor – srovnání energetické bilance domácnosti...................................... 99 Obrázek 5.1: Propojení vstupů a výstupů k centrální řídicí jednotce prostřednictvím sběrnice AUTOBUS..............................................................................................................................102 Obrázek 5.2: Princip řízení systému....................................................................................... 103 Obrázek 5.3: Příklad nastavení funkce SWITCH (vypínač)...................................................110

KAPITOLA 1. ÚVOD A CÍL PRÁCE

1

1 Úvod a cíl práce Podnětem ke vzniku tématu této práce byl požadavek na prostudování vhodných komponent pro připojení do automatizovaného systému inteligentní domácnosti s ohledem na nízkou

energetickou

spotřebu

komponent,

seznámení

se s jednotlivými

systémy

a vytvoření vhodných podkladů pro následnou realizaci simulátoru řízení inteligentní domácnosti formou dostupného open source software. Cílem této práce je poskytnout lidem, kteří chtějí regulovat spotřeby energie ve svém domě, potřebné informace, odkazy, kontakty a další nástroje k tomu, aby mohli získat přehled o tom, kolik energie a na co se v jejich domě spotřebovává a rozhodnout se, co a jakým způsobem lze v tomto směru změnit. Vzhledem k tomu, že zásadní význam pro spotřebu energie na vytápění má únik tepla z budovy (tepelné ztráty), je hlavní důraz položen na to, jak je odhalit a snížit. Teprve potom je možné se věnovat vlastním vytápěcím systémům a dalšímu snižování nákladů na vytápění a ostatní zdroje energie. Mým úkolem je tedy dále navrhnout vhodné grafické rozhraní, pomocí něhož se může budoucí majitel inteligentní domácnosti rozhodnout, které komponenty si do své domácnosti pořídí, bude mu nabídnuta možnost volby mezi různými druhy komponent včetně dostupných informací a popisu jednotlivých komponent, na jejichž základě se bude moci rozhodovat. Mezi tyto komponenty patří nejen běžné spotřebiče inteligentní domácnosti, jako je základní černá a bílá elektronika, typ topení, osvětlení aj., ale také výběr vhodných energetických zdrojů s ohledem na jejich ekologický a ekonomický charakter. Účelem je také jejich vhodné vzájemné propojení s ohledem na co nejefektivnější energetické a ekonomické využití. Na základě konkrétních propočtů bude mít uživatel možnost posoudit, které z těchto zdrojů jsou právě pro něj nejvhodnější a ekonomicky nejvýhodnější. Vybrané komponenty budou moci být následně zapojeny do připraveného simulátoru řízení domácnosti, který bude uživatel centrálně ovládat například pomocí počítače, PDA nebo mobilního telefonu. Tato část projektu již bude ale předmětem navazující diplomové práce, která bude vycházet z konkrétního open source softwaru, zaměřeného na řízení inteligentní domácnosti. Práce se tedy zabývá také průzkumem existujících systémů pro řízení automatizace inteligentní domácnosti a sleduje možnosti realizace takového systému.

2

KAPITOLA 1. ÚVOD A CÍL PRÁCE Již od samého počátku vzniku myšlenky tohoto tématu na půdě Katedry počítačů

ČVUT FEL počítal jeho autor, vedoucí této diplomové práce Pavel Kordík, s možností dalšího výzkumu v této oblasti, s následnou spoluprácí s ostatními částmi katedry, o její rozšíření také do ostatních oborů a navázání dalšími výzkumnými projekty či studentskými pracemi implementačního charakteru. Nabízí se zde několik směrů dalšího výzkumu: - z oblasti hardwarové je to měření výkonnosti solárních článků, princip mechaniky natáčení solárních panelů, kombinace solárního panelu s Fresnelovými čočkami, zrcadly, možnosti solární lampy, senzory a regulace prvků inteligentní domácnosti apod.; - z oblasti softwarové především zpracovávání naměřených dat (matematické modelování a data mining), implementace dalších aplikací pro řízení inteligentních domácností a možnost spolupráce s konkrétními zadavateli, z oblasti počítačové grafiky pak možnost vizualizace procesů, interakce člověka a inteligentní domácnosti (HCI) apod. Samozřejmostí jsou pak velké možnosti navázání spolupráce s průmyslem a reálnými projekty. V současné době existuje také zadání další diplomové práce, která má na tuto bezprostředně navazovat. Jedná se o rozšíření open source softwaru, zaměřeného na řízení inteligentní domácnosti, který umožňuje efektivní regulaci energií (řízení osvětlení, zatahování rolet, regulaci topných těles, klimatizace, atd.) o možnosti simulace regulace energií v závislosti na různých podmínkách (simulované signály z teplotních čidel, světelných senzorů, apod.) a o další prvky, které zprostředkovávají energetické zdroje (solární panely, tepelné čerpadlo, apod.). Uvědomuji si, že problém, kde budu jednou bydlet a jakým způsobem mohu žít v souladu s přírodou a šetrným přístupem k životnímu prostředí, budu v brzké době řešit také, a proto jsem velice ráda, že mohu zpracovávat právě toto velice aktuální a zajímavé téma.

KAPITOLA 2. ÚVODNÍ STUDIE

3

2 Úvodní studie 2.1 Inteligentní domácnost 2.1.1 Inteligentní dům Inteligentní dům je budova, vybavená počítačovou a komunikační technikou, která předvídá a reaguje na potřeby obyvatel s cílem zvýšit jejich komfort, pohodlí, snížit spotřebu energií, poskytnout jim bezpečí a zábavu pomocí řízení všech technologií v domě a jejich interakcí s vnějším světem [1]. Základní idea inteligentních budov vychází z konceptu automatizovaného domu, který si sám ovládá všechny své systémy. Budovy s inteligentními elektroinstalacemi se v poslední době široce prosazují po celém Světě. Termín "inteligentní budova" má svůj původ v USA, kde byl poprvé použit počátkem devadesátých let minulého století [2]. Zahrnuje v sobě definici vzájemně propojených a sjednocených systémů řízení (technika, prostředí, komunikace, energetika), zabezpečení (kontrola přístupu, požární ochrana, bezpečnostní systém) a správy budovy (plánování, pronájem, leasing, inventář).

2.1.2 Inteligentní domácnost Myšlenka inteligentní domácnosti pak nabízí spoustu možností pohodlného a vstřícného bydlení, které už jsou omezeny většinou pouze naší vlastní představivostí. Jedná se o skloubení lidského obydlí s automatizační technikou za účelem dosažení většího komfortu a bezpečnosti svých obyvatel. Skutečný inteligentní domov by měl být pro své uživatele intuitivní na ovládání a jednoduchý na použití, což znamená, že každý obyvatel takovéto domácnosti by měl jednoduše zvládnout ovládání všech dostupných systémů a zároveň by mu to mělo činit radost. Inteligentní systém by měl tedy zvyšovat úroveň bydlení a života svých uživatelů, nikoli je stresovat či jim jakýmkoli způsobem komplikovat život.

2.1.3 Automatizace domácnosti Automatizace inteligentní domácnosti se využívá k řízení vnitřních klimatických podmínek, světel, zámků dveří a oken, interkomu a dalších bezpečnostních prvků. Rovněž může sloužit k ovládání domácích multimediálních či zavlažovacích systémů.

4

KAPITOLA 2. ÚVODNÍ STUDIE Inteligentní systém pro řízení domácnosti obsluhuje a řídí elektrická zařízení. Může

zapnout či vypnout světla, pokud je světlo vybaveno možností tlumení, může jej systém nastavit na určitou úroveň intenzity jasu. Je nutno podotknout, že sebe inteligentnější systém nedokáže zázraky s klasickým osvětlením, ale v poslední době čím dál častěji používané a úsporné LED žárovky může pomocí RGB ovladače nastavit dokonce na požadovanou barvu. Pouhé zapnutí či vypnutí určitého zařízení není mnohdy postačující. Vypneme-li například televizi, pouze přejde do standby režimu, ale po opětovném zapnutí se nestane nic. V případě inteligentního integrovaného systému se však při stisknutí volby "sledovat televizi" (za pomocí infračerveného nebo radiofrekvenčního signálu) nejen spustí televizní přijímač, ale také se automaticky naladí na nejoblíbenější televizní kanál za doprovodu preferované intenzity zvuku. Obdobné nastavení může být rovněž použito pro audio systém či klimatizaci.

Obrázek 2.1: Inteligentní domácnost zahrnuje integraci různých subsystémů v domácnosti Zleva doprava: řízení vstupu, vytápění, brána, audio distribuční systém a osvětlení.

Na obrázku výše je příklad automatizovaného systému řízení inteligentní domácnosti, který integruje řízení vstupu, vytápění, bránu, audio distribuční systém a osvětlení. Dokážeme si představit, že tyto subsystémy jsou zakomponovány v rodinném domku, který obývá manželský pár se dvěma dětmi. Oba rodiče pracují mimo svůj domov a děti docházejí do školy. Je obvyklé, že v pracovní dny je matka první osobou, která se kolem půl páté vrací z práce a chystá se jít do kuchyně, aby uvařila večeři. Následující scénář popisuje příklad práce inteligentního integrovaného systému. Matka přiloží svou osobní ID kartu na čtečku u vstupní brány a ta se otevře. Pokud je venku šero, rozsvítí se automaticky světla, lemující cestu do kuchyně. Taktéž se sama otevřou garážová vrata. Otopný systém se nastaví na příjemnou teplotu ve všech obytných místnostech včetně kuchyně. V kuchyni se taktéž automaticky spustí CD s matčinou oblíbenou hudbou. I děti mají namísto klasického klíče svou osobní přístupovou kartu. Po jejich příchodu domů se rozsvítí světla v místě, kudy přijdou. Nikoli už pak přístupová cesta, protože není jisté, kam přesně půjdou. Mladší zamíří


5

do kuchyně přivítat se s matkou, starší do svého pokoje, aby si vypracovala domácí úkoly. Otopný systém nastaví v dětských pokojích příjemnou teplotu, jelikož děti využívají své pokoje ke hraní či plnění povinností do školy. Každé čtvrteční ráno v 7:45 celá rodina odchází do práce nebo do školy. V 7:55 přichází služebná, která taktéž vlastní svou přístupovou ID kartu, ovšem systém ji podle dohody pustí dovnitř pouze v době od 8:00 - 12:00, ale jelikož je ještě tma, rozsvítí se přístupová cesta, v tomto případě vedoucí k místnosti, ve které se nacházejí prostředky pro úklid domácnosti. Teplota je nastavena pro pohodlné provádění úklidových aktivit. Pokud si služebná přeje uklízet v za doprovodu hudby na pozadí, nastavíme systém na zapnutí jejího oblíbeného hudebního radiového kanálu s dosahem po celém domě. Pokud se služebná po týdnu vytratí neznámo kam i se svou přístupovou kartou, kartu lze snadno zablokovat a nechat vystavit novou pro novou služebnou. Není třeba měnit zámky pro vstup, protože zablokovaná karta již více neumožňuje přístup [3].

2.1.4 Integrovaný systém pro řízení domácnosti Termín pro integrovaný systém pro řízení domácnosti se používá pro domácnosti v širokém slova smyslu. Takováto budova musí být určena k bydlení. Samozřejmě se zde počítají také detašovaná pracoviště nebo obytné budovy, které svému majiteli zároveň slouží jako soukromá ordinace či účtárna. Tyto systémy mohou být také vhodně využity v menších domácnostech, bytech či ubytovnách pro starší nebo handicapované lidi. V horizontu několika málo let můžeme očekávat velký nárůst zájmu o systémy pro inteligentní řízení domácnosti zejména v oblasti sociálních služeb. Systém musí být schopen pokrýt přinejmenším oblast celého domu, což znamená, že musí mít dostatečný počet vhodných vstupů a výstupů. Systém, který dokáže řídit například pouze 12 výstupů, určitě nespadá do této kategorie. Ani instalace, kde inteligentní systém řídí pouze několik místností a kde je zbytek elektroinstalace zaveden klasickým způsobem, do této kategorie nepatří. Funkce některých subsystémů by pak v takovém případě ztrácely smysl a svou užitnou hodnotu.

6


Obrázek 2.2: Integrovaných systémů pro řízení domácnosti (Integrated Home system) vs. automatizace budovy (Building Automation)

Zejména v anglicky hovořících zemích je termín automatizace domácnosti (home automation) velmi často používaný. Je ovšem vhodné nepoužívat tento termín v souvislosti s integrovaným systémem pro řízení domácnosti. Termín se až příliš silně váže na automatizaci. Je dobré být obezřetný k přílišné přeautomatizovanosti domácnosti. Obyvatelé nesmějí nabýt dojmu, že jsou jejich životy řízeny podle určitých zákonitostí systému. Žaluzie se mohou zatahovat či vytahovat teprve na základě toho, zda si to obyvatel přeje, a nikoli proto, že Slunce každý den vychází a zapadá. Termín v souvislosti s kontextem neměli používat je fakt, že se termín používá také pro menší samostatné systémy. Na internetu je například možné najít stránky, které používají termín "automatizace domácnosti" v souvislosti s tím, že prodávají sestavy domácího kina. Tak jako je cílem integrovaného systému pro řízení domácnosti především jeho integrovanost, může s ním být nakonec smysl termínu "automatizace domácnosti" za určitých podmínek dokonce v konfliktu. Oba pojmy se týkají dvou různých věcí. Integrovaný systém pro řízení domácnosti se používá především ve vztahu k domácnostem. Budeme-li uvažovat rozsáhlejší objekty jako jsou úřady, školy, nemocnice atp., budeme používat spíše termín automatizace budovy (building automation). Ve své podstatě jde o tutéž technologii. Existují systémy pro automatizaci domácnosti, které se dají využít také pro automatizaci budovy a naopak. Důvody pro automatizaci budovy jsou ale většinou rozdílné od důvodů k realizace integrovaného systému pro řízení domácnosti. Hlavní důraz je zde kladen na úspory energie. Například v kancelářích budou detektory přítomnosti a senzory pro intenzitu světla využívány velice často. Pokud někdo odejde z práce, může být osvětlení zcela vypnuto, nebo může být světlo ztlumeno, pokud je venkovní světlo


7

dostačující. Takovýmto způsobem je řízeno nejen osvětlení, ale také vytápění, klimatizace nebo systémy pro ventilaci. Automatizace budovy znamená více automatizace, řízení a správy. Statistiky dokazují, že investice do kvalitní automatizace budovy jsou (v závislosti na rozsahu budovy) návratné v horizontu tří až pěti let. Spotřeba energie je několikanásobně nižší, než je tomu u budov s klasickou elektroinstalací. Systém řízení budovy nabízí navíc mnohem více výhod s ohledem na flexibilitu. Chce-li se například firma rozšířit o nové oddělení z důvodu reorganizace, v klasické elektroinstalaci je takovýto krok doprovázen instalací mnoha nových kabelů a spojů, kdežto v automatizované budově stačí v programu počítačového systému pozměnit jen pár nastavení a ten pak nahrát do systému. Náklady na změny jsou v takovémto případě mnohem menší než u klasické elektroinstalace.

2.2 Nízkoenergetický dům Dalším trendem dnešní doby je kromě maximálního využití nejmodernější techniky a integrace jejího řízení také požadavek na množství energie, kterou dům spotřebuje na svůj provoz. Topení, svícení, ohřev teplé vody, příprava jídla, větrání, klimatizace - to jsou jen některé z mnoha činností, jimž musíme dodávat energii. Vynecháme-li klimatizaci, kterou by správně navržený dům neměl v našich podmínkách vyžadovat, tak jsou nejvýznamnějšími položkami vytápění a ohřev teplé užitkové vody, bez nichž se žádný objekt neobejde. První zásadou pro provoz nízkoenergetického domu je tedy minimalizace spotřeby tepla zejména pomocí kvalitní termoizolace celého vnějšího pláště včetně podzemní části, a jeho vzduchotěsné provedení. Do domu nesmí pronikat nežádoucí vzduch spárami ve stěnách, okolo oken, ze sklepa, otevřeným krbem atd., jinak by spotřeba energie zbytečně a zcela nekontrolovatelně rostla. Pouhým zateplením je možné snížit spotřebu energie o více než polovinu. U rekonstrukcí se izoluje kontaktním způsobem vrstvením na stávající plášť, v rozpětí 160 - 200 mm, čímž povýšíme daný objekt na nízkoenergetický. Je to ta nejvýhodnější investice při realizaci domu. Pokud se dnes domy vůbec zateplují, volí se síla 50 mm. Cena kompletního zateplení při použití 50 mm izolace se od zateplení 160 mm liší v řádech stokorun na m2. Všechna další opatření jsou mnohem nákladnější v porovnání se ziskem úspor. Jde o investici, která má životnost stejnou, jako je životnost domu, proto nemůže být žádné jiné opatření na prvním místě [4].

8

KAPITOLA 2. ÚVODNÍ STUDIE Druhým krokem je maximalizace zisků z alternativních zdrojů, kam patří zejména

solární a geotermální energie. Pro optimální pasivní využití slunečního záření je rozhodující poloha, tvar a orientace stavby, pro aktivní solární využití je nezbytná instalace speciálních technologií, například solárních kolektorů. Mezi způsoby využití geotermální energie patří zejména tepelná čerpadla, která odebírají energii ze svého okolí, a zemní kolektory pro předehřívání větracího vzduchu. Do bilance zisků by mělo být zahrnuto také odpadní teplo domácích spotřebičů a lze započíst i biologické teplo vyzařované lidmi pobývajícími v domě. Instalací rekuperační jednotky lze snížit ztrátu tepla větráním až o 80%. Dále je velmi výhodná schopnost akumulovat teplo buďto přímo ve stavebních konstrukcích, nebo ve speciálních zařízeních. V praxi použitelný nízkoenergetický dům není založen na ojedinělých stavebních řešeních a technologiích, ale plně využívá všech známých poznatků o získávání energie a hospodaření s ní a ty podporuje do logicky fungujícího celku [5]. Dům má pokud možno kompaktní tvar. Případné navýšení plochy stěn vůči jeho objemu je kompenzováno větší vrstvou tepelné izolace. Je lépe vyvarovat se přízemních, půdorysně rozlehlých domů nebo domů s mnoha výčnělky a výstupky. Jednoduchý tvar domu je výhodný i z hlediska eliminace tepelných mostů (místa, kde je konstrukce či izolace zeslabena), kterými z domu odchází teplo. Aby dům mohl využívat sluneční energii (tzv. pasivní solární zisky), je většina velkých prosklených ploch a oken orientována na jih. Používají se okna s trojsklem, případně systém, kde je prostřední tabule skla nahrazena odrazivou fólií. Selektivní vrstva na vnitřním povrchu skla funguje jako polopropustné zrcadlo. Sluneční záření propustí do interiéru, kde se přemění na teplo. Tepelné záření však již sklem neprojde a odráží se zpět do místnosti. Dalším prvkem je mezera mezi skly, používají se trojskla s celkovou tloušťkou až 44 mm. Všechna okna nejsou otevírací (pouze na každou místnost alespoň jedno z bezpečnostních důvodů), což jednak snižuje jejich cenu a jednak zvětší plochu prosklení [6]. Pozemek by měl na této prosklené straně poskytovat dost soukromí a zároveň nesmí být stíněn (lesem, okolní zástavbou apod.). Pokud takovýto pozemek není k dispozici, je možné sluneční energii využívat například i pomocí teplovzdušných nebo teplovodních solárních kolektorů.


9

Nízkoenergetické domy mají často nucené strojní větrání. V domě je tak vždy zajištěn dostatečný přívod čerstvého vzduchu. Vzduch může být zároveň filtrován, případně i zvlhčován či ionizován, což sníží prašnost a zvýší komfort v domě. Strojní větrání často slouží i pro odvedení přebytečného tepla z jižních místností do chladnějších (neosluněních) částí domu. Hlavním důvodem pro strojní větrání je však možnost využití tepla z odváděného vzduchu - tzv. rekuperace tepla [6]. Nejčastěji se používá tzv. rekuperační výměník, ve kterém znečištěný vzduch odváděný zevnitř předává teplo čerstvému vzduchu přiváděnému zvenčí. Vzduch je přiváděn do místností vzduchotechnickým potrubím vedeným v podhledech stropu, případně v podlaze či stěnách. Odtah vzduchu může být centrální, např. v chodbě. Strojovna vzduchotechniky se kvůli hluku umisťuje do sklepa, na půdu nebo do dostatečně odhlučněné místnosti. Srdcem systému je obvykle kompaktní jednotka s odtahovým i přívodním ventilátorem, filtry, rekuperačním výměníkem tepla a ohřívačem (případně i chladičem) vzduchu. Ohřívač může být elektrický nebo teplovodní, který se napojí na kotel či jiný zdroj tepla (případně přes akumulační nádrž). V zimě se přiváděný vzduch ohřívá, v létě ochlazuje. Rekuperace může být nahrazena tepelným čerpadlem, které odebírá teplo z odpadního vzduchu a ohřívá přiváděný vzduch, případně vodu pro vytápěcí systém. Centrální systém větrání se totiž dá dobře spojit s vytápěním domu. Náklady ušetřené za vytápěcí systém pak vyrovnají náklady na instalaci větrání. Výhodou je vyšší účinnost, nevýhodou vyšší cena.

Obrázek 2.3: Schéma větrání s rekuperací tepla

Dům s nízkou spotřebou energie je méně zranitelný výpadkem vnější dodávky energie. Nízká spotřeba je také pojistkou vůči růstu cen energií - obyvatelé snáze zaplatí i dražší energii, pokud jí spotřebují málo. Dobře izolované stěny a kvalitní okna jsou teplejší. Snižuje

10


se podíl tepla, které člověk ztrácí sáláním, což způsobuje, že lidé se v takových místnostech cítí lépe. Díky silným izolacím a solárním prvkům je do značné míry energeticky nezávislý a svým obyvatelům tak zaručuje větší bezpečnost. Tepelné izolace obvykle fungují i jako izolace proti hluku. Spolu se vztahem k životnímu prostředí jsou to právě tyto důvody, které motivují lidi ke stavbě nízkoenergetických domů.

2.2.1 Energetické nároky a možnosti regulace Koncept nízkoenergetického domu vznikl jako odpověď na rostoucí ceny energií. Přestože se předpisy na tepelnou náročnost budov a izolační vlastnosti konstrukcí stále zpřísňují, má nízkoenergetický dům ve srovnání s běžnou novostavbou zhruba jen poloviční až třetinovou spotřebu tepla na vytápění. V našich klimatických podmínkách se za nízkoenergetický dům považuje takový, který má potřebu energie na vytápění (vztaženo na vytápěnou užitkovou plochu) pro vícebytový nízkoenergetický dům méně než 50 kWh/m2/rok, pro rodinný nízkoenergetický dům méně než 70 kWh/m2/rok.

Obrázek 2.4: Škála energetické náročnosti domů

Pro nízkoenergetické domy platí stejné předpisy, jako pro běžnou výstavbu. Doporučení pro parametry nízkoenergetických domů lze najít v ČSN 730540. Splnění určitých hodnot může být i jedním z kritérií ve smlouvě mezi investorem a stavební firmou. Od 1. ledna 2009 bude každý nový dům povinně vybaven tzv. Průkazem energetické náročnosti budovy (dle vyhlášky 148/2007 Sb.). Stavebník nebo kupující by z něho měl podobně jako z energetického štítku elektrospotřebiče - snadno poznat, jak je dům úsporný. Průkaz hodnotí nejen spotřebu tepla na vytápění, ale i na ohřev vody, větrání, chlazení a osvětlení [6]. Další pomůckou je tzv. Energetický štítek obálky budovy, který by měl být součástí projektové dokumentace stavby. Zde se ale hodnotí pouze konstrukce domu (ovlivňují jen


11

část spotřeby tepla na vytápění). Pozor na záměnu tohoto štítku s výše uvedeným průkazem graficky jsou si velmi podobné.

Obrázek 2.5: Průkaz energetické náročnosti budovy a energetický štítek obálky budovy

Důležitým aspektem nízkoenergetických domů je možnost regulace vytápění využívající tepelné zisky. Pro domy s nízkou tepelnou ztrátou nabízí trh jen málo vhodných zdrojů tepla. Kotle na plyn nebo na dřevo se většinou nabízejí s výkonem několikrát vyšším. U tepelných čerpadel je nabídka lepší, vůbec žádné problémy pak nejsou s elektrickým topením. Trendem je začlenit do vytápěcího systému akumulační nádrž, která je nahřívána kotlem. Z ní se pak odebírá teplo do ústředního topení (případně pro ohřev vzduchu ve větrací jednotce), nezávisle na výkonu kotle. Výhodou je, že kotel může pracovat vždy v optimálním režimu, s nejnižšími emisemi a dobrou účinností. To mimo jiné zvyšuje jeho životnost. Další výhodou je možnost nahřívání akumulační nádrže solárním systémem, z níž si vytápěcí systém odebírá teplo podle potřeby a využívají se tak přebytky energie na jaře a na podzim. Akumulační nádrž může současně sloužit i pro ohřev teplé užitkové vody, např. v plovoucím bojleru. Spotřeba energie na přípravu teplé vody nezávisí na vlastnostech domu, ale na chování

jeho

obyvatel.

