«Умный дом» Vs «Интеллектуальное здание»

Мало кого сегодня удивит термин «умный дом» (англ. «smart home»). Но все же, каждый представляет это понятие по-своему. Для одних это вопрос престижа или комфорта, для других – безопасность и экономия. И те и другие по-своему правы, но если углубится в вопрос об этом явлении, прежде всего, следует знать, что «умный дом» – это целый набор автоматизированных систем, согласованных друг с другом, составляющих одно целое. Вся установленная в помещении электроника взаимосвязана между собой, легко контролируема.

Параллельно с «умным домом» возникает также понятие «интеллектуальное здание». Так в чем разница между двумя этими терминами? 

Конкретизируем понятия «Умный дом» (УД) и «Интеллектуальное здание» (ИЗ). 
Первое, практически, есть составляющей частью второго. В тоже время нельзя сказать, что ИЗ –  расширенная версия УД. Это два абсолютно разных понятия. (Можно привести пример: дворник и снегоуборочная машина. Цели как будто бы и одинаковые,  способ уборки аналогичен, но масштабы работы абсолютно разные). 

С другой стороны УД это то, что в простонародье называют ИЗ. Под ИЗ понимают систему диспетчеризации для административных и жилых зданий в общем. Под УД – систему автоматики для коттеджа либо квартиры.

По сути УД и ИЗ – слова синонимы, по-разному воспринимающиеся в нашей стране, не беремся говорить за весь мир. Рынок ИЗ (УД) молод и только становится на ноги, тавтологии и неправильные названия со временем уйдут, утвердится лексика и структуризация типов ИЗ (УД) (диспетчеризация, учет ресурсов, гостиничные решения, котеджные решения и т.д.).

УД -  связь систем домашнего быта в единую сеть с целью эргономичного использования. На первом месте стоит комфорт.

Автоматика в частном строительстве, то есть в УД – это, как правило, управление светом, микроклимат, аудио-видео мультирум, интеграция с системой пожарно-охранной сигнализации, система предотвращения протечек воды, сенсорные переносные и стационарные экраны с интуитивно понятной системой графической визуализации, связь по GSM управление и мониторинг. Реже закладывается диспетчеризация технологического оборудования (насосной подстанции, системы очистки воды, контроля Ph, уровня дренажных и сточных вод). 

Системы автоматизации пришли к нам из промышленности. Есть открытые и закрытые системы (ОС и ЗС).

ОС – наличие многих производителей, масштабируемость, обслуживание, интеграция, взаимозаменяемость оборудования оборудованием другого производителя, возможность выбора интегратора.

ЗС – один производитель, высокая стоимость обслуживания и расширения системы, ограниченные возможности масштабирования, затрудненная интеграция с другим производителем, ограниченный выбор устройств, заказчик оказывается в зависимости от одного поставщика.

Системы управления и диспетчеризации инженерного оборудования позволяют осуществлять вентиляцию и кондиционирование помещений. Они контролируют отопление здания, его холодоснабжение, водоснабжение, канализацию. С помощью специально установленных датчиков, к примеру, в случае прорыва трубы, система контролирует своевременное перекрытие подачи воды, обеспечивая, таким образом, безопасность всего имущества. Важным элементом этих систем также является электроснабжение и освещение. Заказчик может устанавливать индивидуальные световые сцены для различных случаев, контролировать расход электроэнергии. 

Системы безопасности включают в себя пожарную и охранную сигнализацию, системы дымоудаления, контроль доступа, видеонаблюдение внутренних помещений, внешних участков объекта, а также систему технической безопасности.

В систему для отдыха и развлечений входят такие компоненты как домашний кинотеатр, спутниковое телевидение, мультирум. Все это интегрируется в общую систему управления, позволяет с помощью одного лишь пульта управлять всеми аудио-, видео-источниками, расположенными в доме. Все провода, аппаратура, колонки при этом надежно скрыты в подсобных помещениях, на виду остаются лишь дисплеи и компактные панели управления.

Система дистанционной диспетчеризации позволяет управлять и контролировать все объекты на расстоянии. Это может совершаться посредством глобальной сети Интернет и других каналов передачи данных. Диспетчеризация заключается именно в том, что она способна проводить мониторинг оборудования (его работоспособность, наличие необходимых ресурсов); мониторинг среды (проникновение, пожар, подтопление, климат и т.п.). Возможно также управление сценариями (освещением, климатом, парковками, реакция на опасные ситуации). 

Производится также расчет оптимального плана обслуживания всех систем. А самое главное, все это работает даже в том случае, если хозяина помещения нет дома, он лишь наблюдает и контролирует общее состояние здания. 

В большом здании систем, интегрируемых в систему ИЗ, существенно больше. Но при этом уровень надежности не должен отличаться. Отказоустойчивость оборудования и гарантия, что команды беспрепятственно будут доходить до исполнительных устройств это то, что обязан просчитать в своем проекте инженер. 

Все контроллеры наиболее распространенных полевых шин проходят обязательную сертификацию в специальных центрах, где и проверяется их совместимость со стандартом и уровень надежности. 

Контроллеры, используемые для создания системы автоматизации, могут быть сгруппированы в 3 категории PLC:

• системные;
• сетевые;
• оконечные.

Системные – узлы, имеющие относительно быстрые процессоры для обработки большого количества сигналов и переменных, межстандартные шлюзы.

Сетевые – маршрутизаторы, конвертеры сигналов (оптика, медь, коаксиал, радио).

Оконечные – недорогие контроллеры с минимумом памяти и маломощными процессорами, ориентированные на конкретную узкую функцию. 

У каждого производителя оборудования есть свои специфические особенности. Как правило, они не сильно афишируются и компания-инсталлятор собирает свою базу знаний по прошествии достаточно большого времени при условии, что компания не зациклена на одном производителе. Хотя, можно сказать, что это далеко не минус. Зная большинство подводных камней одного производителя, можно построить достаточно устойчивую систему с минимизацией коллизий и программных нестыковок. Знания специфики  оборудования (выходя из практики), являются залогом качественной работы системы спроектированной на долгий срок и не требующей обслуживания со стороны сервисной организации на протяжении длительного времени. Хотя плановые проверки, в принципе,  необходимы для прогнозирования неисправностей в работе системы (то модуль перегревается, то температура в щитовой зашкаливает, то возможны перебои с питанием на объекте… а все это ведет к непрогнозируемому сроку выхода из строя того или иного оборудования).

ИЗ – это комплекс инженерный систем здания, который адекватно реагирует на присутствие/поведение человека и состояние окружающей среды. На первом месте стоит экономичностьфункциональность. 

Основа ИЗ – свободно программируемые контроллеры (PLC). 

При помощи аналоговых и цифровых входов PLC  считывается температура, влажность, давление, скорость воздушного потока, задымленность, движение. Выводы позволяют контроллеру посылать управляющие сигналы на подчиненные устройства, и посредством полевой шине передавать команды управления на другие части системы.

Полевая шина – сеть передачи данных, связывающая различные датчики, промышленные контроллеры, исполнительные механизмы, которая используется в автоматизации. 

Функциональные возможности ИЗ предусматривают управление климатом здания в пределах указанного диапазона температур, обеспечивает управление освещением в связке с системой контроля доступа и временными диапазонами графика работы сотрудников, контролируют остальные инженерные службы здания, внештатные ситуации и аварии, обеспечивают рассылки по электронной почте или визуальное отображение информации посредством системы визуализации и управления (SCADA) в диспетчерской  ЖЭКа. При помощи создания таблиц расписаний можно планировать нагрузки на систему вентиляции, освещения, водоснабжения; выбирать те или иные режимы работы систем. Все это уменьшает энергетические затраты и стоимость обслуживания в сравнении с традиционной инсталляцией. 

В разных помещениях здания может быть задана своя температура для комфортной работы сотрудников. Температурные датчики в помещениях обеспечивает обратную связь контроллеру, таким образом можно корректировать какой из режимов, нагревание либо охлаждение, необходимо использовать.

Свет может быть либо включен, либо выключен, уровень освещенности может подстраиваться в зависимости от времени суток. При этом в системе освещения играет роль не только сам источник света. Для экономии электроэнергии можно использовать естественное дневное освещение, а также контролировать световой поток при помощи открытия/закрытия жалюзи (ламелей) в зависимости от положения солнца.

Затраты на строительство интеллектуального здания,  выше, чем на строительство зданий с традиционной инсталляцией. 

При этом следует учитывать, что общая стоимость здания состоит из суммы затрат на строительство и эксплуатацию в течение жизненного цикла здания. Стоимость эксплуатации систем жизнеобеспечения здания существенно превышает затраты на его строительство. В данном случае ИЗ является необходимой «надстройкой» над стандартной инсталляцией для повышения ликвидности здания и является эффективным инвестиционным решением для снижения расходов по эксплуатации.