Přesto

jsou

solární

kolektory

obligátním

atributem

nízkoenergetických domů. Teplo pro ohřev vody může tvořit více než třetinu spotřeby

12


nízkoenergetického domu. Solární systém, který může bez problémů ohřát více než 3 celoroční spotřeby teplé vody, je tedy důležitý. Často se navrhuje i pro přitápění, např. v kombinaci s podlahovým či stěnovým vytápěním. V těchto případech je ale nutno velmi dobře spočítat, kolik energie pro vytápění je schopen systém dodat v zimních měsících. Intenzita slunečního svitu v zimě je u nás mnohem nižší než například v Rakousku, takže se často stává, že složité a drahé zařízení přinese jen málo užitku a topení se většinu zimy ohřívá elektřinou. Energetická náročnost či spotřeba tepla na vytápění v budově je dána celkovou tepelnou ztrátou budovy. K tepelným ztrátám dochází jednak prostupem tepla obvodovými i vnitřními konstrukcemi (stěnami, okny a dveřmi, stropy, střechou a podlahami), jednak výměnou vzduchu v místnostech (netěsnostmi oken a dveří a větráním). V současné době jsou nabízeny široké možnosti využití netradičních forem energií, jako jsou tepelná čerpadla, solární energie, využití biomasy apod. Rozhodneme-li se k využití např. solární energie či tepelného čerpadla, je vždy prvním krokem snížení tepelných ztrát objektu. Klimatické podmínky jsou prvním faktorem, který ovlivňuje tepelné ztráty a tím také spotřebu tepla na vytápění. Česká republika je sice poměrně malá, přesto zde určité rozdíly v klimatických podmínkách existují. Jsou způsobeny hlavně rozdílnou nadmořskou výškou, charakterem proudění vzduchu a rozdíly ve slunečním svitu. Proto, aby bylo možno nějakým jednotným způsobem počítat tepelné ztráty domů a navrhovat vytápěcí systémy, je území ČR rozděleno na takzvané teplotní oblasti s určitou stanovenou "výpočtovou teplotou". Pro účely návrhu vytápění budov je výpočtová teplota odvozena z dlouhodobých průměrů pěti nejchladnějších dnů a pro ČR je v jednotlivých oblastech -12, -15 nebo -18°C [6]. Tepelné ztráty budovy jsou přímo úměrné rozdílu teploty uvnitř a teploty venku: čím větší je tento rozdíl, tím vyšší je únik tepla z budovy směrem ven. Vnitřní teplota je víceméně stálá a je dána požadavky na tepelný komfort a tím, k jakému účelu se místnost používá. Vytápění je v dnešních domácnostech nezbytnou nutností a platíme za něj ne zrovna malé částky, a dá se očekávat, že cena energií bude v budoucnu růst. Dosažený tepelný komfort ne vždy odpovídá představám a vynaloženým nákladům. Proto si zřejmě každý dříve či později položí otázku, zda je možné na vytápění ušetřit, a pokud ano, co je pro to třeba udělat a kolik to bude stát. Pravdou ovšem je, že do opatření vedoucích k úspoře nákladů na vytápění je třeba investovat peníze a určité úsilí.


13

Návrh osvětlovací soustavy a jejího typu (přímá, smíšená, nepřímá) je z hlediska úspor velmi důležitý a může znamenat i několikanásobné zvýšení spotřeby elektřiny při zajištění srovnatelného komfortu uživatelů. V bytě musí zásadně vycházet ze zařizovacího projektu místnosti. Důležitým prvkem k dosažení zrakové pohody v bytě a jeho zázemí je správně navržený systém umělého osvětlení v jednotlivých místnostech. Důležité při tom je, aby navržené umělé osvětlení plnilo požadavky na zrakovou pohodu a zrakový výkon, ale aby byla minimalizována spotřeba elektřiny pro toto osvětlení. Z hlediska energetických úspor je rozhodující používání účinných zdrojů světla, neboť poměr mezi spotřebou elektřiny pro stejnou úroveň osvětlení je u žárovek přibližně 4x vyšší než u zářivek. Důležitým parametrem výběru světelného zdroje je měrný výkon, udávaný jako lm/W, který vyjadřuje účinnost přeměny elektřiny ve světlo. Pro použití světelného zdroje k osvětlování interiérů s trvalým pobytem osob je však nutno dosáhnout určité "kvality světla" zdroje, vyjádřené indexem podání barev, který by měl být větší než 80. V současné době připadají pro osvětlování interiérů v úvahu prakticky pouze žárovky a zářivky. Proces hledání úspor energie a realizace úsporných opatření není zcela jednoduchý a je zapotřebí, aby se na něm obyvatelé domu alespoň trochu aktivně podíleli. Svým způsobem je totiž každý dům jedinečný, tak jako jsou jedineční jeho obyvatelé anebo místo na němž je postaven. Opatření vedoucí ke snížení spotřeby energie v domě musí proto být udělána "na míru" konkrétnímu domu, místu a obyvatelům.

2.2.2 Podpora státu Pro dosažení dalších možných úspor je možné obrátit se také na státní podporu. Každý, kdo nahradí kotel či kamna na fosilní paliva za moderní kotel na biomasu či tepelné čerpadlo, nebo si pořídí solární systém, má do 31. 12. 2008 šanci získat dotaci ze Státního fondu životního prostředí ČR (SFŽP) na podporu využívání obnovitelných zdrojů energie, ze kterých lze získat podporu na šetrné způsoby vytápění a ohřevu teplé vody v rodinných a bytových domech, a také na výrobu elektřiny pro vlastní spotřebu [7]. Podpora je určena pro fyzické osoby (domácnosti) a podmínkou jejího získání je odborný posudek zařízení, který je v případě získání dotace hrazen fondem až do výše 50 % celkových nákladů na jeho pořízení, maximálně však do výše 3.000,- Kč.

14

KAPITOLA 2. ÚVODNÍ STUDIE Domácnosti mohou ze SFŽP takto získat příspěvek až do výše 30% dotaci na tepelné

čerpadlo, maximálně však 60 tisíc Kč. V ostatních případech je maximální limit podpory 50 % nákladů, avšak ne více než 50 tisíc Kč u kotle na biomasu nebo solárního systému na ohřev teplé vody, 60 tisíc Kč na solární systém na přitápění a ohřev teplé vody a 100 tisíc Kč na fotovoltaický systém pro výrobu elektřiny [7]. Dotaci mohou získat i ti, kteří výměnu kotle provedli již před vyhlášením programu. Podporu totiž lze poskytnout pouze na ukončené akce (tj. na již instalovaná zařízení), a to maximálně do 18 měsíců po uvedení zařízení do trvalého provozu. Realizace a financování akce musí být zahájeny až po 1. lednu 2005 . Cílem energetického auditu je navrhnou a ekonomicky vyhodnotit nejvýhodnější variantu k zajištění optimální spotřeby energie. Výsledkem energetického auditu je dokument, který udává objektivní náhled o možnostech a úrovni využívání energie ve zkoumané jednotce a navrhuje opatření, které je nutno realizovat pro dosažení úspor energie. Energetický audit obsahuje hodnocení současnosti energetického hospodaření, výpočty technicky dosažitelných úspor, návrh na nejvhodnější variantu řešení úspor s ekonomickým zdůvodněním. Povinnost zpracování energetického auditu se ukládá každé fyzické nebo právnické osobě, která žádá o státní dotaci, a u budov a areálů patřících fyzickým a právnickým osobám, které jsou samostatně zásobované energií - zde vzniká povinnost při celkové spotřebě energie 700GJ/rok, fyzické nebo právnické osobě s výjimkou příspěvkových organizací kde je celková spotřeba energie vyšší jak 35 000 GJ/rok, příspěvkovým organizacím, organizační složce státu, krajů a obcí, kde je celková spotřeba energie vyšší jak 1500 GJ/rok [8]. Energetické audity provádějí auditoři, kteří splňují technické i právní předpoklady se složením odborných zkoušek.


15

2.3 Kam směruje vývoj Požadavky dnešní moderní společnosti se orientují především na dosažení co největšího komfortu, postupně se zvyšuje životní úroveň domácností a požadavky na nejmodernější techniku, která by lidem co nejvíce usnadnila život a ušetřila zejména čas, který pak budou moci více věnovat sobě, svým koníčkům, rodině a dětem. Dříve byla automatizace domů spíše doménou Spojených Států Amerických. Od toho se rovněž odvíjí nezájem některých tvůrců automatizačních protokolů pro řízení domácností o vývoj pro Evropu a zbytek světa. Toto je bohužel dáno různými normami v jednotlivých státech (různě omezená frekvenční pásma) a různými technologiemi použitých například v rozvodu elektrické sítě. Dnes však díky klesajícímu dolaru a nízké ceně aplikací zájem opět vzrůstá. Prototypy navrhovaných inteligentních zařízení již dnes ukazují, kam může technologie ještě posunout naše domácnosti. Automatizace budov se začíná pozvolna vyučovat na vysokých školách jako volitelné předměty, či přímo jako samostatný studijní program. Tento přístup by měl přinést nová a kvalitnější řešení. Kromě inteligentních domácností již existují také systémy, které svou funkcionalitu cíleně přizpůsobují svým obyvatelům, takzvané ambientní domácnosti. Již nyní existují domácnosti řízené propojeným inteligentním systémem, ve kterých vás ráno budí vaše oblíbená hudba, jejíž hlasitost je přizpůsobena konkrétní situaci v ložnici. Hudba se sama vypne poté, co ložnici opustíte. Chcete-li si jít ráno například zacvičit na rotopedu, systém se sám přepne na program cvičení, který jste si již jednou zvolili jako svůj profil. Během cvičení jsou dostupné další doplňkové služby podle vašich požadavků, jako například sledování vašeho oblíbeného televizního pořadu. Kdykoli během dne můžete být pomocí všudypřítomných komunikačních LCD panelů upozorněni na plánované úkoly, nově příchozí emaily nebo zprávy ze zaměstnání či od ostatních členů domácnosti. Po vstupu do koupelny se před vámi na interaktivním zrcadle objeví informace o vaší váze a zdravotním stavu s doporučením vhodné diety či cvičebního programu. Můžete také sledovat různé statistiky týkající se vašeho zdravotního stavu za konkrétní období nebo ranní televizní noviny. Pomocí interaktivního kuchyňského průvodce si můžete naplánovat oběd, který bere ohled na osobní požadavky členů domácnosti a případně i pravidelných návštěvníků domácnosti, nabízí velký

16


výběr menu i receptů, na základě konkrétního výběru pak vytvoří nákupní seznam a elektronicky jej odešle do oblíbeného nákupního střediska. Po vašem odchodu z domu se automaticky aktivuje vstupní bezpečnostní systém. Po návratu domů systém na základě hlasového vstupu identifikuje obyvatele domácnosti a pustí jej dovnitř. Tabule pro zprávy, implementovaná v zrcadle v předsíni, ukazuje, kde se který člen domácnosti právě nachází a zda je přístupný pro příjem zpráv. Můžete kterémukoli členu domácnosti zanechat hlasové zprávy a nastavit ve vlastním profilu, že si nepřejete být rušeni. Pomocí LCD panelů můžete komunikovat s kýmkoli dalším v domácnosti, například vést online hovor, společně si prohlížet fotografie nebo si společně zahrát počítačovou hru, aniž byste při tom nutně museli být ve stejné místnosti. Na základě aktivit sledovaného obrazu (film, počítačová hra) se mohou automaticky přizpůsobovat také světla v místnosti. Detektor u vstupních dveří automaticky pouští dovnitř předem nastavené osoby, tedy členy domácnosti a třeba i některé další rodinné příslušníky či přátele. Večer před usnutím lze ze kterékoliv místnosti v domě aktivovat noční režim - světla v celém bytě včetně venkovních se postupně zhasnou, vypnou se veškerá zařízení, uzamknou se vchodové dveře a aktivuje se bezpečnostní systém. Konkrétním příkladem takovéhoto systému je projekt AMIGO firmy Philips [9].

Obrázek 2.6: Inteligentní systém AMIGO firmy Philips - ovládání ambientní domácnosti

Můj osobní názor na takovýto domov budoucnosti je ovšem poněkud vlažný. Neustálá přítomnost komunikující techniky by narušovala mou potřebu soukromí a klidu, protože i přes


17

možnost deaktivace systému nebo offline režimu má pak člověk pocit, že nikde není sám, že je neustále sledován. Naproti tomu je pak systém díky obrovským komunikačním vymoženostem koncipován k tomu, aby se jednotliví členové této domácnosti nemuseli vůbec potkávat a komunikovali spolu pomocí textových či hlasových vzkazů a konferenčních hovorů. V nadneseném smyslu slova vidím nebezpečí těchto domovů budoucnosti v paralele se současným pseudoproblémem moderní domácnosti, který představuje například obyčejná televize. Za způsob využívání prostředků pro zpříjemnění života si už ale nese každý z nás zodpovědnost sám. Nezanedbatelným prvkem vývoje je také čím dál větší míra uvědomění si toho, že naše energetické zdroje jsou omezené a přetěžují nás i naše životní prostředí, dá se tedy očekávat neustálé zvyšování cen, což vede k nárůstu využívání alternativních zdrojů energie. První ropná krize v roce 1973 vyvolala zvýšený zájem o využití solární energie a jiných obnovitelných zdrojů. První solární kolektor byl vyroben již v roce 1767 ve Švýcarsku a jeho využití se stále častěji stává součástí moderních rodinných domů i průmyslových objektů [10]. Šetříme tím nejen své finance, ale také přírodu, ve které žijeme. Důsledky ekologického využívání alternativních zdrojů energie však nejsou vždy jen pozitivní. Musíme brát v úvahu také možné negativní důsledky například výstavby větrných elektráren, spotřebu materiálů na výrobu větrné turbíny či solárního článku, a také poté, co odslouží možnosti jejich ekologické likvidace. V oblasti výstavby domů s ohledem na nízkou energetickou spotřebu je jednoznačným krokem do budoucna takzvaný pasivní dům snižuje svoji spotřebu využíváním pasivní solární energie. Celkové náklady na topení v rámci životního cyklu budovy se prudce snižují, jestliže se technika podstatně zjednoduší pod úroveň 15 kWh/(m²a). Tato hranice definuje pasivní dům [11]. Pro srovnání, standard stávajících domů počítá s měrnou potřebou tepla pro vytápění a větrání 170 - 220 kWh/m2 za rok, běžná stará zástavba až 210 až 300 kWh/m2/rok. Topný systém u takovýchto budov je v provozu pouze cca 1 měsíc v roce. Po většinu roku si vystačí s tepelnými zisky od osob, spotřebičů, z dopadajícího slunečního záření, s teplem z odpadního vzduchu apod. Přitom zde nejde o žádné "kosmické" technologie, ale pouze o do důsledku dovedené použití známých konstrukčních postupů a technologií. V některých zemích, jako např. v Německu či Rakousku, se pasivní domy stávají standardem pro výstavbu. V současné době například překračuje poptávka po bydlení v pasivních domech jen

18


v Rakousku 3x nabídku. V Německu se počet pasivních domů každý rok zdvojnásobí prognóza do roku 2010 činí 60000 [12]. Také v případě nízkoenergetických domů je ale osobní záležitostí každého z nás, zda mu bude vyhovovat domov, kde nebude větrat klasickým způsobem, ale pomocí rekuperačních systémů, které mohou někomu připadat nepřirozené. Ne každý si na takovýto způsob snadno zvykne a masovější rozšíření se tedy můžeme dočkat spíše v budoucnosti, až se v širokém povědomí lidí zakotví fakt, že právě nízkoenergetické a pasivní domy jsou tím správným krokem, jak žít a přežít v souladu s přírodou.

KAPITOLA 3. ANALYTICKÁ STUDIE

19

3 Analytická studie 3.1 Komponenty nízkoenergetické inteligentní domácnosti 3.1.1 Zdroje energie ENERGIE SLUNCE – SLUNEČNÍ TEPLO, OHRĚV VODY A VZDUCHU

Téměř veškerá energie, kterou na Zemi máme, pochází ze Slunce. Na území ČR dopadne za rok stotisíckrát více energie, než je veškerá spotřeba paliv. Sluneční záření lze přímo využívat k výrobě tepla, chladu a elektřiny, nepřímo jako energii vodních toků, větru, mořských vln, tepelnou energii prostředí. Přeměna solárního záření na teplo (fototermální přeměna) může být pasivní (pomocí pasivních solárních prvků budov - prosklené fasády, zimní zahrady) nebo aktivní (pomocí přídavných technických zařízení - sluneční sběrače - kolektory). Podrobné rozdělení možností ukazuje následující obrázek.

Obrázek 3.1: Využití solárního záření

20

KAPITOLA 3. ANALYTICKÁ STUDIE Výhodou pasivních systémů je to, že k provozu nepotřebují žádné další zařízení.

Využívá se sluneční záření, které dopadne do interiéru okny nebo jiným prosklením. Systém je třeba navrhnout tak, aby byly zisky co nejlépe využity (např. cirkulací vzduchu z osluněných místností do ostatních částí domu). Velmi důležité je rovněž vyřešení rizika tepelné zátěže během léta (řádné odvětrání, akumulace do stavebních konstrukcí...). V případě orientace prosklených ploch na jih nebo západ se zvyšuje riziko přehřívání interiéru v letních měsících. Aktivní systémy se využívá zejména k celoroční přípravě teplé užitkové vody (TUV), ohřevu bazénové vody a k přitápění budov pomocí teplovodního či teplovzdušného vytápění. Sluneční energii je možné i dlouhodobě akumulovat v zásobnících. Čím je delší doba akumulace, tím je systém dražší a méně ekonomický. Proto se nejčastěji používá krátkodobá akumulace (několikadenní) spolu s pružnými otopnými systémy, které sníží výkon okamžitě, jsou-li v místnosti solární zisky prosklením. Průměrný počet hodin solárního svitu (bez oblačnosti) se v ČR pohybuje kolem 1460 h/rok (od 1400 do 1700 hodin za rok) [13]. Mapka ukazuje globální sluneční záření dopadající na vodorovnou plochu o velikosti 1 m2 za rok a dává tak představu o množství využitelné sluneční energie. V oblastech se silně znečištěnou atmosférou je nutné počítat s poklesem globálního záření o 5 - 10 %, někdy až 15 - 20 %. Pro oblasti s nadmořskou výškou od 700 do 2000 m.n.m. lze počítat naopak s 5% nárůstem globálního záření.

Obrázek 3.2: Průměrné roční sumy globálního záření v MJ/m2


21

Pomocí kapalinových kolektorů můžeme získat 300 - 800 kWh/m2 za rok. Zisk se však v jednotlivých měsících značně liší; pro letní přebytky často není využití. Pro reálné odhady hrubé výroby energie v průměrných solárních zařízeních lze v podmínkách ČR uvažovat průměrnou roční výrobu 380 - 420 kWh/m2 kolektorové plochy za rok. Tuto hodnotu lze považovat podle dostupných naměřených údajů za obvyklou [13]. Účinnost kolektorů závisí zejména na rozdílu teplot absorbéru (resp. teplonosné kapaliny) a okolního vzduchu. Čím vyšší teplotu požadujeme (např. 55 °C pro přípravu TUV), tím horší bude účinnost. U vakuových kolektorů, kde je absorbér účinně izolován vakuem, se účinnost mění jen málo, takže uspokojivě pracují i v mrazivých dnech. Naopak u jednoduchých plochých kolektorů účinnost klesá s rozdílem teplot velmi prudce, takže je téměř nemožné ohřívat v nich vodu v zimě na více než 80 °C. Obecně platí, že v ČR je během zimy solární energie tak málo, že i s vysoce účinnými kolektory potřebujeme poměrně velké plochy pro pokrytí potřeb. Naopak během léta bývá solární energie značný přebytek, takže i málo účinné kolektory získají energie dost.

Obrázek 3.3: Možnosti krytí potřeby tepla solárním systémem různé velikosti

22


Solární kolektor se skládá z následujících částí: •

absorbér - plochá deska s neodrazivým povrchem a trubicemi pro odvod teplonosného média;

•

solární zásobník - příprava TUV (doplňkově při nedostatku sluneční energie se ohřívá tepelnou energií z ústředního vytápění a elektřinou);

•

oběhové čerpadlo – cirkulace teplonosné kapaliny;

•

expanzní nádoba – vyrovnávání tlaku vlivem značného kolísání teploty;

•

potrubí, armatury, nemrznoucí teplonosná kapalina.

Obrázek 3.4: Dvouokruhový solární systém s nuceným oběhem Popis součástí: 1 - solární kolektor, 2 - solární zásobník, 3 - kotel ústředního vytápění, 4 - elektronická regulace solárního systému, 5 - elektrické topné těleso, 6 - výměník tepla okruhu ústředního vytápění, 7 - výměník tepla solárního okruhu, 8 - teploměry, 9 - manometr, 10 - expanzní nádrž, 11 - oběhové čerpadlo, 12 - pojišťovací ventil, 13 - odvzdušňovací ventil, 14 - výstup teplé vody, 15 - uzavírací ventily, 16 - zpětná klapka, 17 - plnící kohout, 18 - vstup studené vody z vodovodního řadu.

ENERGIE SLUNCE – VÝROBA ELEKŘINY

Fotovoltaická zařízení představují jednoduchý a elegantní způsob, jak sluneční paprsky přeměnit na elektřinu. Pracují na principu fotoelektrického jevu: částice světla fotony - dopadají na článek svou energií z něho "vyráží" elektrony. Polovodičová struktura článku pak uspořádává pohyb elektronů na využitelný stejnosměrný elektrický proud.


23

Solární článek je polovodičový velkoplošný prvek s alespoň jedním PN přechodem. Na rozhraní materiálů P a N vzniká přechodová vrstva P-N, v níž existuje elektrické pole vysoké intenzity. Toto pole pak uvádí do pohybu volné nosiče náboje vznikající absorpcí světla. V ozářeném solárním článku jsou fotony generovány elektricky nabité částice (pár elektron - díra). Některé elektrony a díry jsou poté separovány vnitřním elektrickým polem PN přechodu. Rozdělení náboje má za následek napěťový rozdíl kontakty solárního článku. Zátěží (elektrospotřebičem) připojenou mezi oba kontakty potom protéká stejnosměrný elektrický proud, jež je přímo úměrný ploše solárních článků a intenzitě dopadajícího slunečního záření.

Obrázek 3.5: Princip činnosti solárního článku

V současné době jsou nejrozšířenější solární články vyrobené z krystalického křemíku ve formě monokrystalu (účinnost 14 až 17 %) nebo polykrystalu s účinností 12 až 15 %. Levnější články na bázi amorfního křemíku (účinnost 5 až 9 %) jsou na ústupu. Nejlepší komerční výrobky mají účinnost 20 %. Protože výkon článků závisí pochopitelně na okamžitém slunečním záření, udává se jejich výkon jako tzv. špičkový, tedy při dopadajícím záření s intenzitou 1 000 W/m2 při definovaném spektru. Článek s účinností 17 % má při ploše 1 m2 špičkový (peak) výkon 170 Wp [14].

24


Obrázek 3.6: Odhad produkce fotovoltaického panelu

Sériovým nebo i paralelním elektrickým propojením solárních článků vzniká po jejich zapouzdření fotovoltaický panel. Články jsou elektricky spojeny tak, aby bylo dosaženo potřebného napětí a proudu. Panel musí zajistit hermetické zapouzdření solárních článků, musí zajišťovat dostatečnou mechanickou a klimatickou odolnost (např. vůči silnému větru, krupobití, mrazu apod.). Technický potenciál výroby elektřiny je omezen na plochy, kde lze fotoelektrické systémy instalovat. Pro odhady se používá hodnota roční sumy globálního záření (průměr pro celou Českou republiku je kolem 1 081 kWh/m2). Jeden m2 fotovoltaického panelu s monokrystalickými články má špičkový výkon 110 - 120 Wp. Během roku z něho lze získat 80 až 120 kWh elektrické energie [14]. ENERGIE VĚTRU

Větrná energie je jedna z forem, do níž se transformuje sluneční záření, neustále dopadající na naši planetu. Vítr je proudění vzduchu, které vzniká tlakovými rozdíly mezi různě zahřátými oblastmi vzduchu v zemské atmosféře. Pokud není uvedeno jinak, rozumí se (i v odborné literatuře) pod pojmem vítr pouze horizontální složka proudění vzduchu.


25

Česká republika je vnitrozemský stát s typicky kontinentálním klimatem, který se projevuje významným sezónním kolísáním rychlostí větru. Příčinou je zejména globální vzdušné proudění typické pro severní a střední Evropu. Rychlost větru je nejdůležitějším údajem při využívání energie větru, udává se převážně v m/s. Poblíž zemského povrchu je proudění vzduchu ovlivňováno drsností povrchu, ale s rostoucí výškou se rychlost větru logaritmicky zvyšuje. Je tedy velký rozdíl mezi rychlostí větru ve výšce 10 m a 100 m nad terénem. Vítr je nad terénem různě zpomalován, zejména terénními překážkami - stavbami, kopci, dále také druhem povrchu (tráva, les, vodní hladina, sníh...). Proudění vzduchu je vždy turbulentní, což se projevuje kolísáním rychlosti a směru větru. Výsledky měření směru a rychlosti větru jsou proto průměrované za určitý časový interval, tzv. vzorkovací dobu.

Obrázek 3.7: Rychlosti větru na území ČR

Dříve využívaná přímá přeměna energie větru na mechanickou práci (větrné mlýny) se dnes už téměř v Evropě nevyužívá. Dnes se z větru získává zejména elektřina. Velká zařízení dodávají elektřinu do sítě, drobná zařízení slouží pro zásobování odlehlých objektů nepřipojených k síti. Trendem je výstavba stále větších strojů (průměr rotoru 40 až80 m a věž o výšce více než 80 metrů). Důvodem jsou nižší měrné náklady na výrobu energie a maximální využití lokalit, kterých je omezený počet. Ve vnitrozemí se staví stroje s výkonem 300 až 2 000 kW.

26


Na moři (poblíž pobřeží) se však staví stroje s výkonem až 5 MW. K zefektivnění provozu a snížení nákladů na projektování a výstavbu se velké elektrárny sdružují do skupin (obvykle 5 až 30 elektráren), tzv. větrných farem [15].

Obrázek 3.8: Schéma větrné elektrárny Popis: 1 - rotor s rotorovou hlavicí, 2 - brzda rotoru, 3 - planetová převodovka, 4 - spojka, 5 - generátor, 6 servo-pohon natáčení strojovny, 7 - brzda točny strojovny, 8 - ložisko točny strojovny, 9 - čidla rychlosti a směru větru, 10 - několikadílná věž elektrárny, 11 - betonový armovaný základ elektrárny, 12 - elektrorozvaděče silnoproudého a řídícího obvodu, 13 - elektrická přípojka.

Obrázek 3.9: Výkonová charakteristika větrné elektrárny s výkonem 500 kW


27

Z důvodu komplikované stavby (vzdálenost od obydlí, hlučnost, zásah do krajiny, a.j.), minima vhodných větrných lokalit ve vnitrozemí nejsou větrné elektrárny v České republice ekonomicky výhodné pro malé domky, nebo chaty. Mají tedy výhradně vliv při komerčním užití získané elektrické energie. ENERGIE VODY

Vodní energie je jedna z forem, do níž se transformuje sluneční záření, neustále dopadající na naši planetu. Přeměňujeme ji výhradně na vysoce žádanou a univerzální elektřinu. Z celkové produkce elektřiny v ČR se ve vodních elektrárnách vyrobí asi jen 2 %. Vodní elektrárny představují asi 12 % instalovaného výkonu elektráren v ČR [16]. Energii z vody je možno získat využitím jejího proudění (energie pohybová, kinetická) a jejího tlaku (energie potenciální, tlaková), nebo také obou těchto energií současně. Podle způsobu využívání potom rozlišujeme i používané typy vodních strojů.

Obrázek 3.10: Typy nejčastěji používaných turbín

Kinetická energie je ve vodních tocích dána rychlostí proudění; rychlost je závislá na spádu toku. Dříve se využívala vodními koly, dnes turbínami typu Bánki a Pelton. Energie potenciální vzniká v důsledku gravitace, závisí na výškovém rozdílu hladin. Využívá se turbínami typu Kaplan, Francis, Reiffenstein, rovněž různými typy turbín vrtulových a vhodnými čerpadly v turbínovém provozu [16].

28

KAPITOLA 3. ANALYTICKÁ STUDIE Kaplanova turbína je klasická přetlaková turbína v základním provedení výborně

regulovatelná, ale výrobně náročná. Jsou použitelné pro spády od 1 do 20 m, průtoky 0,15 až několik m3/s, individuálně až několik desítek m3/s. Francisova turbína je v minulosti nejpoužívanější přetlaková turbína pro téměř celou oblast průtoků a spádů malých vodních elektráren. Instalace nových turbín v MVE se dnes omezuje na spády od 10 m a pro větší průtoky (vyšší výkony). Bánkiho turbína je stejnotlaká turbína s dvojnásobným průtokem oběžného kola, výrobně nenáročná. Turbíny jsou podle velikosti použitelné pro spády 5 až 60 m a průtoky 0,01 až 0,9 m3/s. Peltonova turbína je stejnotlaká turbína vhodná pro spády nad 30 m. Využitelné průtoky jsou od 0,01 m3/s (10 l/s). Turbína SETUR pracuje na principu rotoru, který se odvaluje po vnitřním povrchu statoru. Lze ji využít pro spády od 3,5 do 20 m a průtoky od 0,004 m3/s (4 l/s) do 0,02 m3/s. ENERGIE BIOMASY

Biomasa vzniká díky dopadající sluneční energii. Jde o hmotu organického původu. Pro energetické účely se využívá buď cíleně pěstovaných rostlin nebo odpadů ze zemědělské, potravinářské nebo lesní produkce. Biomasu můžeme rozlišit podle obsahu vody: •

suchá - zejména dřevo a dřevní odpady, ale také sláma a další odpady. Lze ji spalovat přímo, případně po mírném vysušení;

•

mokrá - zejména tekuté odpady - kejda a další odpady. Nelze ji spalovat přímo, využívá se zejména v bioplynových technologiích;

•

speciální - olejniny, škrobové a cukernaté plodiny. Využívají se ve speciálních technologiích k získání energetických látek - zejména bionafty nebo lihu.


29

Obrázek 3.11: Procesy využití biomasy

V přírodních podmínkách ČR lze využívat biomasu v následujících kategoriích [17]: 1. Biomasa odpadní: •

Rostlinné odpady ze zemědělské prvovýroby a údržby krajiny - řepková a kukuřičná sláma, obilná sláma, seno, zbytky po likvidaci křovin a náletových dřevin, odpady ze sadů a vinic, odpady z údržby zeleně a travnatých ploch.

•

Lesní odpady (dendromasa) - po těžbě dříví zůstává v lese určitá část stromové hmoty nevyužita (pařezy, kořeny, kůra, vršky stromů, větve, šišky a dendromasa z prvních probírek a prořezávek).

•

Organické odpady z průmyslových výrob - spalitelné odpady z dřevařských provozoven (odřezky, piliny, hobliny, kůra), odpady z provozů na zpracování a skladování rostlinné produkce (cukrovary), odpady z jatek, mlékáren, lihovarů, konzerváren.

•

Odpady ze živočišné výroby - hnůj, kejda, zbytky krmiv, atd.

•

Komunální organické odpady - kaly, organický tuhý komunální odpad (TKO).

30


2. Biomasa záměrně produkovaná k energetickým účelům, energetické plodiny: Tabulka 3.1: Energetické plodiny pro výrobu biomasy

Dřeviny (vrby, topoly, olše, akáty) Obiloviny (celé rostliny) Lignocelulózové Travní porosty (sloní tráva, chrastice, trvalé travní porosty) Ostatní rostliny (konopí seté, čirok, křídlatka, šťovík krmný, sléz topolovka) Olejnaté Řepka olejná, slunečnice, len, dýně na semeno Brambory, cukrová řepa, obilí (zrno), topinambur, cukrová třtina, Škrobno-cukernaté kukuřice

ENERGIE PLYNU

Zemní plyn je přírodní směs plynných uhlovodíků s převažujícím podílem metanu. Je nejedovatý a bez zápachu. Pro ekologické topení je velmi vhodný, protože po spálení nezanechává popel, jeho spotřeba se snadno reguluje a při správném spalování má nízkou produkci škodlivin. Pro energetické účely se v průběhu téměř dvou stovek let historie plynárenství používaly různé plyny. Významnějšího postavení ale dosáhly pouze plyny vyrobené zplyněním nebo odplyněním uhlí, zemní plyny a kapalné plyny na bázi propanu a butanu. Topné plyny vyrobené odplyněním nebo zplyněním uhlí patří mezi středně výhřevné plyny a v České republice jsou známé jako koksárenský plyn nebo svítiplyn. Rozhodujícími složkami těchto plynů jsou metan, vodík a oxid uhelnatý, dále obsahují dusík, oxid uhličitý a vyšší uhlovodíky. Díky vysokému obsahu oxidu uhelnatého byly tyto plyny jedovaté. Spalné teplo se pohybovalo v rozmezí 17 - 20 MJ/m3. Topné plyny s vysokým obsahem metanu patří mezi velmi výhřevné topné plyny. V České republice jsou to zemní plyny (jak karbonský, tak naftový) a bioplyny. Rozhodující složkou je metan, dále mohou obsahovat vyšší uhlovodíky a inertní plyny. Jejich spalné teplo závisí na obsahu metanu - pohybuje se přibližně od 20 MJ/m3 (bioplyny, karbonské plyny s vysokým obsahem inertů) do 40 MJ/m3 (v případě vyššího obsahu vyšších uhlovodíků může být spalné teplo zemního plynu ještě vyšší).


31

Topné plyny na bázi propanu a butanu patří mezi vysoce výhřevné plyny. V České republice se používají buď čisté plyny nebo směs známá pod označením propan-butan. Odběratelům se na rozdíl od výše uvedených plynů dodávají v kapalném stavu. Spalné teplo záleží na poměru propan : butan ve směsi. Leží tedy v intervalu 101,7 (čistý propan) 133,9 MJ/m3 (čistý butan), resp. - tyto plyny se prodávají na váhu - asi 50 MJ/kg směsi obou plynů [18]. Plynové kotle lze použít k vytápění menších (byty, rodinné domy, rekreační objekty, menší bytové domy, obchody) ale i větších objektů (školy, výrobní dílny, rekreační zařízení, objekty občanské vybavenosti). Plynové kotle se od sebe liší výkonem, způsobem instalace, využitím a účinností. Nabídka plynových kotlů je velmi široká a pro neodborníka může být těžké se v ní dostatečně orientovat. Použíti plynových kotlů je závislé na dostupnosti plynné sítě. Řada plynových kotlů je rovněž certifikována pro spalování propanu či je lze vybavit speciálním hořákem pro lehké topné oleje [19]. TUHÉ PALIVO

Do kategorii tuhých paliv řadíme černé a hnědé uhlí, koks, dřevo, brikety a pelety a další. Oproti minulým letům kotlů na tuhé paliva ubývá. Vzhledem k pracnosti při jejich obsluze a také z ekologického hlediska jsou výhodnější jiné zdroje tepla. V poslední době jsou na trhu sice i kotle šetrné ke krajině, ale i u nich, vzhledem k prašnosti, je třeba počítat se samostatnou kotelnou. Ve prospěch těchto kotlů hovoří zejména nižší provozní náklady. Černé uhlí zvané někdy také kamenné uhlí je druh usazené horniny, která vznikla z organického materiálu v prvohorách a druhohorách řadící se mezi uhlí. Jedná se o hořlavou surovinu, jenž se používá především jako palivo pro získávání tepla a energie. Řadí se mezi neobnovitelné zdroje. Nachází se nerovnoměrně rozložené na celém zemském povrchu v nejsvrchnější zemské kůře. Tyto ložiska dosahují různé mocnosti a kvality černého uhlí, která je závislá na stupni přeměny organického materiálu a době prouhelnění [20]. Hnědé uhlí je druh méně kvalitního uhlí, geologicky mladší než černé uhlí. Kromě uhlíku obsahuje velké množství příměsí - především různých popelovin a síry, obvykle také mnoho vody. Nejmladší a nejméně karbonizované hnědé uhlí se nazývá lignit. Hnědé uhlí je ve střední Evropě velmi důležitou energetickou surovinou. Jeho spalováním se vyrábí

32


elektřina v tepelných elektrárnách. V Česku je těženo především v podhůří Krušných hor v sokolovské a chomutovsko-mostecké pánvi. Koks je pevný uhlíkatý zbytek odvozený z nízkopopelového, nízkosirného černého uhlí, ze kterého jsou odstraněny prchavé složky v peci s omezeným přístupem kyslíku při teplotách kolem 1000 °C. Při tom vzniká také kamenouhelný dehet, čpavek, lehké oleje a svítiplyn. Jako palivo pro vytápění a výrobu teplé užitkové vody je koks povolen jako jediné tuhé palivo i v centrech měst, protože jeho spálením vzniká prakticky pouze CO2 a proti jiným tuhým palivům má relativně nízkou prašnost. I přes to je ale nahrazován plynovým vytápěním, které má tyto parametry výrazně lepší [20]. Tabulka 3.2: Výhřevnost různých druhů palivového dřeva a fosilních paliv

Druh paliva

Výhřevnost (kWh/kg)

Druh paliva

Výhřevnost (kWh/kg)

Listnaté dřevo Javor

4.1

Olše

4.1

Bříza

4.3

Jasan

4.1

Buk

4.0

Topol

4.1

Dub

4.2 Jehličnaté dřevo

Smrk

4.5

Modřín

4.4

Borovice

4.4

Jedle

4.5

Dřevěné brikety

5.42 Fosilní paliva

Hnědé uhlí

5.0

Lehký topný olej

11.38

Černé uhlí

8.5

Zemní plyn

9.28

Koks

7.6

ELEKTRICKÁ SÍŤ

V české elektrické síti nízkého napětí nalezneme střídavé napětí o frekvenci 50 Hz a efektivním napětím 230 V. V Česku se většina elektrické energie vyrábí v tepelných (66 % v roce 2005), jaderných (30 % v roce 2005) a vodních (3,7 % v roce 2005) elektrárnách. Dominantním výrobcem elektrické energie je akciová společnost ČEZ, která v Česku


33

provozuje 10 uhelných, 2 jaderné, 12 vodních, 1 větrnou a 1 sluneční elektrárnu a vyrábí téměř tři čtvrtiny z celkového objemu výroby elektřiny v Česku [20]. Elektrická energie je jenom transportní mezičlánek přenosu energie, kde samotná výroba eklektické energie probíhá obdobně jako u výše popsaných zdrojů energie (tj. tuhé paliva – tepelné elektrárny, energie vody – vodné elektrárny, energie slunce – sluneční elektrárny) Elektrárny mají ovšem mnohem vyšší účinnost a jsou ekologičtěji než běžné domácí kotle na fosilní paliva. Při výrobě elektřiny ve velkých tepelných (uhelných a jaderných) elektrárnách se využije cca 30 % (u starých) a až 42 % (u moderních) energie obsažené v palivu; zbytek se bez užitku odvádí do vzduchu chladicími věžemi. Proto se zbytkové teplo často využívá pro ohřev páry v systémech dálkového tepla (systémy CZT) [21]. Elektrická energie je dostupná prakticky všude, dá se snadno rozvádět do jednotlivých místností a velmi snadno, s téměř 100% účinností, se dá přeměnit na teplo. Elektrické topné systémy mohou proto být lokální (pro každou místnost zvlášť), malé, levné a snadno regulovatelné. Zásadní nevýhodou elektřiny je ovšem její relativně vysoká cena. Důvodem je drahé výrobní zařízení a malá účinnost výroby z hlediska spotřeby primárního paliva (v tepelné elektrárně se přibližně 1/3 energie obsažené v palivu přemění na elektřinu, zbytek odchází neužitečně do chladicích věží). Topení elektřinou by tedy mělo být vyhrazeno jen pro ty domy, které mají malé tepelné ztráty nebo v nich nelze použít jiný, výhodnější zdroj energie.

3.1.2 Spotřebiče energie Tato kapitola obsahuje výčet některých spotřebičů používaných v moderní inteligentní domácnosti, jejichž regulací je možné dosáhnout úspory energie, tepla a vody. Popisuje možnosti jejich regulace a základní popis parametrů a funkcí vybraných spotřebičů. LEDNIČKY, CHLADNIČKY, MRAZÁK

Při zvažování objemu chladničky lze použít obecné pravidlo, že 1 osoba využije přibližně 50 litrů chladničky a 25 litrů mrazáku. Rozměry chladniček jsou variabilní, pouze hloubka je standardně 60 cm. Mezi nejčastější typy chladniček patří chladničky bez mrazicího

34


boxu, kombinovaná chladnička s mrazničkou, chladničky jednodveřové a dvoudveřové, samostatné mrazničky, s otevíráním zepředu či shora. Chladničky se také rozlišují na jedno a a dvou kompresorové. Při dvou kompresorech lze samostatně ovládat chladicí a mrazicí část. Při odjezdu na delší dobu je tedy možno vypnout jen jednu část a ušetřit tak energii. Pro snadnou orientaci ve spotřebě energie je každá chladnička povinně zařazena do tzv. energetické třídy. Energetické třídy jsou označeny písmeny A až G, kde A znamená nejnižší spotřebu energie a G spotřebu největší. Vlivem okolního tepla se zvyšuje spotřeba energie a zatěžuje se spotřebič. Chladnička by tedy měla být umístěna v co nejchladnější části místnosti. Klimatická třída určuje optimální teplotu prostředí, ve kterém chladnička pracuje. Teplota v místnosti, ve které bude spotřebič umístěn, má vliv na spotřebu energie a optimální fungování spotřebiče. Rozlišujeme tyto klimatické třídy: SN - okolní teplota od +10 °C do +32 °C, N - od +16 °C do 32 °C, ST - od 18 °C do 38 °C, T - od 18 °C do 43 °C [22]. VARNÉ DESKY

Varné desky jsou jednou z nejpoužívanějších částí vybavení kuchyně pro vaření. Vestavné varné desky se vyrábějí v šířkách 30, 60 až 73 cm. Deska šířky 60 cm má zpravidla čtyři místa pro ohřev, přičemž bývá jedno s malým výkonem pro menší nádobí, dvě středního výkonu a jedno s vysokým výkonem. Na desce mohou být kombinovány různé druhy ohřevů [22]. Plynová varná deska Má finančně méně náročný provoz. Prakticky nulová tepelná setrvačnost při regulaci plamene umožňuje okamžitou reakci na stav připravovaného pokrmu a rychlejší ohřev. Tyto varné desky bývají vybaveny elektrickým případně automatickým zapalováním a pojistkou proti zhasnutí plamene. Pro vaření plynem musí být zaveden zemní plyn, jeho měření je spojenou s platbou dalšího měsíčního paušálu za plynoměr. Sklokeramická varná deska Elektrický odporový ohřev vylepšený nahrazením horního izolantu a litinové plotýnky přímo sklokeramickou deskou umožnil podstatně snížit ztráty energie při rozehřívání desky. Protože deska je dokonale rovná, odpadají také ztráty vzniklé nerovností plochy. Sklokeramická deska je odolná proti teplotním šokům, ale není nerozbitná. Některé sklokeramické desky obsahují plotny se zdokonalenou konstrukcí topné spirály, díky které


35

se plotna velice rychle zahřeje na požadovanou teplotu a poté ji rovnoměrně udržuje po celou dobu vaření.

Indukční varná deska Vysokovýkonné desky s indukčními plotnami jsou konstruovány pro úsporu energie i času (dokáže uvést do varu 1 litr studené vody za 2 minuty). Mezi ocelovým dnem nádoby a měděnou cívkou umístěnou pod plotnou vzniká elektromagnetické pole. Nepřetržitě zahřívá dno nádoby podle stupně nastaveného výkonu a umožňuje tak vařit rychle a efektivně. Povrch desky se přitom nezahřívá, zůstává jen mírně teplý a po skončení vaření se rychle ochlazuje. Nevýhodou je cena - indukční deska je zhruba třikrát dražší než sklokeramická a k vaření potřebuje speciální nádobí s feromagnetickým dnem. Elektrická plotýnková varná deska Provedení elektrického odporového ohřevu v keramickém izolantu s litinovou plotýnkou, jehož hlavní nevýhodou je dlouhá doba rozehřívání plotýnky a s tím spojené ztráty energie. Starší plotýnky často již nejsou dokonale rovné. To způsobuje vznik izolační vzduchové mezery, která má za následek další energetické ztráty. Podstatnou výhodou je cena. PRAČKA

Standardní rozměry pračky plněné zepředu jsou 85 x 60 x 50-60 cm (výška x šířka x hloubka), u pračky plněné shora pak 90 x 40 x 60 cm. Pro malé prostory jsou vhodné úzké předem plněné pračky s hloubkou 37 - 40 cm. Nejčastěji se setkáváme s maximální náplní 5 kg. Údaj o maximální hmotnosti náplni vždy platí pro bavlněné nebo lněné prádlo. Buben pračky je vždy vyroben z nerezu. Pro výrobu van se používají nejčastěji plasty, pak také smalt (menší kvalita, nižší cena) a nerez (výborná kvalita, vysoká cena). Existuje také varianta pračky se sušičkou, sušení je však energeticky náročné a lze zpravidla sušit jen polovinu maximální hmotnosti prádla [22]. Rychlou představu o spotřebě elektrické energie získáme z údaje tzv. energetické třídy. Energetická třída je vyjádřena písmeny A až G, kde A značí nejmenší spotřebu energie

36


a G největší. Musí být povinně uvedena u každé pračky. Spotřeba vody se pohybuje od cca 40 litrů až po 100 litrů na jedno praní. Dnešní moderní pračky nabízejí možnost nastavení otáček odstřeďování. Za běžný standard se považují otáčky do 800 ot./min. Při požadavku sušení prádla v sušičce nebo v kombinované pračce se sušičkou bychom měli volit nastavení otáček nad 1200 ot./min. Čím více odstředěné prádlo se bude sušit, tím bude sušení méně energeticky náročné. Novinkou posledních let jsou pračky řízené elektronikou. Jejich největšími přednostmi jsou jednoduchost ovládání a automatické řízení pracího cyklu podle výsledku dosavadního praní. Pračka si tak sama přidá nebo ubere máchání, prací čas a inteligentně řídí své další činnosti. Lepších výsledků praní se dosahuje při nižší spotřebě elektřiny, vody a pracího prášku. U starších modelů se setkáváme s mechanickým programátorem. TROUBA

Jednoznačným trendem moderní kuchyně jsou samostatné vestavné elektrické pečící multifunkční trouby, které díky své inteligenci a vyspělosti značným způsobem urychlují a zjednodušují

přípravu

pokrmů.

Trouby

mohou

být

v kombinaci

s plynovou

či

sklokeramickou deskou, anebo také nemusí. Vestavné trouby se vyrábějí pro zabudování do skříněk o šířce 60 a 90 cm [22]. Moderní trouby mají kromě uvedených základních typů ohřevu až 10 dalších funkcí. Jedná se především o jednoduchý či dvojitý gril, turbo-gril (kombinace grilu a horkého vzduchu), různé kombinace spodního, horního a horkovzdušného ohřevu, rozmrazování potravin apod. Základním vybavením pečicí trouby jsou dvě topná tělesa ukrytá pod vnitřním pláštěm trouby. Horní a spodní topné těleso pro horní a spodní ohřev. Na horní vnitřní stěně bývá zabudováno jedno nebo více grilovacích těles, která ohřívají sálavým teplem shora. V zadní stěně může být zabudován ventilátor, který zajišťuje proudění vzduchu uvnitř pečicího prostoru trouby a tím rovnoměrné a rychlejší ohřívání potravin nebo rozmrazování. Některé trouby mohou být vybaveny textovým displejem, na kterém je možné nastavit si tři interakční režimy s možností výběru přednastavených druhů jídel a receptů, trouba pak připraví jídlo sama. Osvětlení trouby umožňuje kontrolovat průběh vaření pohledem do osvětleného prostoru trouby. V mnoha případech to postačuje a my otevíráním trouby


37

zbytečně nesnižujeme vnitřní teplotu a tím nejen nevystavujeme připravovanou potravinu teplotním výkyvům, ale také šetříme energii, kterou by trouba spotřebovala pro dohřátí pečicího prostoru na nastavenou teplotu. Otočný grilovací rožeň je užitečný pro přípravu grilovaných kuřat. MIKROVLNKA

Mikrovlnná trouba je jedním z moderních pomocníků, kterými můžeme vybavit naše kuchyně a usnadnit si tak každodenní vaření. Mikrovlnná trouba funguje na principu vysokofrekvenčního elektromagnetického vlnění, které má schopnost pronikat takovými materiály, jako jsou například plasty, sklo, keramika a papír, a přímo tak ohřívat potraviny v těchto materiálech. Od kovových materiálů se však mikrovlny odrážejí. Organické molekuly, ze kterých se potraviny skládají, se při stimulaci mikrovlnným vlněním o frekvenci až 2450 MHz rychle rozkmitají, při pohybu vzniká tření a při tření teplo. Okolí z anorganických molekul naopak zůstává chladné, respektive ohřeje se pouze díky absorpci tepla z ohřívaných potravin. Je tedy nutné používat pouze vhodné nádobí určené pro mikrovlnné trouby. Mikrovlnná trouba s výkonem okolo 700-800 W bez přídavných zařízení se nejlépe hodí pro ohřev jídel, rozmrazování a vaření. Pro pečení masa, moučníků či zapékání je vhodná mikrovlnná trouba kombinovaná s horkovzdušným ohřevem. U těchto trub je zpravidla zabudován i gril a mají výkon okolo 1000 - 1250 W [22]. Nejjednodušší mikrovlnné trouby mají mechanické ovládání, které umožňuje pomocí dvou knoflíků nastavit výkon a čas vaření. Větší možnosti a komfort obsluhy poskytují mikrovlnné trouby s digitálním ovládáním, které jsou řízeny mikroprocesorem. Ve spojení se snímači průběhu úpravy pokrmů (teploty, vlhkosti atd.) je možno dosáhnout velmi vysokého komfortu obsluhy mikrovlnných trub. Tyto přístroje komunikují s uživatelem pomocí displeje, na kterém se znázorňují vybírané možnosti programů. KLIMATIZACE

Klimatizace je zařízení, které vzduch nevyměňuje, ale důkladně ho upravuje - zahřívá či chladí a zbavuje vlhkosti. Klimatizační jednotka pracuje na stejném principu jako chladící zařízení, na principu výměny a přesunu energií. To znamená, že pokud v místnosti chladíme, odčerpáváme z ní teplo. Dopravu a cirkulaci chladiva (teplonosné látky) zajišťuje vysoce

38


účinný kompresor, který dodává potřebné tlaky, nutné k funkci chladícího okruhu. Ve venkovní jednotce dojde ke zkondenzování chladiva a předání tepelné energie do venkovního prostředí (venkovní jednotka topí, proto nemůže být umístěna v uzavřených a nevětraných prostorech). Od vnitřní jednotky je nutné zajistit odvod zkondenzované vody, protože vzduch proudící přes výparník vnitřní jednotky obsahuje určité procento vlhkosti, která při ochlazení vzduchu zkondenzuje. Pokud se jedná o jednotku s reverzací neboli tepelným čerpadlem je venkovní jednotka vybavena navíc reverzačním ventilem (čtyřcestný ventil), který podle nastavení obrátí chod chladícího okruhu, takže vnitřní jednotka začne topit a venkovní chladit. Obecně platí, že z 1 KW elektrické energie dokáže vytvořit 2,5 – 4 KW energie tepelné (v závislosti na venkovních podmínkách a typu zařízení). Takto vybavené klimatizace se používají pro topení hlavně v přechodných obdobích = jaro a podzim. Účinnost topení u klimatizace klesá se snižující se venkovní teplotou [23].

Obrázek 3.12: Funkce a umístění klimatizační jednotky

OSVĚTLENÍ

Návrh osvětlovací soustavy a jejího typu je z hlediska úspor velmi důležitý a může znamenat i několikanásobné zvýšení spotřeby elektřiny při zajištění srovnatelného komfortu uživatelů. V bytě musí zásadně vycházet ze zařizovacího projektu místnosti. Z hlediska energetických úspor je rozhodující používání účinných zdrojů světla, neboť poměr mezi spotřebou elektřiny pro stejnou úroveň osvětlení je u žárovek přibližně 4x vyšší než u zářivek. Důležitým parametrem výběru světelného zdroje je měrný výkon, udávaný jako lm/W, který vyjadřuje účinnost přeměny elektřiny ve světlo. Pro použití světelného zdroje


39

k osvětlování interiérů s trvalým pobytem osob je však nutno dosáhnout určité "kvality světla" zdroje, vyjádřené indexem podání barev, který by měl být větší než 80. V současné době připadají pro osvětlování interiérů v úvahu prakticky pouze žárovky a zářivky [24]. Standardní a reflektorové žárovky Jsou nejznámější, nejrozšířenější a nejméně hospodárné zdroje světla s nejnižší hodnotou měrného výkonu - pouhých 8 až 18 lm/W. Na světlo se tak přemění jen 3 - 5 % spotřebované energie, zbytek je většinou ztrátové teplo. Střední doba života je jen 800 - 1000 hodin a navíc silně závisí na kolísání napětí sítě. Výhodou žárovek zůstává nízká pořizovací cena. Reflektorové žárovky se používají pro místní zvýraznění, tedy jako světelný akcent. Platí pro ně to co pro standardní žárovky. Jsou označovány písmenem R a číslem, udávajícím průměr reflektoru v milimetrech (typické je např. R63) [24]. Typ volíme obvykle podle vzdálenosti osvětlovaného předmětu. Výrobci nabízejí reflektorové žárovky i s barevným světlem. S ohledem na vysoké provozní náklady (spotřebu energie) je možno doporučit instalaci žárovek v místech s krátkodobým a spíše nepravidelným svícením. Žárovky halogenové Ve srovnání se standardní žárovkou vykazují standardní trubicové halogenové žárovky v průměru dvojnásobnou životnost. Mají také vyšší měrný výkon (14-20 lm/W). Halogenové žárovky se při jejím osazování nesmíme dotýkat holou rukou. Pokud se tak stane, musíme žárovku před zapnutím omýt čistým lihem. Látky obsažené v potu dokážou porušit povrch žárovky ve velmi krátké době a může i dojít k explosivnímu prasknutí baňky. Osvětlovací systémy s halogenovými žárovkami jsou navrhovány jako doplňkové bodové osvětlení, pro optické zdůraznění detailu či osvětlení ve speciálních případech. Zcela nevhodné jsou vzhledem k nízké účinnosti pro plošné osvětlování. Zářivky Zářivky patří k účinným zdrojům světla (měrný výkon 40 až 106 lm/W) a ve srovnání se standardní žárovkou spotřebují pro vyprodukování stejného množství světla jen asi 15-25% elektřiny [24]. Výhodou zářivek je také jejich nízká povrchová teplota svítící části zdroje ve srovnání se žárovkami. Nevýhodou oproti klasickým žárovkám je pomalejší náběh na plný výkon. Pro svou činnost potřebují zářivky malé množství rtuti a jsou proto vyhláškou č. 381/2001 Sb. zařazeny mezi nebezpečné odpady.

40

KAPITOLA 3. ANALYTICKÁ STUDIE Zářivky kompaktní s oddělenými předřadníky Jsou vhodné pro osvětlování všech druhů vnitřních prostorů. Provozují se zejména

s elektronickými předřadníky. Výhodou odděleného předřadníku jsou menší rozměry světelného zdroje (předřadník je zabudován ve svítidle). Kompaktní zářivky bez zabudovaného zapalovače lze používat i v obvodech s regulovaným světelným tokem (stmívače). Další výhodou je to, že při výměně postačí vyměnit pouze trubici s paticí, což je podstatně levnější než kompaktní zářivka. Zářivky kompaktní s integrovanými předřadníky Elektronický předřadník a zářivka tvoří jeden celek. Vyrábějí se jak se závitem E27, tak se závitem E14 a lze je přímo našroubovat do objímek stávajících svítidel. Problémem může být větší rozměr svítící části zdroje, která se do svítidla nemusí vejít. Měrný výkon a životnost je obdobná jako u zářivek. Mezi další výhody kompaktních zářivek s integrovaným předřadníkem patří snížená citlivost vůči častému zapínání a necitlivost vůči změnám napájecího napětí. Díky vyšší pracovní frekvenci (řádově desítky kHz) nevytvářejí nebezpečný stroboskopický efekt. Kompaktní zářivky s integrovaným předřadníkem nelze až na výjimky výslovně uvedené výrobcem bez poškození stmívat.

Obrázek 3.13: Tvary kompaktních zářivek s integrovaným předřadníkem

Zářivky lineární - trubicové V případě osvětlení lineárními zářivkami s klasickým indukčním předřadníkem je při jeho náhradě předřadníkem elektronickým možno snížit spotřebu energie až o 30 % a současně se zbavit různých nežádoucích efektů spojených s používáním klasického předřadníku (blikání aj.).


41

Kuchyně Kuchyně je především pracovnou. Je zde vykonávána řada zrakově náročných operací. Velmi důležité je osvětlení pracovní plochy kuchyňské linky, protože zde též může docházet k četným úrazům. Důraz je třeba klást nejen na dosažení odpovídající úrovně osvětlenosti (pracovní plocha linky 300 lx i více), ale i na kvalitní podání barev, důslednou zábranu oslnění a vhodné směrování světla. Pro celkové osvětlení prostoru je možno doporučit úroveň 200 až 300 lx. Současně platná ČSN stanoví pro kuchyň osvětlenost 100 lx. Pro celkové osvětlení kuchyně je vhodná lampa s průsvitným stínítkem kulového nebo deštníkového tvaru osazená kompaktní zářivkou teple bílého odstínu, nebo je možné použít lineárních zářivek na stropě svítidla by však měla být vybavena mřížkou, aby nebyl zdroj světla při šikmém pohledu přímo vidět a neoslňoval. Pro osvětlení pracovní plochy linky je nejvhodnější svítidlo zabudované přímo do dolní části linky. Součástí mnohých kuchyní je i jídelní kout. Ideální výška svítidla nad deskou stolu je 0,5 až 0.6 m. Světelný zdroj nesmí být v zorném poli sedících osob. Stínidlo v jídelním koutě má mít vnitřní stranu bílou, aby nedocházelo k přenesení barvy stínidla na servírované pokrmy [24].

Obrázek 3.14: Správné osvětlení jídelního stolu a pracovního místa

Obývací pokoj Požadavkem je navození příjemné atmosféry, avšak není možné zapomínat na funkčnost osvětlení při obvyklých činnostech. Hlavní osvětlení by mělo vytvořit hladinu osvětlení alespoň 50 lx, lépe však 100 lx [24]. Obývací pokoje jsou ve většině případů i pracovnou, a proto na pracovní ploše lze požadovat osvětlenost až 500 lx, podobné osvětlenosti by měly dosahovat i listy čtené knihy. Z hlediska vytvoření útulné atmosféry je možno doporučit používání světelných zdrojů teple bílého odstínu. Pro odstranění přílišného kontrastu mezi jasnou obrazovkou a tmavým okolím během sledování televize je třeba použít

42


vhodné nástěnné nebo stolní svítidlo. Svítidlo je samozřejmě nutno umístit tak, aby se neodráželo na skle obrazovky a neoslňovalo. Potřebné hladiny osvětlení pro čtení dosahujeme pomocí místního přisvětlení přenosnými stojanovými, ale i nástěnnými nebo závěsnými lampami. Je třeba, aby taková lampa měla dostatečně hluboké neprůhledné stínítko, abychom ze strany neviděli přímo zdroj světla.

Obrázek 3.15: Správné osvětlení při sledování televize a při čtení knihy

Ložnice V ložnici by osvětlení mělo vytvářet příjemnou atmosféru. Hladina osvětlení by měla dosahovat hodnoty 75 až 100 lx (norma předepisuje Em = 50 lx) [24], která postačí k základní orientaci. Z důvodu možnosti vytvoření intimní atmosféry by mělo být osvětlení regulovatelné. Toho lze dosáhnout buď odděleným vypínáním několika kompaktních zářivek ve svítidle, nebo pomocí stmívače u zářivek s odděleným předřadníkem - v tomto případě lze množství světla plynule měnit. Celkové osvětlení by mělo poskytovat převážně měkké, rozptýlené světlo. Umístění a druh svítidel pro čtení by mělo být takové, aby druhý partner nebyl rušen a aby bylo dobře směrovatelné. Z tohoto hlediska jsou vhodné polohovatelné lampičky s neprůhledným stínítkem, které ze stran zcela zakrývá zdroj světla. Osvětlení toaletního stolku a zrcadla je vhodné realizovat dvěma nastavitelnými reflektory s kompaktní zářivkou po stranách nad ním. Ostatní části V koupelně je hlavní prioritou zajištění ochrany před úrazem elektrickým proudem. Hladina osvětlení by měla dosahovat alespoň 100 lx. Svítidlo pro celkové osvětlení se obvykle umísťuje na strop - používají se stropní svítidla s difuzory nebo svítidla vestavěná do podhledu. Nad zrcadlo nad umyvadlem je vhodné umístit po každé straně reflektor pro nasvícení obličeje. Ve svítidle na stropě lze použít kompaktní zářivku, nad zrcadlem je možno použít buď svítidla s kompaktní zářivkou, nebo reflektory s halogenovou žárovkou. Při osvětlování WC je požadavkem, kromě dostatku světla (doporučená hladina osvětlení 100 lx


43

až 200 lx), kvalita podání barev. K bezpečné orientaci na chodbách, v předsíni či šatně je třeba dosáhnout hladiny osvětlení alespoň 75 lx. Chodba by však neměla být osvětlena výrazně méně než místnosti, které spojuje. V prostoru šatny je obecně požadována osvětlenost 100 lx [24].

44


CENTRÁLNÍ VYTÁPĚNÍ

Existují tři hlavní způsoby ústředního vytápění: podlahové, stěnové a radiátorové. Základem ústředního vytápění je rozvod trubek, kterými cirkuluje teplá voda.

Obrázek 3.16: Podlahové vytápění

Vlevo - rozložení teploty v místnosti prakticky totožné s ideálním průběhem: nejteplejší je podlaha, místnost je stejnoměrně vyhřátá a pod stropem prostor pomalu chladne. Vpravo - klasické radiátorové vytápění nezajišťuje dostatečný tepelný komfort v oblasti podlahy, teplo se naopak koncentruje pod stropem.

Podlahové topení Podlahové topení vyhřívá domácnost systémem, umístěným pod podlahovou krytinou. Je tvořeno hustou sítí odolných plastických hadic. Ty jsou v přímém kontaktu s betonovou mazaninou, která se tak stává topným tělesem s velkou otopnou plochou. Trubky jsou usazeny v systémové desce, která rovněž zabraňuje ztrátám tepla a izoluje proti hluku. Fólie izoluje systém podlahového topení proti vlhkosti a současně je využita pro uchycení trubek. Výstupky převyšují trubky a díky tomu je ještě před zalitím potěrem trubka chráněna a není vystavena namáhání při chůzi. Potěr, do kterého jsou trubky zality, je upraven plastifikačním prostředkem, který mimo jiné slouží ke snížení obsahu vzduchových pórů a tím i zlepšení jeho tepelné vodivosti. Podlahové topení můžeme rozdělit podle způsobu, jakým podlahu ohřívají, ale také podle zdrojů topných systémů (tedy odkud je energie pro vytápění získávána). Základní rozdělení typů podlahového vytápění je [25]:

KAPITOLA 3. ANALYTICKÁ STUDIE ●

45

Elektrické: Topné elektrické rohože (tenké vytápěcí kabely fixované na síťce) či samostatné kabely tvoří základ, na ně se pak pokládá podlahová krytina, která musí mít velkou tepelnou vodivost – např. keramické dlaždice, dřevo, laminátová podlaha, ale i bambus či korek).

●

Teplovodní: Dráty a rohože zde vystřídají plastové hadice, kterými protéká voda ohřívaná kotlem či jiným alternativním zdrojem.

●

Fan-coil: Nejde o klasické podlahové topení. V podlaze jsou umístěny hliníkové nebo nerezové žlaby s výměníkem tepla plus odvzdušňovacím ventilem na horkou vodu. Zařízení je zakryto mřížkou, kterou může stoupat ven teplý vzduch. Hodně se užívá u zimních zahrad či vnitřních bazénů. Mezi hlavní výhody patří výsledná dobrá tepelná pohoda, která je dána rozložením

tepla v místnosti a tím i lepším pocitem tepelného komfortu. Podlahové topení je zdravotně a hygienicky nezávadné. Má ekonomičtější provoz - díky nižší teplotě topné vody je spotřeba zemního plynu či jiného topného média snížena minimálně o 10 %. Ovšem z hygienických důvodů musí být teplota podlahy obytných místností omezena na 29°C, což nemusí vždy stačit k dostatečnému vyhřátí prostor s malou podlahovou plochou. Další nevýhodou je také pomalejší reakce na změny venkovní teploty. Stěnové topení Stěnové topení se od podlahového liší použitím trubek s menším průměrem, které jsou zabudovány do stěn vytápěné místnosti. Registr stěnového topení slouží k uchycení velmi tenkých (6-8 mm) trubek. Celý systém se pak snadno schová pod omítku nebo je zabudován do speciální sádrovláknité desky. Stěna se tak stává topným tělesem o velmi velké ploše. Díky tomu je možno navodit pocit dokonalé tepelné pohody již při nižší teplotě vzduchu v místnosti a dosáhnout tak zajímavých úspor nákladu na vytápění. V porovnání s předchozím typem je tedy tepelná pohoda dokonalejší než u podlahového topení. Stěnové topení je zdravotně a hygienicky nezávadné a má ekonomičtější provoz - díky nižší teplotě topné vody je spotřeba zemního plynu či jiného topného média snížena minimálně o 10 %. Teplota stěn může být i vyšší (až 35°C), přetrvává ale problém pomalejší reakce na změny venkovní teploty [26].

46

KAPITOLA 3. ANALYTICKÁ STUDIE Radiátorové topení Radiátorové topení sestává z otopných těles, která jsou obvykle umístěna pod okny

a spojena soustavou měděných trubek, ukrytých do stěn nebo podlahy. Tento typ ústředního vytápění patří i přes řadu nevýhod v našich podmínkách stále k nejhojněji využívaným. Hlavním problémem je fakt, že se jedná o bodový zdroj, který neumožňuje rovnoměrné rozložení tepla po celé místnosti. Vyšší provozní teplota topného tělesa vede k vysušování vzduchu a jeho zvýšené cirkulaci, což je velmi nevhodné pro alergiky. Ve srovnání s podlahovým či stěnovým topením má tento typ také vyšší spotřebu topného media. Na druhou stranu ale umožňuje velmi rychlé zvýšení teploty objektu [26]. KRB

V dřívějších dobách se využíval krb na dřevo především jako zařízení pro vytápění domů (staveb), či jako místo pro vaření. Dnes je možné se setkat i s funkčně- dekorativními krby, kde oheň je udržován přiváděným zemním plynem. Tvořen je z pravidla z pálených cihel, ale může být konstruován i z jiných ohnivzdorných materiálů (kupř. z vhodných druhů kamene apod.). Ohniště je místo, kde je udržován oheň a kam se přikládá hořlavý materiál. Popeliště je situováno pod krbem a spadají tam neshořelé části paliva. Komín je pak zařízení, kterým jsou odváděny plynové spaliny vzniklé spalováním paliva (t.j. jeho oxidací). V současnosti bývají do obytných prostor montovány přenosné obdoby krbů, která jsou známa pod označením krbokamna. [20]. KAMNA

Kamna jsou tepelné zařízení, které se používá k vytápění nebo vaření. Jsou vyráběna z litiny, kamene nebo jiných nehořlavých materiálů. Teplo v kamnech vzniká spalováním paliva. Spaliny a další produkty hoření jsou odváděny do komína a odtud pak ven do ovzduší. Jako palivo slouží nejčastěji dřevo nebo uhlí, popřípadě koks. Horní část kamen upravená k vaření se nazývá plotna. Mezi další typy patří americká kamna s mosaznými doplňky a ventilací, která ale mají často velmi vysokou cenu. Jsou konstruována na vytápění celého bytu. Krbová kamna jsou vyráběna z kovu, kamenů nebo betonu a používají se na vyhřívání místnosti. Specializovaná etážová kamna jsou nezbytnou součástí etážového topení, kdy je v kamnech zahřívána voda, která je běžným systémem ústředního topení rozváděna do všech místností v bytě nebo v domě [20].


47

OHŘEV VODY, BOJLER

Bojler je zásobníkový ohřívač vody. Má podobu tlakové nádoby většinou stojatého typu. Zdroj tepla může být rozličný, např. elektřina, plyn, pára, teplá voda apod. Ohřívací těleso se nachází ve spodní části, ohřátá voda se odebírá z části horní. Přítok studené vody bývá upraven tak, aby nedocházelo k nežádoucímu promísení s již ohřátou vodou. Bojler musí být vybaven zabezpečovacím zařízením, zejména pojistným ventilem, sloužícím k odvedení přetlaku při případné poruše - nevypnutí topného tělesa. Často bývá doplněn též čidlem, podle jehož údajů se automaticky zapíná či vypíná ohřev vody. Při rozhodování o kapacitě bojleru záleží na vytíženosti a počtu členů domácnosti. Orientační výpočet říká, že jedna osoba spotřebuje zhruba 50 litrů denně, dvě osoby 80 - 100 litrů, tři osoby 100 - 120 litrů a čtyři osoby 150 - 200 litrů vody za den. Teplotu vody v bojleru je dobré udržovat spíše na šetřícím režimu. Není nutné udržovat zbytečně horkou vodu (ideální je cca 55 C). Bojler by měl být umístěn co nejblíže místu spotřeby. Eliminují se tak citelné tepelné ztráty v potrubí [27]. Rozlišujeme 2 základní typy bojlerů: ●

Tlakový ohřívač: Studená voda se v akumulačním zásobníku ohřeje pomocí elektrického topného tělesa na požadovanou teplotu a během dne je pak ze zásobníku postupně odebírána a přes vodovodní baterii (po smísení se studenou vodou na požadovanou teplotu). Výhodou je možnost levného provozu v době nízkého tarifu, tzv. noční proud. Má malý příkon, takže většinou není nutné zvyšovat hodnotu hlavního jističe. Nevýhodou jsou větší rozměry (například v koupelně může narušovat celkový vzhled) instalace. Při menším využívání je ohřev vody do zásoby neekonomický.

●

Beztlakový ohřívač: Samotný zásobník není pod stálým tlakem vodovodního řadu (tlak vody je v rovnováze s okolní atmosférou) a musí mít speciální beztlakovou vodovodní baterii. Zásobníky se vyrábějí v menších objemech 5, 10 a 15 litrů, jsou určeny výhradně pro lokální ohřev vody a zásobování jednoho místa, např. kuchyňského dřezu nebo umyvadla. Má spíše malé rozměry, které umožňují jeho instalaci téměř kamkoliv, např. do kuchyňské linky. Mezi další výhody patří rychlý ohřev vody a plynule nastavitelná teplota, nízká cena, jednoduchá a rychlá montáž a snadná údržba (odstraňování vodního kamene a možnost úplného vypouštění vody).

48

KAPITOLA 3. ANALYTICKÁ STUDIE Nevýhodou je pak využití pouze pro lokální odběry teplé vody (kuchyně, umyvadla, WC).

BAZÉN

Bazén je stavba, která zadržuje přiváděnou vodu a slouží k rekreačnímu nebo sportovnímu vyžití. Může být postaven nad zemí, nebo v zemi. Velikost záleží především na finančních a prostorových možnostech. Nárokům pro rodinné koupání většinou vyhovuje bazén s rozměry 6x3 metry. Náklady na vybudování zahradního bazénu se pohybují od několika tisíc až třeba po půl milionu korun. Nejlevnější jsou dětské nadzemní bazény, k jejichž nevýhodám patří předem daný kruhový tvar, malé rozměry, špatná cirkulace vody a nízká životnost. Navíc je nutné je na zimu uklízet. Další kategorií, která může být až desetkrát dražší, jsou montované pozinkované nebo plastové bazény. V poměru ke své ceně se vyznačují nízkou životností, hrozí jim nebezpečí vzniku trhlinek nebo deformace. Dodávají se jen v typizovaných rozměrech a tvarech. Betonové bazény mají podstatně vyšší životnost, pevnost a nepropustnost, vyžadují ale větší stavební připravenost. Pokud je použit keramický obklad, může zvláště při větších mrazech docházet k jeho narušení. Bazén může být vyhřívaný, nebo ne. Pokud dochází k častému střídání slunečných a chladných deštivých dní, voda v bazénu zůstává trvale chladná. Vyhřívání bazénu je možné pomocí konvenčního topení nebo využití tepelné sluneční energie ze solárních kolektorů. Skutečně využitelné množství energie pro tento účel vzniká již v dubnu a trvá do konce září. SKLENÍK

Skleník je stavba sloužící pro pěstování rostlin, které vyžadují specifické klimatické podmínky (především vyšší teplotu než má okolí a vlhkost vzduchu). Tvoří jej nosná konstrukce opatřená průhlednými deskami (nejčastěji sklo nebo plast). Ty jsou často upevněny v okenních rámech z důvodu možnosti větrání. Vnitřek skleníku se ohřívá působením slunečního záření, které prochází pláštěm skleníku, ten naopak znemožňuje tepelné ztráty (skleníkový efekt). Skleníky mohou být opatřeny vytápěním pro udržení vyšší teploty v zimních měsících.


49

Podle teploty vytápění rozdělujeme skleníky do následujících skupin [20]: ●

Studený skleník: Není přes zimu vytápěn, proto se teplota uvnitř liší od té venkovní maximálně o 1–3 °C.

●

Temperovaný skleník: Od studeného skleníku se liší právě tím, že v něm v zimě nemrzne, protože je v zimním období vytápěn. Na rozdíl od vytápěného skleníku ho ale není potřeba vytápět na vysoké teploty.

●

Teplý skleník: Jsou nejnáročnější na vytápění a používají se pro pěstování tropických a subtropických rostlin. Ty i v zimních měsících vyžadují teploty okolo 20 °C, což klade velké nároky na topnou soustavu ve skleníku. U těchto skleníků je proto sklo většinou nahrazeno plastovým zasklením, aby se snížily nároky na vytápění, což ale zvyšuje pořizovací cenu skleníku.

ZIMNÍ ZAHRADA

Zimní zahrada bývá součástí obytné části domácnosti a slouží především k odpočinku, ale je také vhodným praktickým a estetickým doplňkem. Celá její konstrukce bývá propustná slunečnímu záření a je vhodná zejména pro vytápění slunečními kolektory. Bývá vyrobena z kombinace hliníkových a plastových profilů, kde jsou umístěny žlaby pro sběr a odvod dešťové vody. Střešní konstrukce je standardně vybavena mikrovětráním. Střešní panely jsou z polykarbonátu v 16,25, 32 mm nebo ze skla 24, 28mm. Obvodová konstrukce je vyrobena z 3 nebo 5 komorových PVC profilů s panely tvořenými izolačním dvojsklem se součinitelem prostupu tepla U= 1,1 W/m2K, na přání zákazníka lze panely osadit speciálními druhy skel (bezpečnostní skla, tepelně odrazivá skla s pokovenou vrstvou, vzorovaná a strukturovaná skla, barevně tónovaná skla a vitráže), nebo různými druhy komůrkových polykarbonátů. Všeobecně lze však na přání zákazníka dodat prakticky jakýkoliv druh zasklení [20]. Do stěn lze osadit nejrůznější formy otvíravých, výklopných a posuvných prvků, vč. skládacích a individuálních panelů. Jejich volba a počet závisí vždy na navrženém větrání objektu a přání zákazníka. Střešní rovinu zimní zahrady lze vybavit také výsuvnými okny s elektrickým pohonem.

50


SAUNA

Sauna je malé stavení nebo místnost, která se po vytopení používá jako ohřívárna při saunování. Vnitřek sauny je velmi dobře izolovaný od okolí a vykládaný dřevem, které působí dobře na psychiku člověka. V sauně jsou saunová kamna (kiuas), která obvykle vyhřejí místnost na teplotu od 60 do 120 ˚C, ale lze nalézt sauny i o teplotě 130 až 140 ˚C. Ve finské sauně jsou na kamnech kameny, na které se čas od času nalévá voda, aby vzniklá pára na chvíli zvýšila vlhkost vzduchu. Vlhkost vzduchu v sauně je obvykle relativně malá, několik desítek procent. V saunových kamnech se obvykle topí dřevem, ale velmi častá jsou elektrická kamna, zejména v bytech. Někdy je možno se setkat i s naftovými kamny. Primitivní sauna může fungovat bez použití saunových kamen. Základem je opět dobře izolovaná stavba, která je ale vytápěna kameny, rozžhavenými venku v otevřeném ohni. To je nejspíš i původní princip vytápění sauny. ČERNÁ TECHNIKA (TV, PC, HIFI, DVD)

Televizor je označení pro koncové zařízení pro příjem televizního vysílání (obvykle se jedná o zvláštní elektronický přístroj), na kterém lidé sledují televizní vysílání nebo vysílání průmyslové televize. V televizorech se dříve (ovšem mimo prehistorické doby vzniku televize a televizorů) používala výhradně klasická televizní obrazovka na bázi katodové trubice (CRT), dnes se stále častěji používají LCD (tekuté krystaly) a plazmové obrazovky. Stolní počítač patří mezi nejrozšířenější typ počítačů. Jsou používány ve školách, pro práci, ale i pro zábavu. Nejčastěji na nich uživatelé vytvářejí textové dokumenty, upravují fotografie a nebo používají ke vzájemné komunikaci přes Internetovou síť. Desktopy jsou modulární, lze je velmi jednoduše vylepšovat a přestavovat. Notebooky používáme na stejné úlohy jako stolní počítače. V současnosti není cenový rozdíl mezi stolním počítačem a notebookem tak velký a tím výrazně stoupá i zájem o ně. Notebooky z funkčního hlediska mají integrované komponenty se srovnatelnými funkcemi jako stolní počítače, komponenty však nejsou zaměnitelné. Komponenty v notebookách jsou miniaturní a optimalizované z hlediska spotřeby energie. Notebooky používají k zobrazování zabudovaný LCD display,. Mezi další zařízení určené zejména pro zábavu patří domácí kino, hi-fi věž a další.


51

3.2 Systémy pro automatizaci domácnosti 3.2.1 Elektroinstalace v inteligentní domácnosti Termín "integrovaný systém pro automatizaci domácnosti" se v dnešní době dostává do popředí zájmu veřejnosti. Každý ale může tento pojem vnímat jinak. Pro srovnání, tradiční elektroinstalace vypadá tak, že napájecí kabely vedou z jističe do rozvaděče. Ten je postupně připojen pomocí kabelů ke komponentám, například rozvod světla. Pokud už je jednou elektroinstalace zavedena, jen stěží se na ní dá něco měnit. A navzdory faktu, že moderní společnost si žádá flexibilitu, komfort a bezpečí, většina nově stavěných i rekonstruovaných domů ještě stále používá tento zastaralý a svým způsobem omezený systém elektroinstalace.

Obrázek 3.17: Struktura tradiční elektroinstalace

Dálkově řízený rozvaděč byl uveden na trh již před několika desítkami let. Na rozdíl od běžných rozvaděčů, které jsou instalovány decentralizovaně po celém domě, centralizoval rozvody komponent do jističe. Kabely vedoucí ke komponentám jsou koncipovány do hvězdy, stejně tak jako kabely k ovládacím tlačítkům. Pokud je potřeba je přepnout, vysílají signály k dálkově ovládanému rozvaděči. V praxi se tento typ elektroinstalace využívá spíše zřídka kdy, i když jeho velkým přínosem je flexibilita. Ovládací tlačítka mohou být snadno přidána do již existujících ovládacích bodů než nutnosti instalace dalších kabelů. K jednomu rozvaděči nebo komponentě může být paralelně připojeno množství ovládacích tlačítek. V určitých případech může existovat také skupinové či centrální řízení. Bezpečnost

52


takovéto instalace zvyšuje také fakt, že dálkově ovládané rozvaděče pracují při velmi nízkém napětí (24V).

Obrázek 3.18: Příklad čtyřnásobného dálkově řízeného rozvaděče Každý z rozvaděčů může být řízen zvlášť nebo skupinovým nebo centrálním použitím ovládacích tlačítek.

Obrázek 3.19: Čtyřnásobný dálkově řízený rozvaděč Každý z rozvaděčů může být řízen zvlášť nebo skupinovým nebo centrálním použitím ovládacích tlačítek. Díky několika záložním kabelům s ovládacími tlačítky je vždy možné instalovat dodatečně další tlačítka bez nutnosti zavádění dalších kabelů.


53

Na příkladu výše vidíme, že je sice nutné instalovat o několik kabelů navíc, ale jejich instalace je velice jednoduchá. Odpadá spousta práce ve stropní oblasti, jelikož všechny kabely vedou ke komponentám (zdrojům světla) podlahou, což instalaci velmi zjednodušuje a urychluje.

Elektronické řízení osvětlení umožnilo, aby byla svítidla v daném místě ovládaná zvlášť, nebo i současně. Možné je také nastavení světelné atmosféry, kdy jsou světla různě utlumena na požadovanou intenzitu. Takovéto systémy osvětlení se nacházejí především na divadelních či filmových scénách a jsou tedy často řízeny profesionály. Oddělené skupinky světel mohou být ovládány pomocí tlačítek, napojených na jejich vlastní sběrnicový systém, nebo mohou být řízeny prostřednictvím infračerveného dálkového ovládání.

Obrázek 3.20: Čtyřkanálový tlumící svazek tvořící systém řízení osvětlení pro 12 obvodů žárovek

S dalšími dvěma doplňkovými moduly mohou být řízeny také 4 tlumící zářivky.

Pro inteligentní řízení domácnosti se používají také další systémy, jako například systém pro vytápění, kde elektronický regulátor zaznamenává venkovní teplotu a na základě toho upravuje teplotu vody, nebo vypočítává dobu, potřebnou k přechodu z noční teploty na příjemnou tepelnou pohodu. Elektricky řízená garážová vrata či samospouštěcí roletový systém řízený východem a západem Slunce můžeme taktéž řadit k inteligentním systémům. Společnou nevýhodou všech těchto jinak velmi užitečných a propracovaných systémů je ovšem fakt, že nejsou

54


integrované. Ve chvíli, kdy pomocí dálkového ovladače v autě otevřeme garážová vrata, náš dům už se bohužel nedoví, že jsme se vrátili z práce. Náš inteligentní systém pro vytápění se nedoví, že si přejeme právě nyní příjemně vyhřátý dům či připravit napuštěnou vanu v koupelně. Bohužel zde neexistuje žádné komunikační propojení mezi těmito dílčími systémy. Signifikantním prvkem za posledních několik desítek let se stal obrovský nárůst množství elektrických spotřebičů využívaných v domácnosti. Komponentami řízenými inteligentním systémem byly původně jen osvětlení a klimatizace. Do každé místnosti bylo umístěno jedno hlavní světlo s vypínačem umístěným u dveří a přímo pod ním síťová zásuvka pro vysavač. Velice záhy se však na trhu objevila spousta dalších užitečných zařízení jako pračka, sušička nebo elektrická žehlička. I kuchyně se zaplnily spoustou elektrických spotřebičů: myčka, kuchyňský bojler, lednička a mraznička, pec, mikrovlnka, plynová trouba, ale také kávovar, elektrický kráječ na chleba, odšťavňovač či otvírák na konzervy patří ke spotřebičům, které téměř každý má, zná a používá. V obýváku a kuchyni bylo později centrální světlo rozšířeno o povrchová nízkonapěťová bodová světla s možností tlumení, jelikož se předpokládá, že právě v těchto místnostech bývá zapotřebí světel více. V obývacím pokoji se objevila nejrůznější audio a video zařízení, klasická televizní obrazovka byla nahrazena moderní širokoúhlou plazmou nebo LCD displejem, a pro živější a realističtější obraz dnes již není výjimkou systém domácího kina. 5 reprobeden plus subwoofer zaručují, že se při scénách ze svých oblíbených filmů budete cítit doslova vtaženi do děje a i vaši sousedé jistě ocení dokonalé těžké basové tóny. Pro uchování zážitků z filmů jsme byli zvyklí používat videorekordéry, které již dnes byly nahrazeny DVD přehrávači a rekordéry. Taktéž stále více roste obliba digitální televize. Už si nemusíme chodit půjčovat filmy do půjčoven, stačí si vybrat pomocí dálkového ovladače, případně si zakoupit film prostřednictvím internetu. Pro poslech své oblíbené hudby v každém pokoji domácnosti můžeme využít systém vícezdrojové audio distribuce, takže již nikdy nepropásneme ranní zpravodajství, zatímco se budeme chystat v koupelně. Všechny tyto inteligentní systémy, i když jsou jinak fantastické, nám dohromady vytvářejí menší stoh dálkových ovladačů, naskládaných na konferenčním stolku. Ovladače jsou plné různě velkých tlačítek, hrajících všemi barvami duhy, a častokrát jsou ještě další tlačítka sofistikovaně skryta pod vrchním uzávěrem. Každé z těchto zařízení má odlišné


55

funkce a většinou, pokud chceme něco nastavit, musíme kvůli tomu nahlížet do manuálu. Vstřícnost ke svým uživatelům je často jen prázdným pojmem. Za posledních 50 let se tedy styl domácí elektroinstalace příliš nezměnil, tradiční elektroinstalace s nulovou flexibilitou je stále v kurzu. V moderní domácnosti existuje spousta různých subsystémů, každý z nich má svou funkci, ale bohužel mezi nimi není žádná vzájemná komunikace, jsou to všechno samostatně fungující systémy. Ani vstřícnost vůči svým uživatelům nepatří k silným stránkám těchto systémů a je celkem náročné vyznat se v tom, jak se všechny tyto systémy vlastně ovládají. Chceme-li žít flexibilně a pohodlně, je nutné přizpůsobit tomu také techniku v domácnosti. Rodiny s malými dětmi budou mít jiné nároky, než například samostatně žijící starší lidé s omezenou pohyblivostí. A zde jsou odpovědí právě domácí integrované systémy. Problémem je, že význam tohoto pojmu chápe každý úplně jinak, od instalatéra přes stavitele až po architekta. Proto je dobré si ujasnit, co tento pojem vlastně znamená. Slovo integrovaný se ve světě elektrotechniky a počítačů používá často. Bylo by ale příliš jednoduché tvrdit, že integrovaný systém pro řízení domácnosti znamená pouze řízení elektrických komponent za použití elektroniky a počítačů. Skutečnost je podstatně více komplexní. Každý výrobce, dovozce, spotřebitel i uživatel má svůj vlastní výklad. Jejich pojetí je povětšinou správné, ale pouze ve vztahu k jednomu konkrétnímu systému, ne už pak k ostatním integrovaným systémům na trhu. Následující definice není závislá na žádné konkrétní značce či produktu a byla používána po mnoho let ve VEI (Vlaams Elektro Innovatiecentrum [Vlámské centrum pro elektrické inovace], www.vei.be) a ve Vormelek (organizace pro výuku instalatérů elektrických zařízení v Belgii, www.vormelek.be). "Integrovaný systém pro řízení domácnosti je integrovaný systém, který obsluhuje a řídí všechna elektrická zařízení v domácnosti za účelem zvýšení pohodlí, flexibility, zlepšení komunikace, bezpečnosti, a racionální spotřeby energie." [28] Kvalitní systém musí být schopen integrovat v sobě spoustu samostatných zařízení a subsystémů v domácnosti tak, aby byly schopné spolu navzájem komunikovat. Například moderní bojler pro vytápění již v sobě má svou vlastní logiku k tomu, aby zajistil správnou teplotu vody na základě venkovní teploty. Integrovaný systém pro řízení domácnosti by neměl přebírat tyto speciální funkce. To co požadujeme je, že při odchodu z domu systém automaticky vyšle topnému systému zprávu o tom, aby ve všech místnostech domácnosti

56


nastavil vytápění s redukovanou spotřebou. Výsledkem bude to, že obyvatel nebude nucen obcházet všechny termostaty a nastavovat je ručně na noční režim. Integrace taktéž znamená, že jeden jediný operační systém může obsluhovat množství různých zařízení. Příkladem může být univerzální dálkové ovládání, kterým ovládáme nejen televizní přijímač a audio systém, ale také osvětlení a rolety, čímž předejdeme potřebě vlastnit velké množství různých dálkových ovladačů. Prvním krokem ke zvýšení komfortu je snížení počtu operací, které musí uživatel pro dosažení nějakého výsledku vykonat. Pro příklad, s tradiční elektroinstalací musíme každý večer znova a znova nastavovat různé okruhy osvětlení na takovou úroveň intenzity, aby byla pohodlná pro sledování televize. Máme-li v místnosti například 4 takovéto okruhy, musíme nastavit každý z nich zvlášť. S integrovaným systémem stačí pouze stisknout tlačítko "sledovat televizi". Pro uživatele to znamená pouze jednu akci, výsledkem ovšem bude nastavení všech čtyř okruhů pro osvětlení a současně také zapnutí televize, vyhledání nejoblíbenějšího televizního kanálu, nastavení vhodné hlasitosti zvuku a dokonce třeba zatažení rolet, to vše na základě jediné funkce pro zajištění celkově příjemné atmosféry. V rámci obývacího pokoje můžeme mít například nastaveno několik takových profilů, vhodných pro přijímání návštěv, hraní s dětmi, čtení knihy nebo pro vytvoření romantické večerní atmosféry. Jediný stisk tlačítka můžeme použít nejen pro toto lokální nastavení, ale také pro nastavení globální. Například funkce "prázdný dům", kde obyvatel domácnosti, který odchází jako poslední, vyvolá stiskem tohoto tlačítka funkci, která uvede všechna zařízení do vypnutého stavu a aktivuje například bezpečnostní alarm, případně také režim simulace přítomnosti osob v domácnosti. Uživatel si tak již nemusí dělat starosti s tím, zda nezapomněl zhasnout světla či vypnout žehličku.


57

Obrázek 3.21: Integrace různých funkcí stisknutí jediného tlačítka

Dalším způsobem jak zvýšit pohodlí je zaměřit se na uživatelskou přívětivost systému. Například zajištěním toho, aby opakující se funkce pro ovládání systému v celé domácnosti byly graficky konzistentní. Hlavní vypínač světla v daném pokoji může být umístěn vždy do levého horního rohu ovládacího panelu pro všechny pokoje společně. Funkce "vypnout vše" pak v pravém spodním rohu panelu. I další funkce by měly mít své specifické umístění na ovládacím panelu, jako jsou například stáhnout/vytáhnout rolety apod. Vyšší spokojenosti svých uživatel lze dosáhnout také prostřednictvím multifunkčního dálkového ovladače s dotykovým displejem tak, aby uživatel pomocí obrázkových ikonek nebo textových tlačítek jasně věděl, které funkce právě ovládá.

Obrázek 3.22: Dálkový ovladač Philips Pronto s dotykovým displejem

Třetím krokem pro zvýšení komfortu je automatizace určitých funkcí. Můžeme brát v úvahu například použití výchozích podmínek. V závislosti na tom, zda je venku světlo či tma, se mohou na nějakou dobu rozsvítit venkovní světla v momentě, kdy je aktivována funkce "prázdný dům. Je ovšem důležité nepřesáhnout míru nežádoucího "přeautomatizování" domácnosti. Obyvatelé inteligentní domácnosti by nikdy neměli mít pocit, že se jejich životy

58


řídí zákony ovladačů jejich automatizované domácnosti. Uživatel vždy musí být schopen zasahovat do všeho, co má být v domácnosti v daný okamžik řízeno. Každý integrovaný systém pro řízení domácnosti musí být přizpůsobitelný. Funkce jednotlivých tlačítek musí být snadné kdykoli přenastavit. Musí být umožněno přidání nového senzoru (například tlačítka), ideálně bez nutnosti instalace dalších kabelů. Tato forma přizpůsobitelnosti se nazývá dlouhodobá flexibilita. Způsoby, jakými jsou inteligentní systémy schopny tuto vlastnost naplnit, jsou různé. U některých systémů je veškeré příslušenství řízeno softwarově. U jiných systémů musíme nahradit konkrétní moduly k tomu, abychom mohli změnit jejich funkci, případně musí být ovládací modul odebrán ze stěny, abychom tak mohli nainstalovat jiný konfigurátor.

Obrázek 3.23: Nikobus – přidání dalších funkcí, přidáním většího tištěného spoje

Obrázek 3.24: Modulu, kde se pro změnu funkcí modulu používá konfigurátor


59

Integrované systémy pro řízení domácnosti, které mohou být konfigurovány a programovány pomocí počítačů, naplňují požadavky okamžité flexibility. Je pak možné během několika málo minut kdykoli nahrát data z počítače od různých uživatelů přímo do systému, a to lokálně nebo i vzdáleně prostřednictvím internetu. Okamžitá flexibilita může být velice užitečná například pro jednoduché nahrávání či změnu profilů různých uživatelů.

Obrázek 3.25: Konfigurace ovládacího panelu Vantage počítačem

Komunikace je dnes velice důležitou součástí našich životů. Kromě pevné telefonní linky má dnes již téměř každý jeden či více mobilních telefonů, které používáme nejen k vedení telefonních hovorů, ale také k zasílání krátkých textových zpráv či obrázků, přehrávání filmů či oblíbené hudby nebo k brouzdání po internetu. Máme doma vstupní hlasový nebo video interkom, rychlé připojení k internetu a samozřejmostí bývají také televizory v obývacím pokoji či ložnici.

60


Obrázek 3.26: Video interkom k ovládání integrovaného systému v domácnosti

Výše zmíněné možnosti komunikace jsou sice samy o sobě velice užitečné, ovšem velké omezení je v tom, že nejsou vzájemně integrované. Proč bychom nemohli ovládat osvětlení pomocí telefonu na našem stole? Chceme-li se neplánovaně vrátit domů o něco dříve, bylo by příjemné pomocí SMS zprávy nastavit vhodnou teplotu v obytných místnostech. Také ovládání pomocí internetu se těší stále větší oblibě, nabízí se tedy možnost připojení PDA k domácí bezdrátové síti. Vstupní video interkom nemusí sloužit pouze pro komunikace s právě příchozími návštěvníky, ale také pro ovládání integrovaného systému řízení nebo ke spouštění různých dalších programů jako je například Windows Media Player. A k tomutéž účelu může docela dobře sloužit také televizní obrazovka…

Obrázek 3.27: PDA jako dálkové ovládání integrovaného systému


61

Integrovaný systém pro řízení domácnosti není sám o sobě bezpečnostním systémem, ale i přesto vidíme, že může k bezpečnosti svých obyvatel velkou měrou přispět. Důležitým prvkem

bezpečnosti

je

existence

protipožární

ochrany.

Předpokládejme

dům

s instalovanými detektory kouře, které jsou zároveň napojeny na inteligentní integrovaný systém. Signalizuje-li jeden či více detektorů poplašný alarm, sepne se zároveň beznapěťový kontakt v domácím integrovaném systému. Je-li tento kontakt uzavřen, pak inteligentní systém pozná, že je spuštěn požární alarm. A v tom okamžiku může inteligentní systém vhodně reagovat tak, aby zajistil včasnou evakuaci všech obyvatel domu. Všechna zbytná zařízení jako myčka, pračka, sušička a topení jsou odpojena. Světla se rozsvítí na strategických místech (obytné prostory, ložnice, chodby, vchody a zahrada). Elektricky řízené rolety se vytáhnou, aby v případě, že nebude jiné únikové cesty, byla možnost opustit dům oknem. Audio systém může být nastaven na vysokou hlasitost pro zajištění toho, aby i spící obyvatelé byli urychleně probuzeni a upozorněni na vzniklé nebezpečí. I v případě, že nepůjde o nebezpečí požáru, nebo že v domě nejsou žádné detektory kouře, může inteligentní systém pro zvýšení ochrany proti vzniku požáru využít preventivních opatření. Tlačítko "prázdný dům" u garážových dveří nemusí sloužit pouze k tomu, že vypne všechna světla, ale odpojí od hlavního zdroje také všechna zařízení, u kterých může hrozit nebezpečí požáru (kávovar, žehlička, kuchyňská zařízení). Pokud není nikdo doma nebo v případě, že obyvatelé domu spí, není důvod, aby byla tato zařízení zapnuta.

Obrázek 3.28: Detektory kouře připojeny k inteligentnímu integrovanému systému

Klidnému spánku může pomoci také systém zabezpečení proti vloupání. V případě aktivace alarmu proti vloupání systém automaticky spustí venkovní alarm a tím naruší zlodějovu koncentraci. Především můžeme rozsvítit spoustu světel, můžeme naplno spustit distribuovaný audio systém, blikat venkovními světly pro výstrahu sousedům a policii, že něco není v pořádku, můžeme vytáhnout zatažené rolety, aby tak bylo dobře vidět zvenku

62


dovnitř. I v případě, že ke skutečné loupeži nedošlo, může inteligentní systém jako preventivní opatření simulovat přítomnost obyvatel v domě, například načasovaným rozsvěcováním světel či zatahováním a vytahováním rolet.

V mnoha Evropských zemích je již dnes patrný efekt postupného stárnutí populace. Jako důsledek baby boomu po druhé světové válce se ovšem rychle zvyšuje také poměr starších lidí v populaci. S přispěním kvalitní lékařské péče se lidé dožívají vyššího věku. Také ale ubývá počet nově narozených dětí a na trhu práce je stále méně mladých lidí, kteří by se zajímali o sektor zdravotnictví nebo domácí péče. Tyto důvody mají za následek to, že lidé budou muset ve svých domovech trávit mnohem více času než doposud. K řešení mohou přispět například osobní alarmy integrovaných systémů, které mohou vykonávat spoustu úkolů místo starších nemohoucích lidí. Příkladem je například automatické stahování a vytahování rolet, automatické vypínání kuchyňských zařízení (vařič, trouba atd.), automatické noční olemování cesty směrem ke koupelně, toaletě či ledničce. Dalším typem osobního alarmu je detekce "neaktivity", tedy v případě, že systém nezaznamená po určitý časový úsek (například 10 hodin) žádnou činnost svého majitele (nebylo stištěno žádné ovládací tlačítko v domácnosti, případně pohybový detektor nezaznamenal žádný pohyb), což může znamenat, že osoba leží nemocná na lůžku, nebo se jí stala nehoda. Systém v takovém případě například kontaktuje centrum sociálních služeb, které k postiženému pacientovi může vyslat pečovatele nebo lékaře, kterému po jeho příchodu umožní dálkově vstup do budovy. Přeje-li si starší osoba přivolat pomoc sama, může tak učinit za pomocí transpondéru, umístěném na zápěstí, kdy jediným stiskem tlačítka aktivuje hlasové spojení.

Obrázek 3.29: Alarm pro přivolání pomoci pro starší nemohoucí lidi


63

Co všechno musí být v dané domácnosti instalováno a naprogramováno záleží na zvyklostech a životním stylu jejích obyvatel. Instalátor pak musí při vytváření konkrétního integrovaného systému pro řízení domácnosti vzít tato fakta v úvahu, musí vždy respektovat především přání zákazníka.

Důležitou vlastností domácích integrovaných systémů je racionální řízení spotřeby energií. Jelikož přirozené zdroje energií jsou značně omezené a dá se očekávat velký nárůst jejich ceny, je do budoucna potřebné počítat s jejich úsporným zacházením. Největší množství spotřebované energie v domácnosti jde na vytápění a klimatizaci. Výzkumy podle VEI uvádějí, že ve Flandrech by mohlo být ušetřeno až 15% energie důmyslným propojením vytápěcího systému s inteligentním systémem pro řízení domácnosti. Dá se očekávat, že energie ušetřená v chladnějších Evropských zemích bude vyšší než v jižních klimatických podmínkách. Regiony kolem Středozemního moře mohou mít teoreticky větší úspory v používání klimatizace. Úspor může být dosaženo také pomocí dalších domácích komponent, již ale v mnohem menším měřítku. V některých Evropských zemích je zásoba domácnosti elektrickou energií značně omezená. Je-li zapnuto příliš mnoho spotřebičů najednou, vyhodí jistič pojistky. Zde mohou hrát důležitou roli právě inteligentní integrované systémy například tím, že (s ohledem na přání majitelů) dočasně odstaví určité jednotky v případě, že hrozí přetížení.

Obrázek 3.30: Úspora spotřeby energie omezením max. počtu připojených spotřebičů

Zařízení, které má funkci standby, indikovanou svítící LED diodou, spotřebovává energii i přesto, že se zrovna nepoužívá. V běžné domácnosti s televizí, DVD přehrávačem, dvěma počítači se spolupracujícími monitory, tiskárnou, audio systémem atp. mohou být úspory pro případ, že by tato zařízení byla v případě nepoužívání vypnuta, ve výši 3 000 až 6 000 korun ročně. Kuchyňský ohřívač (10 - 15 litrový) umístěný pod kuchyňskou linkou je

64


za normálních podmínek jen málokdy vypnutý. Ovšem v době, kdy spíme nebo jsme pryč, málokdy potřebujeme v kuchyni teplou vodu. Pokud se zdržujeme doma (a nespíme) nebo v kuchyni, může být kuchyňský ohřívač automaticky připojen k hlavnímu přívodu elektrické energie. V krátkém časovém úseku pak můžeme mít znova vodu teplou. Chceme-li realizovat jednu nebo více výše uvedených funkcí, musíme si také uvědomit, že i integrovaný systém sám o sobě má určitou spotřebu. Pokud chceme ušetřit energii, spotřebovávanou ve standby režimu, musíme dát pozor na to, aby spotřeba integrovaného systému, který toto řídí, nebyla větší, než ušetřená energie. Pomalu se stále více dostává do povědomí lidí možnost o využívání vlastních zdrojů energie pro domácnosti, například využitím alternativních zdrojů energie, jako jsou energie Slunce, vody a větru tam, kde to podmínky dovolí.

3.2.2 Systémy v inteligentní budově Mezi základní systémy v inteligentní budově patří například vzduchotechnika a topení, systém elektronické požární signalizace, systém ovládání osvětlení a žaluzií, systém uzavřeného televizního okruhu - CCTV, elektronický kamerový zabezpečovací systém, hifi a TV systém a případně některé další systémy. CENTRALIZOVANÁ A DECENTRALIZOVANÁ ARCHITEKTURA

Systémy v inteligentní budově můžeme podle stylu rozvodů elektrického vedení rozdělit do dvou základních typů.

Obrázek 3.31: Centralizovaný systém elektrického vedení v inteligentní budově


65

Centralizované systémy obsahují jeden řídící prvek, který zpracovává všechny vstupy ze snímačů a generuje reakce na dané události. Přístroje jsou snáze dostupné a jasně uspořádané. Jedná se o aktuálně nejpoužívanější architekturu s nízkou úrovní zabezpečení vůči chybám a vnějšímu napadení, s relativně nízkými pořizovacími náklady. Decentralizované systémy obsahují řídící prvky na každém senzoru nebo akčním členu (přístroje, spínače). Nejčastěji se vyskytují v sběrnicovém zapojení. Vyznačují se vysokým stupněm zabezpečení, ale také vysokými pořizovacími náklady. Jsou méně náročné na práci během montáže, obsahují méně vedení, jejichž důsledkem je vyšší požární bezpečnost.

Obrázek 3.32: Decentralizovaný systém elektrického vedení v inteligentní budově

K vývoji

decentralizovaných

systémů

řízení

vedly

především

nedostatky

centralizovaných systémů. V decentralizovaných systémech není zapotřebí jakákoliv řídicí jednotka. Každý přístroj určený pro vzájemnou komunikaci je vybaven mikroprocesorovou jednotkou a potřebnými paměťmi. Naprogramováním každého z těchto přístrojů se vymezí potřebný rozsah komunikace, obsah předávaných informací a nastavení parametrů sledovaných veličin. Přístroje používané v decentralizovaném systému je možné rozdělit do čtyř základních skupin: snímače, akční členy, logické a vizualizační prvky, systémové přístroje a příslušenství (napájecí zdroje, liniové spojky a podobně).

66

KAPITOLA 3. ANALYTICKÁ STUDIE Třetí možností je kombinace obou systémů. Smíšená architektura je kompromis

mezi decentralizovanou a centralizovanou architekturou. V domě je více řídících prvků, které se starají o určitý počet senzorů či akčních členů. SYSTÉM KNX/EIB

V Evropě nejrozšířenějším decentralizovaným systémem je systém KNX/EIB [29]. EIB je zkratkou anglických slov European Installation Bus (evropská instalační sběrnice). KNX je standardizovaný síťový protokol v Bruselu sídlící mezinárodní asociace výrobců a uživatelů tohoto systému KONNEX. Je v ní soustředěno více než 100 významných evropských výrobců elektroinstalačního materiálu a několik desítek tisíc uživatelů (projektantů, montážních firem), včetně celé řady organizací z České republiky. Veškerá komunikace probíhá po dvoužilové instalační sběrnici, k ní jsou připojeny snímače i akční členy, bez ohledu na pořadí či příslušnost k silovým obvodům. Kabel sběrnice je stíněný, tím je zabezpečena vysoká odolnost vůči rušivým vlivům. Tento způsob propojení má výrazný vliv i na významné zjednodušení silových rozvodů – běžně lze dosáhnout úspory kabelů kolem 40 %. Elektronické obvody snímačů i akčních členů jsou nejčastěji napájeny z pomocného napájecího zdroje nízkého napětí přímo po instalační sběrnici, nevyžadují tedy samostatné připojení k napájení. Nejsou ani přímo propojeny s akčními členy, tedy s přístroji vykonávajícími příkaz k zapnutí nebo vypnutí spotřebiče. Avšak pouze tyto akční členy jsou součástí silových rozvodů. Přitom jejich zapojení do jednotlivě jištěných okruhů nezávisí na příslušnosti k tomu či onomu spotřebiči. Samozřejmostí je nutnost dodržení základních pravidel, předpisů a norem o jištění a dimenzování vodičů v elektrických instalacích. Přístroje KNX/EIB systému patří mezi elektronické výrobky, jsou tedy citlivé na poškození působením velkých přepětí.


Obrázek 3.33: Systém komunikace po sítí instalačních sběrnic

67

68


3.2.3 Systémové sběrnice a protokoly V současnosti je na poli automatizace domácností větší počet protokolů, které umožňují řízení většiny aplikací. Liší se hlavně použitou technologií přenosu a přenosovými médii, různými stupni bezpečnosti. Některé standardy používají komunikační a řídicí kabely, jiné signalizaci v energetické síti, radiofrekvenční signály, a některé využívají kombinaci několika metod. Nejkomplikovanější je dodatečná montáž řídicích kabelů v již zavedené domácnosti. Některé spotřebiče jsou vybaveny USB připojením, které je umožňuje řídit nebo připojit k domácí automatizované síti. Přenos informací z jednoho typu standardu na jiný umožňují tzv. můstky. X10

Jedná se o mezinárodní otevřený průmyslový standard pro komunikaci mezi elektronickými

zařízeními

po elektrických

rozvodech.

Nadále

patří

ve světě

mezi

nejoblíbenějšími a nejlevnější řídící protokoly, i přestože v dnešní době existují modernější a výkonnější (X10 bylo vyvinuto v roce 1975) [30]. Přenosy jsou synchronizovány k nulovému přechodu střídavého proudu v el. rozvodu. Cílem je vyslat 1ms obálku signálu co nejblíže k nule. Binární 1 je potom určena výskytem pulzu na 120kHz. Pokud tento pulz není detekován, je brán jako binární 0. X10 příkaz se skládá z adresy zařízení + kódu zprávy. Každý X10 rámec začíná binární startovací sekvencí 1110 a navazuje příkazem. Adresa zařízení se skládá ze 4 bitů označení domu (A-P) a 5 bitů číselného označení zařízení (1-16) nebo kódu příkazu. Dohromady se jedná tedy o 256 adres. Pokud dojde ke změně adresy nebo kódu operace, je nutné zrušit příkaz vysláním 6ti nul. Mezi základní charakteristiky patří problémy v třífázových el. rozvodech, díky vysoké frekvenci dochází často k rušení X10 signálů, některé moderní el. zdroje pojídají vysokofrekvenční signály připojením nízké impedance, může být vyslán pouze jeden X10 příkaz najednou, odvysílání X10 příkazu je pomalé - trvá až 3/4 sekundy a nepodporuje šifrování. UPB (Universal Powerline Bus)

UPB je dalším standardem využívajícím ke komunikaci zařízení elektrické rozvody. Byl vyvinut v roce 1999 společností PCS Powerline Systems of Northridge, California


69

na základě X10 standardu. UPB přináší vyšší přenosovou rychlost a lepší spolehlivost která je dle měření více jak 99% [31]. Narozdíl od X10 používá UPB k synchronizaci přenosu signálu špičku sinusoidy střídavého proudu. Jeden rámec je odvysílán za půl periody 60Hz proudu. Pomocí vybíjení kapacitoru v přesně daných časových intervalech se generují UPB pulsy. Přesné časování určuje pozici pulzu a tím i jeho hodnotu, která může nabývat hodnot 0,1,2 nebo 3. Jedná se o kódování tzv. Pulzně-poziční modulaci (PPM). Přenosová rychlost dosahuje přibližně 240 bit/s, což postačuje pro řízení jednoduchých zařízení. Bohužel i zde přetrvává problém v třífázových el. rozvodech. INSTEON

Insteon je dvoupásmový radiofrekvenční komunikační protokol. Byl vyvinut v roce 2007 společností SmartLabs na základě protokolu X10 s nímž je i zpětně kompatibilní. Jedná se o Mesh topologii, kde jsou uzly sítě spojeny větším počtem kratších spojů a tím je dosaženo velkým překrytím uzlů a menší chybovosti při výpadku. Zařízení komunikovat pomocí el. rozvodu, rádiových vln či být hybridní. Hybridní uzly mohou fungovat jako brány mezi dvěma nezávislými el. sítěmi. Celá síť je postavená na peer-to-peer technologii, kde se každý uzel v síti chová jako peer, tzn. může přijímat, vysílat i přeposílat zprávy dalším uzlům. Dochází tak k opakování zpráv v síti, tj. není je třeba směrovat pomocí směrovačů a i při výpadku je vysoká pravděpodobnost přerušení. V současnosti je tato technologie velice perspektivní vzhledem k relativně nízké ceně komponent na ní postavené a zpětné kompatibilitě s protokolem X10. V současnosti není ale dostupný pro Evropu (zařízení nejsou stavěné na 230V 50Hz a RF je na frekvencích zasahujících do pásma GSM) [32]. Z-Wave

Z-Wave je směrovaná RF síť navržená v roce 2005 dánskou společností ZenSys. Jejími hlavními cíly jsou nízká cena, nízký el. odběr, spolehlivost, jednoduchá instalace a žádný síťový management. K routování zpráv mezi uzly sítě se používá Source Routing Algoritmus (SRA). Zařízení postavené na Z-Wave technologii nemají z výroby předurčené unikátní číslo, to vede

70


k nutnosti objevování sousedů v síti a posílání informací o nich hlavnímu řadiči sítě, které novým zařízením přiřadí jejich ID číslo. K připojení nového zařízení je většinou třeba instalace uživatelem. Uživatel musí přivést zařízení do párovacího režimu, tak aby zařízení mohl řadič sítě připojit. Hlavním řadičem sítě je vždy jedno zařízení, lze však kopírovat směrovací tabulky do dalších ovladačů (To je však nutné udělat při každém připojení nového zařízení). Je zde ovšem potřeba řadiče sítě a ruční nastavování sítě a propagace směrovacích tabulek do dalších ovladačů [33]. ZigBee

Je to bezdrátová technologie energeticky nenáročné sítě postavená na standardu IEEE 802.15.4. Díky nenáročnosti na energii postačuje k napájení zařízení pouhá baterie či solární panel. Technologie umožňuje zařízením automatické postavení sítě pomocí detekování okolních zařízení (je třeba směrování). Síť může fungovat ve 3 druzích topologií - Hvězda, Strom, Mesh. V síti je vždy určen jeden uzel, který funguje jako koordinátor. Koordinátorem a směrovači jsou vybrány nejčastěji zařízení, které jsou zapojeny do el. sítě (z důvodu šetření baterií ostatních zařízení). Bohužel existuje spíše menší počet dostupných produktů [34]. Přehled některých dalších protokolů [35]

D²B (Domestic Digital Bus, IEC 61030) (1970) je IEC standard pro nízkorychlostní sériovou komunikační sběrnici pro aplikace automatizace domácnosti, původně vyvinutý firmou Philips. Modbus (1979) je sériový komunikační protokol pro využití v programovatelných logických řadičích. BACnet (červen 1987) je ASHRAE síťový komunikační protokol pro systémy pro automatizaci a řízení domácnosti. C-Bus (Austrálie) / CEBus (Amerika) (1990) je protokol pro řízení a automatizaci domácnosti. Clipsal C-Bus je dvoudrátová sběrnice pro přenos signálů a dat. Primárně se používá pro systémy řízení osvětlení, ale může být taktéž použita k integraci mnoha dalších funkcí. Digital Signal Interface (DSI) (1991) je protokol pro řízení osvětlení v budovách.


71

Energy Star (1992) je program vytvořený vládou Spojených států na propagaci produktů s efektivním využitím elektrické energie. KNX (1997) je standardizovaný (EN 50090, ISO/IEC 1453) OSI síťový komunikační protokol pro inteligentní budovy. Je úspěšným pokračovatelem a výsledkem spojení tří předcházejících standardů: European Home Systems Protocol (EHS), BatiBUS a European Installation Bus (EIB). LonTalk (1999) je protokol, optimalizovaný pro řízení. Je součástí síťové platformy LonWorks, která se využívá hlavně v oblasti automatizace různých funkcí v budovách, jako jsou osvětlení a HVAC (spojující topení, vzduchotechniku a klimatizaci). Universal Plug and Play (UPnP) (1999) je sada síťových protokolů šířená díky UPnP fóru. Cílem UPnP je umožnit zařízením bezproblémové spojení a zjednodušení implementace síťí (sdílení dat, komunikace a zábava) v domácnostech i ve firmách. iLight (iCANnet protocol) (2001) se zabývá návrhem, výrobou a distribucí ovladačů inteligentního osvětlení. iLight využívá svůj vlastní protokol iCANnet. Digital Addressable Lighting Interface DALI (březen 2003) je digitální protokol pro správu osvětlení v budovách, například tlumivky. CECED Home Appliances Interoperating Network (CHAIN) (prosinec 2003) je průmyslový standard, který definuje protokol pro různé domácí zařízení v jednoduchém systému, který zahrnuje produkty více výrobců. iControl (2005) je systém pro automatizaci domácnosti, určený zejména pro starší a handicapované lidi. Dynet (duben 2006). Dynalite je Australskou společností, která navrhuje a vyrábí technologická řešení pro řízení osvětlení, aplikací pro automatizaci budov a domácností, a prodává po celém Světě své produkty. Jejich hlavním produktem je RS485 standardizovaná sériová sběrnice DyNet. Open Building Information Exchange(oBIX) (prosinec 2006) je standard pro rozhraní pro systémy řízení budov, orientovaná na webové aplikace.

72


3.3 Realizované projekty pro řízení inteligentní domácnosti Výstavba

inteligentně

řízených

domů

s ohledem

na jejich

hospodárnost

a ekonomičnost není v České republice v současné době příliš rozšířená. Hlavním důvodem je zejména ekonomická situace investorů, jelikož přetrvává názor, že podobné projekty si mohou dovolit pouze majetnější obyvatelé. Co se týče využití alternativních zdrojů energie, jsou dnes v ČR využívány zejména sluneční kolektory a do popředí zájmu se dostávají stále více také tepelná čerpadla. Běžně se také u novostaveb realizují systémy izolací budov, které napomáhají ke snižování tepelných ztrát. Stejně jako v ostatních vyspělých státech se stav v České republice postupně zlepšuje. Roste zájem nejen o dosažení co největších úspor energií, ale také o inteligentně vybavený interiér a okolí domu. V následující kapitole uvádím stručný popis několika nejzajímavějších již realizovaných projektů u nás i ve Světě, jejichž středem zájmu byly systémy pro integrované řízení inteligentních domácností právě s ohledem na využití energeticky úsporných řešení. EXDOMUS

ExDomus software byl vyvinut k tomu, aby umožnil řízení technických zařízení v domácnosti (světlo, závěsy, rolety, topení, bezpečnostní systém, kamery, sledování domu…) za použití protokolu EIB/KNX. ExDomus je možné instalovat na všechny typy počítačů vybavených systémem Microsoft Windows Vista, ideálně se systémem Media Center Edition, podporuje taktéž Microsoft Windows XP. Zajímavostí u tohoto systému je možnost stažení gadgetu pro MS Vista, který umožňuje zobrazit na ploše online přenos kamery, kontrolovat kamerové sekvence nebo přehrávat sekvence z archivu. Systém je navržen pro práci v režimu klient-server, takže může být požíván na vícero počítačích zároveň. ExDomus Pro server komunikuje po sběrnici KNX prostřednictvím speciálního USB nebo RS232 adaptéru. Je možné vytvářet vlastní zařízení a umisťovat je do pokojů, vytvářet scénáře a automaticky je vyvolávat, zasílat emaily, týkající se speciálních událostí… Systém je možné ovládat pomocí myši, dálkového ovládání nebo dotykového panelu. Zdrojové kódy nejsou volně přístupné, ale pro inspiraci je možné zdarma stáhnout a vyzkoušet si čtrnáctidenní zkušební verzi programu. Na webových stránkách projektu je ke stažení přístupný softwarový manuál pro části klient, server a konfigurační nástroje [36].


73

Obrázek 3.34: ExDomus - grafické uživatelské rozhraní

Obrázek 3.35: ExDomus

- náhled konfiguračních nástrojů

74


CLIPSAL C-Bus

C-Bus je mikroprocesorově řízený systém pro ovládání a správu budov a domácností. Používá se ke snadnému ovládání osvětlení a dalších elektrických zařízení, jako jsou pumpy, audiovizuální zařízení, motory apod. Pro zajištění rychlého a spolehlivého vykonávání operací má každé C-Bus zařízení svůj vlastní mikroprocesor a inteligenci, které mu umožňují individuální naprogramování [37].

Obrázek 3.36: CLIPSAL C-Bus - přehled komponent systému

Mezi hlavní výhody systému C-Bus patří dostupnost velkého množství nástrojů pro připojení třetích stran k jejich systémům, jednoduché připojení C-Bus kabelu umožňuje řídit nekonečně mnoho zařízení, maximální flexibilita v řízení a ovládání - funkce lze měnit, přidávat, mazat, posouvat, přeprogramovat - ve kterémkoli místě v síti, kdykoli a bez jakýchkoli problémů s těžkopádnou kabeláží, má jednoduchou instalaci a uvedení do provozu, může řídit jakýkoliv typ komponent - digitální i analogové. Každé C-Bus zařízení je programově určené k reakcím na určité příkazy. Do systému může být naprogramováno relativně nekonečné množství příkazů, obecně vstupní zařízení


75

jsou určena pro vznášení požadavků, výstupní zařízení pak pro vykonávání těchto příkazů. Samostatná

zařízení

mohou

vykonávat

vícenásobné

události.

Například

pokud

naprogramujeme vstupní vypínač tak, aby délka stisku tlačítka vypovídala o tom, který příkaz se provede - krátký stisk například znamená příkaz vypnout/zapnout, dlouhý stisk pak řídí intenzitu osvětlení. Vícenásobné příkazy nemusejí nutně řídit tatáž výstupní zařízení, můžeme tedy vytvářet různě náročné scénáře, například jeden vypínač může řídit všechna světla v celém patře budovy. Vícenásobná vstupní zařízení mohou podmíněně řídit jedno výstupní zařízení, v závislosti na okolnostech. To umožňuje vcelku jednoduchou tvorbu i komplexních řídicích systémů.

Obrázek 3.37: CLIPSAL C-Bus Toolkit software a řízení osvětlení

Systém je možné používat a rozšiřovat na základě OEM licence. Literatura a dostupný software k projektu je ke stažení na http://www2.clipsal.com/cis/technical/downloads. Tento otevřený program je určen vývojářům k poskytování informací a podpory při navrhování a vyvíjení komerčních produktů, které mohou komunikovat prostřednictvím C-

76


Bus systému. Program v sobě zahrnuje veškerou dokumentaci ohledně programu a protokolů, hardware (C-Bus SIM chip-set), hardwarové rozhraní (C-Bus PC Interface), drivery (C-Gate, C-Bus Module, Mid-Level Interface), vývojářské nástroje (Development Kit), ukázkové příklady vzhledů, nastavení a softwaru, technická doporučení a podporu, certifikaci a možnosti propagace. EASY HOME

Prvním projektem inteligentní nízkoenergetické domácnosti v ČR je projekt EasyHome v Praze – Troji. Pod tímto názvem se také skrývá model flexibilního developementu firmy Starcon. Hlavní myšlenkou je zaručit uživateli maximální komfort a při tom zajistit co možná nejjednodušší intuitivní ovládání všech technologií. Mezi předními dodavateli, kteří se podíleli na tomto projektu byla i divize Technologie budov společnosti Siemens. Kontaktovala jsem Ing. Leoše Grelicha ze Siemens Builing Technologies (SBT), abych o tomto unikátním projektu zjistila více informací. Projekt byl ještě do nedávna volně přístupný veřejnosti, bohužel ale právě před několika týdny byl odprodán do soukromého vlastnictví nejmenované české celebrity.

Obrázek 3.38: EasyHome v pražské Troji - interiér


77

Součástí dodávek firmy Siemens byly systémy měření a regulace, zabezpečovací technika, domácí spotřebiče a v neposlední řadě centrální řídicí systém Desigo Insight pro ovládání a monitorování všech technologií bytu [38]. O vnitřní mikroklima bytu se stará vzduchotechnická jednotka GEA Pico. Zajišťuje přísun čerstvého vzduchu a zároveň přitápí nebo chladí. Zdrojem tepla pro topnou vodu vzduchotechnické jednotky je tepelné čerpadlo GES GSH007BA11 (400 VAC), které je umístěno v suterénu bytového domu. V zimním období lze přitopit ještě pomocí radiátorů JAGA, které jsou napojeny na centrální rozvod topné vody bytového domu. O správné udržování nastavených hodnot teploty v jednotlivých místnostech, o bezchybný chod vzduchotechnické jednotky a o spolupráci obou topných systémů se stará regulátor Desigo PX spolu s regulátory jednotlivých místností Desigo RX. Systém rovněž monitoruje zanesení filtrů, chod ventilátoru a případné poruchové stavy tepelného čerpadla. Osvětlení firmy Zumtobel se v bytě dělí na klasické osvětlení, které je spínáno příslušným spínačem a na osvětlení, které je zapínáno po scénách s možností nastavení intenzity osvětlení pro danou scénu. Uživatel si tak může vytvořit třeba scénu sledování televize. Po aktivaci této scény budou nastavena všechna svítidla dle požadavku. Některá se vypnou, některá třeba zapnou a některá se nastaví na určitou intenzitu v procentech. Takto lze vytvořit mnoho dalších užitečných scén pro různé domácí činnosti.

V bytě

se dále

nachází orientační LED osvětlení na chodbě, které z bezpečnostních důvodů svítí stále. LED svítidla mají minimální odběr energie a proto je možný jejich nepřetržitý provoz. Pohyb žaluzií Somfy je aktivován stisknutím příslušného tlačítka na stěnovém ovladači, případně na ovladači PDA. Chod žaluzií a správné nastavení osvětlení a jednotlivých scénářů zajišťují opět regulátory Desigo RX.

Obrázek 3.39: EasyHome - ovládaní

78

KAPITOLA 3. ANALYTICKÁ STUDIE Pro zabezpečení bytu z hlediska vloupání nebo požáru byla použita stanice Sintony

SI411. Na ní jsou napojeny detektory pohybu PIR spolu s detektory tříštění skla a optickokouřový detektor požáru. Všechna okna a dveře jsou ještě vybavena magnety, které signalizují jejich otevření. Byt lze zabezpečit několika způsoby. Jedním z nich je režim úplného zastřešení, kdy jsou aktivovány všechny prvky systému. Další možností je zabezpečit pouze dveře a okna. Tento režim se používá při ponechání domácího zvířete v celém střeženém prostoru. V bytě jsou rovněž umístěny dvě barevné IP kamery. Tyto kamery mají své zabudované web servery a jejich obraz je zobrazitelný na libovolném PC s Internetovým prohlížečem nebo na zařízení PDA. S výhodou tak je umožněno sledovat dění uvnitř v bytě po dobu nepřítomnosti. Kontrola dětí, domácího zvířete apod. Systém zabezpečení je propojen s řídicím systémem tak, že předává hlášení poruch a stavů narušení. Předem definované zastřešení objektu je realizováno odchodovým tlačítkem. Při jeho stisknutí je uveden systém zabezpečení do hlídacího stavu. Zároveň s tím jsou provedeny další předdefinované funkce. Jsou zhasnuta všechna světla, vytápění je uvedeno do režimu útlum, jsou odpojeny přívody k vybraným spotřebičům. Při příchodu do bytu se stiskem aktivuje systém regulace do režimu komfort. Deaktivování zabezpečovacího systému z bezpečnostních důvodů probíhá již standardním odkódováním na klávesnici u vchodových dveří, případně pomocí vlastního dálkového ovladače EZS. Protipožární zabezpečení je aktivní stále. V případě napadení bytu systém zašle na mobilní telefon sms zprávu, případně upozorní pult profesionální hlídací služby, která zajistí okamžitou kontrolu objektu. Zároveň se můžeme prostřednictvím IP kamery podívat, co se vlastně děje.

Obrázek 3.40: EasyHome – bezpečnostní zabezpečení

Společnost Siemens rovněž vybavila byt domácími spotřebiči. V kuchyni byla osazena varná deska, ostrůvkový odsavač, el.trouba, parní trouba, mraznička, chladnička, myčka,


79

vestavný kávovar s ohřevnou zásuvkou a vinotéka. V prostoru WC, který zároveň slouží jako prádelna, se nachází pračka a sušička. V některých spotřebičích, je zabudovaný komunikační modul, který umožňuje sledování některých stavů spotřebiče na malém displeji. Ten se dá zasunout do libovolné elektrické zásuvky v celém bytě. Obyvatelé bytu tak mohou být třeba v ložnici informováni o tom, že doprala pračka nebo dopekla trouba.

Obrázek 3.41: EasyHome – domácí spotřebiče

Řídicí systém V předsíni bytu je v nábytku zabudovaný prosklený skříňový rozvaděč. Tento rozvaděč je společný pro veškerou elektroinstalaci bytu, včetně napájení tepelného čerpadla, které je umístěno v suterénu budovy. V rozvaděči jsou umístěny všechny prvky měření a regulace. Regulátory Desigo PX a RX, převodníky pro řízení osvětlení, síťové prvky pro připojení bezdrátové komunikace WiFi a Internetu a prvky pro rozvod televizního a satelitního signálu. Vedle rozvaděče, jako součást šatníkové stěny, je umístěno malé PC pracoviště. Zde je nainstalován řídicí systém Desigo Insight, který zastřešuje všechny systémy a umožňuje ovládání celého bytu pomocí jednoho společného dálkového ovládání. Toto samostatné pracoviště však není nezbytně nutné, řídicí program Desigo Insight může být nainstalován i na domácím počítači umístěném v pracovně.

80


Obrázek 3.42: EasyHome – rozvodní skříň

Všechna zařízení se dají ovládat klasickým způsobem, pomocí flexibilních ovladačů QAX na stěnách místností nebo pomocí dálkových ovládání jednotlivých zařízení. Ale právě způsob ovládání všech zařízení jedním společným ovladačem je zcela ojedinělé. Jako univerzální ovladač bylo použito kapesní PDA firmy Fujitsu Siemens. PDA má tu výhodu, že je se systémem bezdrátově spojeno a můžeme ho tak volně používat v celém bytě. Kdekoliv mimo domov lze realizovat ovládání prostřednictvím internetového prohlížeče. Ať už z počítače nebo již zmíněného mobilu, což dohromady poskytuje téměř neomezené možnosti ovládání a dozorování všeho možného v bytě. Pomocí webových kamer lze navíc i vizuálně kontrolovat, zda je vše v pořádku.

S dokončením vzorového bytu se po prvé v ČR otevřela možnost prezentace výhod a předností filozofie Easy Home. Vzorový byt se tak stal místem setkávání významných osobností z řad investorů, developerů, architektů, odborníků ve stavebnictví. S faktem, že byl v březnu 2008 byt již odprodán, ale zde celý projekt nekončí. Projekt Easy Home skýtá velký potenciál zejména ve využití jeho know-how při výstavbě již připravených projektů jiných developerů a uvažuje se o dalších etapách projektu a realizace systémů automatizace při výstavbě několik rezidenčních lokalit.


Obrázek 3.43: EasyHome – ovládaní pomocí PDA

81

82


SIEMENS SYNCO LIVING

Ďalší technologií od společnosti Siemens je systém Synco Living. Částečně je obdobný se systémem Siemens Desigo. Rozdílnost je zejména v zaměření. Technologie Desigo je pokročilejší a nabízí pokročile funkcionality spíše domácnosti ambientního typu, ovládaní pomocí PDA a podobně, technologie Synco Living je určená středním vrstvám pro ovládání a regulaci topení, teplé a studené vody.

MICROSOFT SMART HOME, Seattle

Společnosti Microsoft na poli inteligentních domů v ČR nepodniká. V minulosti měl Microsoft instalovaný předváděcí ambientní byt, který byl vybaven integrovaným centrem zábavy technologie Microsoft Multimedia Center. Provoz tohoto bytu byl již ukončen a v dubnu 2008 byl obměněn za ukázkovou inteligentní kancelář.Skutečný inteligentní dům stojí v Seattle, USA, a spousta informací o jeho možnostech je jistě možné vyhledat na internetu.

HESTIA 3 VIVID

Hestia 3 VIVID je produkt, určený pro poradenskou činnost a byl zpracován v rámci Státního programu na podporu úspor energie a využití obnovitelných zdrojů energie pro rok 2005 – část A – PROGRAM EFEKT. Zpracovatelem produktu a nositelem grantu je společnost EkoWATT, středisko pro obnovitelné zdroje a úspory energie. Jedná se o simulační software, který umožňuje modelování energetické bilance rodinného domu. Výstupem je přehled energií a nákladů na vytápění, ohřev vody a provoz elektrospotřebičů. Dále Hestia slouží k ekonomickému vyhodnocení provozu podle tarifů dodavatelů plynu a sazeb elektrické energie. Také umožňuje vzájemné porovnání několika variant z hlediska celkových nákladů na opatření, celkové roční úspory a návratnosti investic [21]. Na projektu se podílel kolektiv autorů zejména z oblasti využívání alternativních zdrojů energie a jejich ekonomického využití.

KAPITOLA 4. NÁVRH SIMULÁTORU

83

4 Návrh simulátoru Jedním z úkolů této práce je vypracovat simulační software, který by umožňoval modelování energetické bilance domácnosti s možností optimalizace podle užitých komponent. Pro splnění tohoto cíle jsem vycházela z komponent popsaných v kapitole 3.1 vytvořením jednotlivých energetických modelů. Tyto modely a konstrukční data modelového domu (viz. příloha A) byly pak podkladem pro implementaci simulačního programu ve formě kalkulačních výpočtů energetické bilance domácnosti. Výstupem je přehled energií a nákladů na vytápění, ohřev vody a provoz elektrospotřebičů. Simulátor také umožňuje vzájemné porovnání několika variant zdrojů z hlediska celkových nákladů na opatření, celkové roční úspory a návratnosti investic. Funkcionality programu: •

posouzení ekonomického přínosu alternativních zdrojů

•

stanovení potřeby energie na vytápění a pro přípravu teplé užitkové vody

•

stanovení roční spotřeby energie domácích spotřebičů

•

výpočet ročních nákladů na energie

•

volba zdroje pro vytápění a ohřev TUV či kombinace více zdrojů

•

různé varianty a jejich porovnání Simulátor je implementován v programovacím jazyce C# pomocí vývojového nástroje

Microsoft Visual Studiu 2005 (komponent Windows Forms) a je přiložen na obsaženém CD. V dalších kapitolách se budu zabývat jednotlivými modely zdrojů a spotřebičů. U zdrojů mne zejména zajímají detaily jejich výstupy. U spotřebičů mne budou zajímat vstupy a ovlivňujícími parametry. Výstupy spotřebičů, tj. jejich funkčnostmi se detailněji zaobírat nebudu, z důvodu předpokladu obecné znalosti jejich funkcionalit. Čtenář si zajisté domyslí, k čemu jsou jednotlivé komponenty určeny a využívány. Seznam typických spotřebičů je čerpán z již vypracované analýzy (viz. kapitola 3.1) na kterou úzce navážu.

84


4.1 Modely zdrojů Tabulka 4.1: Typy energetických zdrojů a druhy jejich užití

Typ

Druh

Dálkové teplo (CZT)

-

Elektřina

Přímotopné elektrické panely Elektrokotel Akumulační vytápění s nádrží Akumulační kamna Tepelné čerpadlo

Plyn / Propan

Běžný kotel na plyn Kotel plynový nízkoteplotný Kotel plynový kondenzační

Hnědé uhlí / Černé uhlí

Běžný kotel na uhlí Moderní automatický kotel na uhlí Kamna na uhlí

Koks

Kotel na koks

Palivové dřevo / Dřevěné brikety

Kotel na zplynování dřeva Krbová kamna s vložkou

Dřevěné pelety

Kotel na dřevěné pelety

Štěpka

Kotel na štěpku

Lehký topný olej

Kotel na lehký topný olej

Solární kolektor

Solární kolektor

Z pohledu

modelů

zdrojů

si

můžeme

dovolit

lehkou

abstrakci

problému

zjednodušením některých zdrojů do širší kategorie fosilních paliv. Jedná se zejména o zemní plyn, propan a butan, hnědé a černé uhlí, kos, topní oleje. Pro zjednodušení sem zařadíme taktéž palivové dřevo, brikety, pelety a štepku. Pro všechny tyto zdroje je charakteristické, že energie z nich je získávána jejich oxidací – hořením. Tento proces probíhá v upravených kotlích, podle druhu zvoleného zdroje. Zároveň jsou jednotlivé vstupy a výstupy obdobné. Při implementaci simulátoru musíme tuto abstrakci opět opustit, již ze zmíněného důvodu rozdílnosti technologií kotlů. Z pohledu přípravy teplé užitkové vody (TUV) můžeme uvažovat o integrovaném způsobu spolu se systémem trpění, nebo samostatným bojlerem s použitím některého ze zdrojů odděleně.


85

Částečně sporná může být i energie elektrická, která je vyrobena jak ze zdrojů solárních (solární články, vodní elektrárny, větrné elektrárny), taktéž i ze zdrojů fosilních (tepelné elektrárny). Rozdíl je jen ve formě transportu ke konečnému zákazníkovy. Protože z pohledu vstupu do domácnosti se jedná o samostatnou inženýrskou síť, vyhradíme této energii samostatnou formu.

4.1.1 Fosilní zdroje

Obrázek 4.1: Modely zdrojů – fosilní zdroje

Tabulka 4.2: Modely zdrojů – fosilní zdroje

Vstupy:

plyn, černé uhlí, hnědé uhlí, dřevo, koks, brikety, pelety, štěpka, topný olej propan otopné médium

Výstupy:

otopné médium (teplo) TUV (teplo) emise

Ovládaní:

On / Off regulace výkonu

86


4.1.2 Tepelné čerpadlo

Obrázek 4.2: Modely zdrojů – tepelné čerpadlo

Tabulka 4.3: Modely zdrojů – tepelné čerpadlo

Vstupy:

teplo ze země / teplo ze vzduchu elektrická energie otopné médium

Výstupy:

otopné médium (teplo) TUV (teplo)

Ovládaní:

regulace


87

4.1.3 Sluneční kolektor

Obrázek 4.3: Modely zdrojů – sluneční kolektor

Tabulka 4.4: Modely zdrojů – sluneční kolektor

Vstupy:

sluneční záření otopné médium

Výstupy:


Ovládaní:

Regulace

Tabulka 4.5: Teoretické množství solární energie (Praha, orientace na jih).

Počet osob

1

2

3

4

6

Spotřeba TUV (l/den)

82 164 246 328 492 656 820

Zásobník TUV (l)

80 160 240 300 500 700 800

Plocha kolektorů (m2)

1,6 3,2 4,8 6

10

8

14

10

16

88


Parametry: •

počet hodin slunečního svitu a intenzita slunečního záření, která se mění podle znečištění atmosféry (město, venkov, hory);

•

orientace - ideální je na jih (případně s automatickým natáčením panelů za Sluncem);

•

sklon panelů - pro celoroční provoz je optimální 45° vzhledem k vodorovné rovině;

•

množství stínících překážek - je nutný celodenní osvit Sluncem.

4.1.4 Elektrická energie

Obrázek 4.4: Modely zdrojů – elektrická energie

Tabulka 4.6: Modely zdrojů – elektrická energie

Vstupy:

elektrická energie otopné médium

Výstupy:


Ovládaní:

On / Off, Regulace


89

4.2 Modely spotřebičů Tabulka 4.7: Typy energetických spotřebičů a druhy jejich užití

Typ Osvětlení

Druh Žárovky Úsporné žárovky

Topení

Elektřina Fosilní paliva Solární kolektor

Ohřev vody (TUV)

Zdrojem vytápění Individuálně - elektřina Individuálně – fosilní paliva Individuálně - solární kolektor

Pračka / Sušička

Pračka Sušička Pračka se sušičkou

Myčka

Malá (šířka 45cm) Standardní (šířka 60cm)

Chladící zařízení

Chladnička bez mrazáku Chladnička s mrazákem Mraznička

Kuchyňské spotřebiče

Elektrický sporák Varná deska + elektrická trouba Indukční deska + elektrická trouba Plotýnka Mikrovlnní trouba

Elektronika

Video Televize Věž Stolní počítač Laptop

Ostatní

Akvárium Bazén Bezpečnostní systém Garážové vrata Skleník Sauna

90


4.2.1 Osvětlení

Obrázek 4.5: Modely spotřebičů – osvětlení

Tabulka 4.8: Modely spotřebičů– osvětlení

Vstupy:

elektrická energie

Výstupy:

světlo teplo

Ovládaní:

On / Off, Regulace

Tabulka 4.9: Osvětlení - Roční spotřeba energie žárovky při provozu 1 hodinu denně

Typ

Příkon

Typ

Příkon

25W

obyčejná

9,1 kWh

25W

úsporná

3,3 kWh

40W

obyčejná

14,6 kWh

40W

úsporná

4,0 kWh

60W

obyčejná

21,9 kWh

60W

úsporná

5,5 kWh

75W

obyčejná

27,4 kWh

75W

úsporná

7,3 kWh

100W

obyčejná

36,5 kWh

100W

úsporná

8,4 kWh

Parametry: –

počet a druhy svítidel

–

počet hodin provozu denně


91

4.2.2 Pračka a myčka

Obrázek 4.6: Modely spotřebičů – pračka a myčka

Tabulka 4.10: Modely spotřebičů– pračka a myčka

Vstupy:

elektrická energie, voda

Výstupy:

teplo, odpadní voda

Ovládaní:

On / Off, Regulace

Tabulka 4.11: Pračka, myčka - roční spotřeba energie za 1 cyklus provozu

Třída Pračka

Pračka se sušičkou Sušička

Malá myčka

Standardní myčka

A

46,8 kWh

130,0 kWh

176,8 kWh

31,2 kWh

36,4 kWh

B

57,2 kWh

145,6 kWh

202,8 kWh

33,8 kWh

44,2 kWh

C

67,6 kWh

171,6 kWh

239,2 kWh

62,4 kWh

49,9 kWh

D

78,0 kWh

192,4 kWh

270,4 kWh

49,4 kWh

57,2 kWh

E

91,0 kWh

208,0 kWh

301,6 kWh

54,6 kWh

65,0 kWh

F

101,4 kWh 234,0 kWh

338,0 kWh

62,4 kWh

72,8 kWh

Parametry: –

počet cyklů spotřebiče denně, nebo týdně

–

energetická třída spotřebiče

92


4.2.3 Chladící zařízení

Obrázek 4.7: Modely spotřebičů – chladící zařízení

Tabulka 4.12: Modely spotřebičů– chladící zařízení

Vstupy:

elektrická energie

Výstupy:

teplo, chlad

Ovládaní:

On / Off, Regulace

Tabulka 4.13: Chladnička, mrazák - roční spotřeba energie na 1 liter objemu

Třída Chladnička bez mrazáku

Chladnička s mrazákem

Mraznička

A+

2,2 kWh

6,2 kWh

2,9 kWh

A

2,9 kWh

6,2 kWh

3,3 kWh

B

3,3 kWh

7,7 kWh

4,4 kWh

C

3,7 kWh

9,1 kWh

5,5 kWh

D

5,5 kWh

12,8 kWh

7,3 kWh

E

7,3 kWh

16,4 kWh

9,1 kWh

F 9,1 kWh Parametry:

20,1 kWh

11,0 kWh

–

obsah chladničky / mrazáku

–

energetická třída spotřebiče


93

4.2.4 Kuchyňské spotřebiče

Obrázek 4.8: Modely spotřebičů – kuchyňské spotřebiče

Tabulka 4.14: Modely spotřebičů– kuchyňské spotřebiče

Vstupy:

elektrická energie

Výstupy:

teplo

Ovládaní:

On / Off, Regulace

Tabulka 4.15: Kuchyňské spotřebiče - roční spotřeba energie

Plotýnka

El.sporák

500 kWh 730,0 kWh

Varná deska + elektrická trouba

Indukční trouba

800,0 kWh

650 kWh

deska

+

elektrická

94


4.2.5 Elektronika

Obrázek 4.9: Modely spotřebičů – elektronika

Tabulka 4.16: Modely spotřebičů– elektronika

Vstupy:

elektrická energie

Výstupy:

teplo

Ovládaní:

On / Off, Regulace

Tabulka 4.17: Elektronika - roční spotřeba energie za 1 hodinu provozu

Video

Televize

Vež

Stolní počítač

Laptop

70 Wh

100 Wh

50 Wh

350 Wh

60 Wh


4.3 Interakce s uživatelem Simulátor je graficky členěn do několika částí: •

hlavní navigační menu – slouží k výběru zdrojů a spotřebičů;

•

funkční tlačítka – slouží k operacím „přidej“, „odstraň“ a „export“;

•

konfigurační možnosti – slouží k požadované konfigurace zdrojů a spotřebičů;

•

soupis použitých spotřebičů;

•

součet spotřeby energií (elektrická energie, tepelná energie).

Obrázek 4.10: Simulátor - osvětlení

95

96


Obrázek 4.11: Simulátor – pračky a myčky

Pomocí hlavního navigačního menu se propínáme mezi jednotlivými zdroji a spotřebiči. Po nakonfigurování podle parametrů popsaných v předchozích kapitolách („Modely zdrojů a spotřebičů“) přidáváme jednotlivé položky do seznamu použitých komponent. Podle dílčích spotřeb se průběžně dopočítává celková spotřeba elektrické a tepelné energie.

Obrázek 4.12: Simulátor – kuchyňské spotřebiče


Obrázek 4.13: Simulátor – elektronika

97

98

KAPITOLA 4. NÁVRH SIMULÁTORU Pro lepší využití programu je možno položky mazat, nebo exportovat ve formátě CSV.

Obrázek 4.14: Simulátor – export do souboru

Obrázek 4.15: Simulátor – odstranění položky se soupisu spotřebičů


99

Po vložení všech spotřebičů, zdrojů topení a ohřevu TUV můžeme shlédnout celkovou energetickou bilanci domácnosti. Přidáváním dalších zdrojů můžeme ovlivňovat energetické křivky pro nalezení optimálního stavu zdrojů a spotřebičů energie.

Obrázek 4.16: Simulátor – srovnání energetické bilance domácnosti

KAPITOLA 5. REALIZACE ŘEŠENÍ

101

5 Realizace řešení Ve třetí kapitole "Analýza problému" se zabývám seznámením se se základními systémy pro automatizaci inteligentní domácnosti, na základě čehož si lze udělat obrázek o tom, které systémy existují a jakým způsobem se dají integrovaně řídit. Dále seznamuji čtenáře se základními protokoly, které se pro řízení integrovaných systémů využívají. Zabývám se zde také průzkumem již realizovaných řešení, a to jednak z oblasti realizovaných nízkoenergetických domácností, a jednak z oblasti realizovaných systémů pro řízení takovéto domácnosti. Dospěla jsem k závěru, že takovéto systémy sice existují, bohužel ale není možné jednoduše je použít či dokonce rozšířit bez nutnosti zakoupení patřičných licencí. A kromě toho, že projektů, zabývajících se řešením řízení inteligentních domácností dnes není příliš mnoho, firmy a společnosti si často pečlivě hlídají zdrojové kódy svých softwarových produktů. Jelikož jedním z cílů této práce bylo zjistit možnosti budoucí realizace nebo návaznosti takovéhoto projektu, dospěla jsem ke dvěma závěrům. Jednak je možné zakoupit si některý z tzv. "Developers Kit", tedy balíček nástrojů pro budoucí vývojáře softwaru nebo lidi se zájmem jej dále rozšiřovat či upravovat, což by vyžadovalo jednak sehnat potřebné finanční prostředky a pak také podmínky k tomu, aby bylo možné tyto nástroje využívat například na půdě školy k dalším vědeckým účelům. Nebo je také možné inspirovat se některým již hotovým projektem a pokusit se na základě jeho technické dokumentace vyvíjet obdobný nástroj, který by v budoucnu mohl sloužit k dalším vědeckým a výzkumným pracím. Výhodou by byla existence a dostupnost zdrojového kódu a velké možnosti navazujících projektů. Zjistila jsem, že pro tento účel existuje vhodné velmi dobře navržené řešení. Tím je dostupná detailně popsaná technická specifikace systému pro řízení inteligentní domácnosti TELETASK ze srpna roku 2005 [39] (viz. projektová dokumentace systému). Většinu součástí tohoto systému je možné si stáhnout webových stránek: www.teletask.be. Bohužel ale nejsou dostupné zdrojové kódy systému, proto ze zde navrhovaných vstupů a výstupů bude možné vycházet při pozdější případné realizaci na půdě ČVUT v Praze v rámci některé navazující studentské práci či vědeckého výzkumu.

102


5.1 Popis systému Flexibilní, komfortní a bezpečnost zohledňující systém používá oddělené vstupy a výstupy. VSTUPY mohou být tlačítka, namontovaná ve zdi, senzory na detekci přítomnosti a pohybu, teplotní senzory, kontakty na dveřích a oknech. VÝSTUPY (relé, tlumiče apod.) připojené ke spotřebičům jako jsou světla, nástěnné spínače, motory rolet a závěsů, brány, větrací systémy, audio a video systémy atp. Vzájemný vztah mezi vstupy a k nim připojenými výstupy je definován v centrální jednotce. Tato centrální jednotka se stává srdcem celého systému a je mnohem silnějším a spolehlivějším řešením, než práce s distribuovanou inteligencí s velkou pravděpodobností, že budou některé informace ztraceny. Všechny vstupy a výstupy, komunikující s centrální jednotkou se zabudovaným napájecím zdrojem a ochrannými okruhy, jsou připojeny prostřednictvím malé a velice inteligentní sběrnice (AUTOBUS). Toto vzájemné propojení vstupů a výstupů je velice flexibilní.

Obrázek 5.1: Propojení vstupů a výstupů k centrální řídicí jednotce prostřednictvím sběrnice AUTOBUS

Výsledkem tohoto uspořádání je vstup (například stisknutí nástěnného tlačítka). Pokud tedy například stiskneme tlačítko na zdi (=VSTUP), pak se stropní osvětlení (=VÝSTUP) rozsvítí (=vzájemný VZTAH mezi vstupem a výstupem). Všechny vstupy, výstupy a vztahy mezi nimi si můžeme definovat sami prostřednictvím dalšího softwaru (například PROSOFT) na standardním počítači. Jakmile


103

jsou vztahy nadefinovány, mohou být nahrány do centrální jednotky systému, který je uchová ve své trvalé paměti. Ihned po nahrání dat může být počítač od inteligentního systému odpojen. My jsme pak na základě tohoto nastavení schopni řídit veškeré funkce systému prostřednictvím klasických nebo specializovaných ovládacích tlačítek, senzorů, dotykových panelů nebo vzdáleně pomocí dálkového ovladače, mobilního telefonu, PDA, případně skrze počítač s Ethernetovou sítí nebo Internetem.

Obrázek 5.2: Princip řízení systému

HARDWARE A SOFTWARE

Celý systém je tvořen částí hardwarovou a softwarovou. HW část obsahuje komponenty a připojení k centrální jednotce. Veškeré hardwarové komponenty mají specifické vlastnosti a mohou se chovat jako vstupy, výstupy a někdy dokonce jako obojí.

104


SW část obsahuje tvorbu vzájemných vztahů mezi vstupy a výstupy, definuje speciální funkce, nastavuje vzájemné propojování funkcí typu vytápění/ochlazování, audio systém, definuje řízení přístupu atp. Pro všechny tyto základní parametry mohou existovat čtyři základní SW balíčky: 1. PROSOFT: Toto je hlavní a nejdůležitější balíček. Jsou zde definovány veškeré vztahy mezi vstupy a výstupy. Zde generovaný soubor je základem, který je používán následujícími součástmi. 2. TIMESOFT: Zde je možné generovat akce, vycházející z vnitřních hodin centrální jednotky (například rozsvícení světla nebo změna nastavení teploty). Chce-li někdo ovládat tuto součást SW, bude k tomu potřebovat soubor, vygenerovaný v hlavní části. 3. CARDSOFT: Toto je malý balíček, který se používá pro vstup a editaci čipových karet a tagů, používaných v integrovaném rozhraní řízení vstupu. Také tato část potřebuje soubor, vygenerovaný v hlavní části. 4. IR-SOFT: Tato část se používá pro přístup ke všem potřebným parametrům hlavního učícího se IR-generátoru a zvukového rozhraní.

5.2 Použití systému Základem použití je definovat vzájemné vztahy mezi všemi možnými vstupy a výstupy systému a k tomu existují 3 základní kroky. Například budeme-li chtít definovat zapnutí světla prostřednictvím stisknutí vypínače na stěně, pak je zapotřebí jednat podle následujícího vývojového diagramu. VÝVOJOVÝ DIAGRAM: 1. definovat světlo (= VÝSTUPNÍ relé systému, například relé č. 1); 2. definovat tlačítko (=VSTUP, jako například tlačítko v kuchyni, které je připojené na vstup č. 1 systému); 3. definovat vztah mezi vstupem a výstupem (například: "SWITCH" on/off).


105

Mnohem výkonnější může být řízení většího počtu výstupů (spotřebičů) za pomocí pouze jednoho tlačítka. Působí to více komplexně, ale vztah mezi spínačem a několika výstupy lze definovat pomocí čtyř kroků: 1. definovat připojená světla (= VÝSTUPY); 2. definovat tlačítko (=VSTUP); 3. definovat funkcionalitu, která obsáhne všechny výstupy (například seznam všech výstupů, které budou společně v jednom okamžiku ovládané); 4. definovat potřebný vzájemný vztah (například " atmosféra v pokoji").

Všechny vztahy, které jsou definovány mezi vstupy a výstupy, jsou vždy založeny na jednom z výše uvedených vývojových diagramů. Jedná se o funkcionalitu vybraných vztahů (někdy se může jednat také o více než jenom jednu funkci) mezi vstupy a výstupy, což může zvýšit komplexnost celého systému.

KOMPLETNÍ VÝVOJOVÝ DIAGRAM RELACE 1. Začni novou instalaci - vyber všechny informace spojené s projektem - otevři nový projekt (spusť PROSOFT SW na svém počítači) 2. Zadej všechny pokoje týkající se projektu (př. kuchyň, pracovna, toaleta 1, zahrada apod.) - zadej všechny pokoje 3. Zadej všechny výstupy a přiřaď jim název (R1 = světlo na toaletě 1) (R2 = nástěnný vypínač na terase) - zadej všechna potřebná výstupní rozhraní - přiřaď název pro každý výstup 4. Zadej všechny vstupy a přiřaď jim název nebo popis, na kterém místě v domě se dané tlačítko/kontakt nachází (1 = levé tlačítko na dvoutlačítkovém panelu na toaletě 1)

106

KAPITOLA 5. REALIZACE ŘEŠENÍ - zadej všechna potřebná vstupní rozhraní - přiřaď název pro každý vstup 5. Definuj všechny potřebné funkce - definuj funkce 6. Zadej vztahy mezi vstupy a výstupy (zvol funkci "SWITCH" mezi vstupem 1 a výstupem 1) - zadej vztahy 7. Ulož a nahraj vygenerovaný soubor ze svého počítače do centrální jednotky - ulož soubor na svém počítači - nahraj soubor z počítače do centrální jednotky

5.3 Výstupy Výstup spojuje jeden elektrický spotřebič nebo okruh k systému. Díky tomu je pak možné řídit tento spotřebič prostřednictvím inteligentního systému. Existují tři hlavní skupiny výstupů: "RELÉ": tento výstup způsobuje přepnutí spotřebiče ze stavu ON (kontakt relé je uzavřen) a OFF (kontakt je otevřen). "STMÍVAČ": tento výstup mění hodnoty výstupního analogového signálu od 0 do 10 voltů. Tento signál se nejčastěji používá pro ovládání stmívání světla. Výstup 0V znamená intenzitu setmění na hodnotě 0% (tedy spotřebič je neaktivní). Naopak výstup 10V znamená intenzitu setmění na hodnotě 100% (spotřebič je zcela aktivní). V praxi to znamená, že například světlo nebo skupina světel připojená ke stmívači jsou díky tomu vypnutá, zapnutá, nebo rozsvícená s intenzitou někde mezi 0 - 100%. "MOTOR": tento výstup řídí motor, který se otáčí střídavě nalevo či napravo po omezenou dobu několika málo vteřin. Motor může být také kdykoliv zastaven. Tento výstup může být tedy nastaven na stav LEFT/RIGHT nebo STOP. Stav LEFT/RIGHT může znamenat také UP/DOWN, v závislosti na připojeném motoru (ve většině případů se jedná o řízení elektricky ovládaných rolet, žaluzií a markýz).


107

VÝSTUPNÍ JEDNOTKY Výstupy se stejnou funkcionalitou a se stejnými technickými specializacemi se řadí do skupin výstupních jednotek. Existují dva hlavní typy výstupních jednotek: A) Klasifikace podle funkce (jednotky založené na jejich funkci) "Výstupní jednotky relé": skupiny osmi relé stejného typu "Výstupní jednotky stmívače": skupiny osmi výstupů stejného typu řídících stmívače "Výstupní jednotky motoru": skupiny čtyř výstupů stejného typu ovládajících motor B) Klasifikace podle vztahu (jednotky založené na vztahu k systému) "Standardní výstupní jednotky": tyto výstupní jednotky jsou součástí centrální jednotky "Modulární výstupní jednotky": tyto jednotky jsou externí a jsou připojené prostřednictvím přímého kabelového spojení k plošnému spoji centrální jednotky. Výstupní moduly, které mohou bát připojeny k těmto výstupům, jsou vždy moduly relé a může se jednat o TDS13100 TDS13110. "Sběrnicové výstupní jednotky": tento typ výstupních jednotek jsou vše výstupní rozhraní

s připojením

po sběrnici

(AUTOBUS),

například

TDS13500,

TDS13524,

TDS13525, TDS13608… (Všechny sběrnicové vstupy a výstupy se obecně nazývají vstupní a výstupní rozhraní).

Každý výstup (relé, stmívač, motor) automaticky obdrží své pořadové identifikační číslo (například REL 1, DIM 16, MOT 8), které je v průběhu projektu neměnné. Každé výstupní rozhraní má nastavenou adresu (adresy začínají od "00", ovšem tato konkrétní adresa je rezervována pro centrální jednotku). Každá nová výstupní jednotka automaticky obdrží určitou adresu a tutéž adresu je nutné nastavit také k hardwarovému rozhraní. Tyto adresy mohou být měněny. (Systém adresám předřazuje také prefix "O", aby tak rozlišil výstupní a vstupní ("I") adresy, tedy například adresy "O16" a "I16" mohou existovat na stejné sběrnici. Existují také další podrobnější specifikace.

108


5.4 Vstupy Na rozdíl od výstupních rozhraní nejsou vstupní rozhraní tolik uspořádány, protože vstupů a vstupních jednotek existuje mnohem více. Rozhraní, která jsou zároveň vstupy i výstupy, se pak řadí mezi vstupy.

Klasifikace podle funkcí (existují 4 základní typy vstupních jednotek): "Obecné vstupy": patří zde dotykové panely, dotykové obrazovky atp… Pokud někdo aktivuje tlačítko na dotykovém panelu, do centrální jednotky se vyšle příkaz a provede se předdefinovaná akce pro dané ovládací tlačítko. "Digitální vstupy": klasické vypínače, detektory pohybu... Pokud je příslušný externí kontakt uzavřen, vstupní jednotka nebo rozhraní generuje příslušný příkaz a centrální jednotka tento příkaz zpracovává tak, jak přišel od dotykového panelu a vykoná se předdefinovaná akce. "Analogové vstupy": analogové vstupy jsou spojeními mezi systémem a třemi různými typy senzorů. Senzory vysílají svůj signál na analogový vstup (interní na centrální jednotku, externí na sběrnici). Signál je průběžně zpracován centrální jednotkou a v závislosti příslušných funkcích jsou v určitý čas vykonávány akce. (Analogové vstupy se používají pouze pro signály teplotních senzorů, senzorů pro osvětlení a senzorů pro detekci vlhkosti). "Audio rozhraní": zde patří celá rodina nejrůznějších obecných i vyhrazených (tj. závislých na konkrétní značce) rozhraní. Všechna audio rozhraní jsou sběrnicová. Díky těmto rozhraním je snadné ovládat připojený audio systém pomocí standardních tlačítek nebo/a pomocí speciálních dotykových panelů či dotykových obrazovek.

Klasifikace podle systémů (rozlišujeme dvě skupiny podle způsobu připojení k systému): "Přímé nebo interní vstupní rozhraní": tato rozhraní jsou součástí centrální jednotky. V závislosti na typu používané centrální jednotky se liší také dostupné typy vnitřních vstupních jednotek. "Sběrnicové vstupní rozhraní": tato vstupní rozhraní jsou napojena na sběrnici a jsou nejčastější.


109

5.5 Základní funkce Funkce RELÉ

Popis funkce: Funkce způsobuje změnu stavu relé mezi zapnuto a vypnuto (ON/OFF). Pokud někdo stiskne tlačítko, sepne se připojené relé (dojde ke změně stavu vypnuto na zapnuto, nebo opačně).

Parametry funkce "Relé": tento parametr definuje relé, které bude prostřednictvím funkce přepnuto (v rámci dané funkce). "Požadovaná hodnota": tento parametr definuje cílový stav relé. Požadovaná hodnota se nastavuje pouze v případě, že se bude funkce relé používat v rámci některé další funkce (při volání z jiné funkce).

Standardní chování funkce na rozhraní (typ "Switching", přepínání): "Short": při krátkém stisku se relé přepne. Tedy pokud bylo světlo zapnuto, tak se vypne, a obráceně. "Long": při dlouhém stisku se relé přepne. Tedy pokud bylo světlo zapnuto, tak se vypne, a obráceně.

Chování v případě, že se funkce používá v rámci jiné funkce (typ "Relé") "ON": relé se zapne v případě, že bylo předtím vypnuto a zůstane ve stavu zapnuto, pokud už i předtím bylo ve stavu zapnuto. "OFF": relé se vypne v případě, že bylo předtím zapnuto a zůstane ve stavu vypnuto, pokud už i předtím bylo ve stavu vypnuto. "ON/OFF": relé se zapne nebo zůstane zapnuto v případě, že je funkce aktivní a vypne se v případě, že je funkce vypnuta.

110

KAPITOLA 5. REALIZACE ŘEŠENÍ "OFF/ON": relé se vypne a zůstane vypnuto v případě, že je funkce zapnuta. Pokud je

funkce vypnuta, zůstane relé vypnuto. Pokud se relé vyvolává jinou funkcí, bude výsledek záviset na hodnotě cílového nastavení.

Obrázek 5.3: Příklad nastavení funkce SWITCH (vypínač)

Obdobným způsobem je možné nastavit také ostatní funkce. Zde je jejich stručný popis.

Funkce STMÍVÁNÍ

Funkce stmívače mění stav výstupu stmívače v hodnotách od 0% (= 0V = vypnuto) až do 100% (= 10V = zapnuto). Krátký stisk tlačítka nastaví světlo připojené ke stmívači na předem definovanou hodnotu intenzity osvětlení v paměti. Další krátké stisknutí způsobí vypnutí světla. Pokud je tlačítko stisknuto po delší dobu, aktivuje se funkce stmívání, která zůstane nastavena na hodnotě, která bude aktuální v okamžiku, kdy opětovně tlačítko pustíme. Při zapínání a vypínání světla lze použít čas setmění a rozetmění.


111

Funkce MOTOR

Funkce motoru se používají pro řízení stejnosměrných i střídavých obousměrných motorů, které ovládají elektrické záclony, závěsy, žaluzie, rolety, markýzy atp. Funkce může řídit

rotaci

motoru

dopřednou,

zpětnou

a pozici

stop.

Krátké

stisknutí

tohoto

naprogramovaného tlačítka způsobí to, že motor bude pracovat v opačném směru, než v jakém pracoval při poslední aktivaci. Stisknete-li tlačítko v okamžiku, kdy je motor aktivní, způsobíte jeho zastavení. Stiskne-li se tlačítko na dobu delší než jedna vteřina, pak bude motor pokračovat ve své činnosti, až dokud není opětovně upuštěno. Funkce ČASOVAČ

Funkce časovače uvede jinou funkci během předem daného času do požadovaného stavu. Tato funkce se často používá u schodišťové šachty. Po stisknutí tlačítka se okamžitě na určitý krátký časový úsek rozsvítí světlo (například po dobu pěti minut). Po uplynutí této doby se světlo automaticky vypne. S touto funkcí je možné volit mezi světlem, řízeným relé, nebo světlem, řízeným stmívačem, kde může být časovač nastaven například na dobu dvou minut, což uživatelům zajistí, že se světlo bude stmívat po dostatečně dlouhou dobu na to, aby byli schopni například odejít z pokoje beze spěchu za náhlé úplné tmy. Funkce SENZOR

Funkce senzoru aktivují prahové určité hodnoty senzoru, které systém použije k tomu, aby vykonal určitou akci. Pokud senzorem naměřená hodnota teploty, vlhkosti či světla překročí (bude menší než/bude větší než) tyto hodnoty, vykoná se příslušná akce. Například u teplotních senzorů může být takto aktivováno nastavení denní nebo noční teploty. Výsledkem funkce může být také zvyšování teploty (např. o + 0.5°C) nebo snižování (-0.5° C), případně nastavit teplotu jako ochranu proti námraze. Funkce VĚTRÁNÍ

Funkce větrání sepne funkci a zanechá relé v aktivním modu po určitou dobu po té, co byla jiná předcházející funkce ukončena. Konkrétně se jedná o kombinaci funkcí světla a větrání. Je-li toto tlačítko zapnuto, zapne se světlo. Při opětovném zapnutí tlačítka se světlo vypne a aktivuje se větrání na určitou dobu (například 5 minut). Po uplynutí této doby se větrání automaticky vypne. Tato funkce se používá například v koupelnách nebo toaletách.

112


Funkce ATMOSFÉRA V MÍSTNOSTI

Tato funkce se používá k navození lokální atmosféry. Funkce popisuje požadovaný stav nejvíce deseti integrovaných funkcí - na každé z nich může být umístěn spotřebič (řízený relé, řízený stmívačem, motor). Každý spotřebič může mít určitou funkci: vypnout, zapnout, nastavit na určitou intenzitu, vysunout nebo zatáhnout markýzu apod. Vedle konkrétních spotřebičů do těchto spojů mohou být připojeny i jiné funkce integrovaného systému (například funkce časovač). Při aktivaci funkce "atmosféra v místnosti" se začnou postupně vykonávat všechny tyto ostatní integrované funkce ze seznamu na základě zvolené sekvence s ohledem na to, jakého konečného stavu chceme dosáhnout. Funkce ČASOVANÁ ATMOSFÉRA V POKOJI

Tato funkce je podobná funkci předchozí - popisuje požadovaný stav nejvýše deseti jiných funkcí, které budou při aktivaci funkce "Časovaná atmosféra v pokoji" přepnuty na nastavený cílový stav v závislosti na nastaveném časovém vzorku, tedy pro každý spoj lze navíc nastavit časový interval mezi funkcí předcházející a aktuální. Lze také specifikovat, zda se má funkce automaticky opakovat poté, co byla provedena funkce posledního spoje. Funkce CELKOVÁ ATMOSFÉRA

Tato funkce popisuje požadovaný stav všech výstupů relé a stmívačů v konkrétní požadované situaci. Poté může být vyvoláno až pět dalších funkcí. Používá se pro obecné operace, vztahující se k celé domácnosti. Funkce "Celková atmosféra" může být pouze aktivována a zůstává aktivní do té doby, než nastane nějaká změna nastaveného koncového stavu. Funkce IF-THEN-ELSE

Funkce se zapne v závislosti na stavu nastavitelné podmínky jedné nebo další nastavitelné funkce. Kdy je za těchto podmínek spuštěna je kontrolováno pouze jednou. Následkem toho tato funkce není automatická. Pokud je tato funkce přiřazena ke tlačítku, tak pokud je toto tlačítko stisknuto, funkce zkontroluje podmínku. Pokud je tato podmínka pravdivá, spustí se určitý program. Není-li pravdivá, nevykoná se nic.


113

Mezi další funkce, které je možné nastavovat v systému patří: · funkce ZPRÁVY A ALARMY; · funkce TRANSPARENT; · funkce BZUČÁK; · funkce SLUŽBA; · funkce PROCES; · funkce HODINY; · PODMÍNKOVÉ funkce; · AUDIO funkce. Toto je pouze výčet a stručný popis základních funkcí systému. Je možné nastavit si funkce vlastní, případně je upravovat a přizpůsobovat vlastním požadavkům nebo požadavkům obyvatel domácnosti.

5.6 Příklady a aplikace Výše uvedené funkce mohou být součástí kteréhokoli integrovaného systému pro řízení domácnosti. Ovšem skutečně dobrý systém vyžaduje také hlubší zamyšlení nad životním stylem budoucích obyvatel domácnosti a v závislosti na tom navrhnout nabídku některých specifických dovedností systému. Mezi ně patří například tyto: Osvětlení cesty vedoucí do dětského pokoje: Malé děti se občas během noci probudí a rodiče je chodí zkontrolovat. Za použití stmívačů je možné zajistit slabé osvětlení cesty, vedoucí z ložnice do dětského pokoje. Po stisku tlačítka, umístěného vedle postele (označeného například LED diodou) se v okamžiku nastaví světelná sekvence. Lampička na nočním stolku se rozsvítí s intenzitou 20%, poté se rozsvítí světla v chodbě, vedoucí z ložnice do dětského pokoje na intenzitu 50%. Po příchodu do dětského pokoje se rodič dále může sám rozhodnout, zda zvýší intenzitu osvětlení pomocí lokálního vypínače. Po skončení noční prohlídky, když se rodič vrátí zpět do své ložnice, opětovně stiskne totéž tlačítko

114


a všechna světla se postupně zcela ztlumí. Poté, co děti trochu vyrostou, již tato funkce postrádá smyslu a tlačítko může být přeprogramováno pro zcela jinou funkci. Osvětlení cesty vedoucí na toaletu: Obdobným způsobem můžeme po setmění lemovat také cestu, vedoucí ze všech ložnic na toaletu, abychom tak nemuseli po tmě tápat a zároveň nemuseli zatěžovat rozespalé oči plnou intenzitou světla. Probuzení malého dítěte: Jestliže se malé dítě probudí uprostřed noci a vydá se například sejít po schodech, hrozí nebezpečí úrazu. Abychom tomuto mohli předejít, je vhodné například umístit do oblasti kolem dětské postýlky tlakovou rohožku. Při nášlapu na tuto rohožku se rozsvítí světlo v dětském pokoji, na chodbě i na schodišti na 30%. Jestliže rodiče v té době právě sledují televizi, objeví se jim na obrazovce textový vzkaz (alarm) o tom, že je dítě vzhůru a takovouto situaci je již možné dle možností řešit. Pracovní pohotovost: Pracuje-li jeden z partnerů například jako lékař, je nutné, aby byl stále na příjmu pro případ akutní naléhavé situace, a tedy i kdykoli během spánku v noci. Zvoní-li naléhavý telefon z práce, umístěný na nočním stolku vedle postele, večer po 22 hodině, je zaznamenán také domácím integrovaným systémem. Světlo na nočním stolku se rozsvítí na 30%. Je-li předmětem hovoru naléhavý případ s nutností ihned odejít do práce, stiskne uživatel k tomu určené tlačítko. Reakcí systému na tuto akci bude rozsvícení přístupové cesty do koupelny, aktivace zdroje pro ohřev teplé vody pro urychlení základní hygieny, rozsvítí se také cesta vedoucí do garáže. Po vstupu do garáže je uživatel zaznamenán pohybovými detektory a jsou automaticky otevřena garážová vrata. Světla na příjezdové cestě se na 5 minut rozsvítí. Světla vedoucí do garáže se automaticky vypnou, dveře vedoucí do garáže jsou uživatelem uzavřeny prostřednictvím dálkového ovladače, umístěného v autě. Intenzita osvětlení chodby na 100% během dne a na 30% přes noc: V chodbě existují vypínače pro ovládání osvětlení. V době mezi 7 - 22 hodinou se dá světlo nastavit na intenzitu mezi 0% až 100%. V noci pouze mezi 0% až 30%, protože jediné, nač osvětlení během noci potřebujeme, je bezpečný průchod. Samozřejmě je pak možné nastavit také maximální intenzitu v případě, že se někdo rozhodne pro pozdní noční úklid chodby.


115

Funkce pro nastavení atmosféry v kuchyni a obýváku: V obývacím pokoji a kuchyni lze nastavit funkci tlačítek tak, aby vytvářely určitou atmosféru v případě, že uživatel vchází, odchází nebo používá pokoj. V obýváku si lze představit funkci pro sledování televize, přijímání návštěv, hraní s dětmi, čtení knihy, romantický večer s partnerem, příjemná večeře apod. V případě kuchyně můžeme nastavit funkci pro zapnutí všech světel, pokud vaříme, nebo lehké světlo a příjemnou teplotu pro ranní snídani. Pokud pak uživatelé chtějí navíc ručně nastavit například jedno světlo jinak, mohou tak učinit pomocí dálkového ovladače, bez nutnosti přepínat nastavení na nástěnném ovladači. Inteligentní funkce "prázdný dům" (all out): U garážových vrat, vchodových dveří a třeba také u zadního vchodu existuje tlačítko "prázdný dům". Podle domluvy jej aktivuje člověk, který odchází z domu jako poslední. Vypnou se všechna světla v domě, s výjimkou oblasti, ve které bylo stisknuto tlačítko "prázdný dům". Pro zvýšení bezpečí se vypnou také některé spotřebiče, jako kávovar, žehlička, sporák… Nevyužité spotřebiče (zařízení, která jsou ve standby režimu) mohou být vypnuty, včetně kuchyňského bojleru. Veškeré vytápění je přepnuto na noční úsporný režim. Také markýzy a rolety mohou být dle libosti a venkovních podmínek vytaženy nebo zataženy. V zimním období, kdy je venku brzy tma, se venkovní světla vypnou teprve po uplynutí určité doby. Jiná situace bude samozřejmě platit v případě, že v době odchodu posledního uživatele je již venku světlo. Má-li dům bezpečnostní alarm proti vloupání, stačí ho při odchodu aktivovat zadáním bezpečnostního hesla, a v takovém případě již žádné další tlačítko "prázdný dům" není zapotřebí. Po návratu prvního uživatele zpět domů se opětovným zadáním kódu funkce alarmu deaktivuje a systém opět nastaví ostatní funkce domácnosti do stavu, který je pro své uživatele vyhovující.

Větrací systém v koupelně: Obdobně jako na toaletě lze i v koupelně instalovat větrací systém, který se aktivuje na určitou krátkou dobu po té, co uživatel opustí místnost. V případě, že se někdo sprchuje nebo koupe, přirozeně v místnosti roste vlhkost. Důsledkem je například zamlžení zrcadel. Chceme-li se tomu vyhnout, lze v koupelně instalovat detektor vlhkosti, a pokud pak vlhkost překročí určitou hranici, automaticky se aktivuje odvětrávání. Není-li možné v koupelně použít analogový senzor vlhkosti, pak lze místo toho použít například nastavení funkce, která po určité době - kdy uživatel vstoupí do místnosti a setrvá

116


v ní například po dobu delší než je 10 minut - spustí odvětrávání. Existuje totiž velká pravděpodobnost, že po tak dlouhé době strávené v koupelně si právě dopřáváme koupel nebo sprchu.

Veškeré další konkrétní informace, podrobné technické specifikace jednotlivých kroků a nastavení jednotlivých funkcí, uvedených ve vývojovém diagramu výše, jsou detailně popsány

v technické

dokumentaci

systému

PROSOFT

[http://www.telekons.lv/] Tato specifikace je uložena také na přiloženém CD této práce.

na webové

stránce

KAPITOLA 6. ZÁVĚR

117

6 Závěr Úkolem této diplomové práce bylo seznámit se problematikou inteligentních systémů řízení domácnosti s ohledem na nízkou energetickou spotřebu. Výstupem je návrh simulátoru vstupních a výstupních signálů komponent, vhodných pro připojení k systému řízení. Při výběru komponent jsem vycházela z běžných životních potřeb uživatelů. Navržený simulátor je vhodný jako výchozí materiál při výběru komponent budoucím uživatelům. Je možné jej doplnit o další vhodné komponenty, detailněji rozpracovat a propojit jednotlivé funkce, případně zpracovat vhodnější a elegantnější grafické rozhraní. Jelikož k této tematice existuje poměrně málo literatury, často vznikala potřeba čerpat také z jiných zdrojů, jako jsou například různé firemní webové prezentace, katalogy či prospekty, případně časté osobní konzultace se zainteresovanými lidmi z oboru navrhování nízkoenergetických budov s inteligentním systémem řízení. Na ČVUT se tomuto tématu věnují například prof. Ing. Miroslav Husák, Csc. na Katedře mikroelektroniky FEL, vedoucí Katedry technických zařízení budov FSV prof. Ing. Karel Kabele, CSc. nebo Ing. Martin Daniel Vonka, Ph.D. na Katedře konstrukcí pozemních staveb Fakulty stavební ČVUT v Praze.

Měla

s marketingovým

jsem

také

příležitost

specialistou

komunikovat

a technickým

s lidmi

z průmyslu,

konkrétně

projektantem

největšího

projektu

nízkoenergetického inteligentního bydlení v ČR Easy Home Ing. Leošem Grelichem nebo s šéfem divize pro školství společnosti Microsoft ČR Dr. Daliborem Kačmářem. Jelikož jsem se o tuto problematiku v minulosti zajímala pouze jako laik a případný budoucí zájemce o tento typ bydlení, byla pro mne spolupráce s nimi velice zajímavá a motivující. Taktéž průnik do problematiky navrhování a řešení regulace a úspor energií byl pro mne velkým osobním přínosem. Díky této diplomové práci a informacím, ke kterým jsem se díky ní dostala, mne přiměly k ještě většímu prohloubení zájmu o tento typ bydlení. Budu velmi ráda, pokud se tato diplomová práce stane pro někoho dalšího výchozím zdrojem informací či podnětem pro pokročilejší návrhy obdobného typu simulátoru, který bude moci sloužit svým uživatelům při rozhodování o svém budoucím či úpravě současného typu bydlení, případně o další doplnění návrhu či implementace nebo grafické vizualizace systému pro řízení moderní inteligentní nízkoenergetické domácnosti.

KAPITOLA 7. POUŽITÉ ZDROJE

119

7 Použité zdroje [1] VALEŠ, MIROSLAV: Inteligentní dům. Brno, Vydavatelství ERA, 2006. ISBN: 807366-062-8. [2] Johnson Controls INT: Inteligentní budova. Firemní literatura, 2004. [3] www.leonardo-energy.org [online]. [cit. 2008-05-15]. Dostupný z WWW: . [4] www.alterstav.cz [online]. [cit. 2008-04-20]. Dostupný z WWW: . [5] ŠMELHAUS, PAVEL, a kol.: Nízkoenergetický dům. Praha, ABF - nakladatelství ARCH, 2004. ISBN: 80-86165-94-9. [6] www.ekowatt.cz [online]. [cit. 2008-04-15]. Dostupný z WWW: . [7] www.sfzp.cz [online]. [cit. 2008-05-16]. Dostupný z WWW: . [8] www.aton.cz [online]. [cit. 2008-05-17]. Dostupný z WWW: . [9] Projekt AMIGO [online]. [cit. 2008-04-30]. Dostupný z WWW: . [10] www.aton.cz [online]. [cit. 2008-04-28]. Dostupný z WWW: . [11] www.pasivnidomy.cz [online]. [cit. 2008-05-02]. Dostupný principy.html>.

z WWW:

120


[12] www.slavona.cz [online]. [cit. 2008-05-02]. Dostupný

z WWW:

<www.slavona.cz/cz/slavona/vseobecne-informace/pasivni-

domy/pasivni-domy.html?chapter=historie>. [13] www.i-ekis.cz [online]. [cit. 2008-05-18]. Dostupný z WWW: . [14] www.i-ekis.cz [online]. [cit. 2008-05-18]. Dostupný z WWW: . [15] www.i-ekis.cz [online]. [cit. 2008-05-18]. Dostupný z WWW: . [16] www.i-ekis.cz [online]. [cit. 2008-05-18]. Dostupný z WWW: . [17] www.i-ekis.cz [online]. [cit. 2008-05-18]. Dostupný z WWW: . [18] www.rwe.cz [online]. [cit. 2008-05-19]. Dostupný z WWW: . [19] www.ekotop-cb.cz [online]. [cit. 2008-05-19]. Dostupný z WWW: . [20] cs.wikipedia.org [online]. [cit. 2008-05-20]. Dostupný z WWW: . [21] hestia.energetika.cz [online]. [cit. 2008-05-14]. Dostupný z WWW: . [22] www.whirlpool.cz [online]. [cit. 2008-04-15]. Dostupný z WWW: . [23] www.klimatizace.net [online]. [cit. 2008-04-12]. Dostupný z WWW: .


121

[24] www.ekowatt.cz [online]. [cit. 2008-04-15]. Dostupný z WWW: . [25] wanda.centrum.cz [online]. [cit. 2008-04-16]. Dostupný

z WWW:

podlahove-topeni-a-od-nohou-bude-teplo.aspx>. [26] www.ekotop-cb.cz [online]. [cit. 2008-05-18]. Dostupný z WWW: [27]

www.zatop.cz

[online].

[cit.

2008-04-16].

Dostupný

z WWW:

[28]

www.leonardo-energy.org

[online].

[cit.

2008-05-16].

Dostupný

z WWW:

[29] library.abb.com [online]. [cit. 2008-05-18]. Dostupný z WWW: [30] www.x10.cz [online]. [cit. 2008-05-18]. Dostupný z WWW: [31] en.wikipedia.org [online]. [cit. 2008-05-10]. Dostupný z WWW: [32] www.insteon.net [online]. [cit. 2008-05-11]. Dostupný z WWW: [33] www.z-wave.com [online]. [cit. 2008-05-11]. Dostupný z WWW: [34] en.wikipedia.org [online]. [cit. 2008-05-12]. Dostupný

z WWW:

[35] en.wikipedia.org [online]. [cit. 2008-05-12]. Dostupný z WWW: [36] www.exdomus.com [online]. [cit. 2008-05-12]. Dostupný z WWW:

122


[37] cbus-enabled.com [online]. [cit. 2008-05-11]. Dostupný z WWW: [38] www.inteligentnibydleni.cz [online]. [cit. 2008-05-16]. Dostupný z WWW: [39] www.telekons.lv [online]. [cit. 2008-05-20]. Dostupný

z WWW:

KAPITOLA 8. PŘÍLOHY

8 Přílohy Příloha A – Modelový dům Příloha B - Struktura přiloženého CD

123

Komponenty nízkoenergetické inteligentní domácnosti Adéla Chrastinová

Recommend Documents