По сравнению со стандартной инсталляцией ИЗ имеет следующие преимущества:

1.     экономия на прокладке кабельных сетей и коммутационном оборудовании;

2.     снижение энергозатрат; 

3.     повышение надежности всей системы; 

4.     повышение оперативности управления объектом; 

5.     возможность графического отображения и контроля инженерии здания; 

6.     интеграция инженерных систем здания; 

7.     относительная прогнозируемость аварийных ситуаций;

8.     масштабируемость;

9.     уменьшение эксплуатационных затрат:

• экономия теплоносителей, воды и электроэнергии;
• оптимизация потребления энергоносителей; 
• повышение эффективности работы всех инженерных служб объекта при действиях в аварийных и нештатных ситуациях; 
• получение хозяином объекта информации о состоянии контролируемых систем «из первых рук» в удобной и наглядной форме, что позволяет избежать «подтасовок» и замалчивания фактов; 
• интегрирование всех систем объекта (системы безопасности, системы связи и коммуникации, системы жизнеобеспечения) в единый комплекс, способный самостоятельно реагировать на изменение обстановки.

Часто при построении системы ИЗ и УД применяется несколько стандартов. Для того что бы связать несколько разрозненных протоколов используют программно-аппаратные шлюзы (они остаются прозрачными относительно протоколов, которые связывает шлюз). Логика не нарушается, но меняется, возможно, тип среды передачи, название переменных, скорость передачи данных.

На данный момент рынок практически разделен по сферам применения стандартов:

• Управление светом, жалюзи, шторами, ролетами: EIB, LON, DSI/DALI, Lutron, DMX.
• Управление вентиляционными установками, фенкойлами и кондиционерами: LON, BACnet.
• Магистральные шины обмена данными: LON, BACnet, Ethernet.
• Сбор данных с датчиков и счетчиков: M/MOD-bus, RS485, Ethernet, AS-Interface.
• Дымоудаление: LON, BACnet.
• Видеонаблюдение, мультирум: AMX, Crestron.
• Пожарная сигнализация: интегрируется с LON.
• Контроль доступа: RS-485.
• Радиоканал: EnOcean, Zigbee, LON, EIB.

Нельзя четко сказать, что все написанное выше – неоспоримый факт. На самом деле многие из стандартов применимы практически в каждом из перечисленных подпунктов. Но наиболее часто используются все же те, которые указаны. В разных проектах по-разному принимается решение использовать тот или иной протокол. Все вытекает из конкретно поставленной задачи.

Таким образом, проектирование ИЗ и УД зависит от многих факторов (выбора полевой шины, производителя, корректного подбора устройств, цены, правильного выбора датчиков и расчета нагрузки).

Последние три десятилетия ознаменовались внедрением на рынке элементов логики и псевдоинтеллекта. Для Европы стоимость энергоресурсов всегда была актуальной  тематикой. 

Сам собой появлялись вопросы, как сделать так, чтобы существенно уменьшить стоимость эксплуатационных затрат в жизненном цикле здания? Как связать множество разных, на первый взгляд несовместимых инженерных систем здания (а их для одного только здания насчитывается более 40). Что должно быть общим в этих системах и как ими управлять. 

Для нахождения правильного решения должны были пройти годы испытаний, заключений и усовершенствования первичной идеи. Создавались группы разработчиков, целые ассоциации и содружества. На данный момент, Европа перешагнула через тот рубеж, когда практически каждый высотный дом имеет свою систему управления инженерными системами здания. 

Сегодня создаются диспетчерские пункты, в которых можно отслеживать параметры с целых микрорайонов, городские службы диспетчеризации. Для нас это звучит как будущее, хотя, не такое уж и далекое. 

ИЗ является неотъемлемой частью нашего будущего. Уже сегодня в мире становится популярным термин «умный город» (УГ), а значит ИЗ (УД) становится всего лишь одним из его компонентов. 

Планируется, что в системе УГ все здания смогут быть подключены к отдельной специально защищенной IP-сети, что обеспечит централизованное управление всеми системами УГ, используя при этом минимальные затраты. Таким образом, возникнут надежные системы обмена данными, контроля и управления автоматикой в масштабах целого города. А это значит, что то, что сегодня мы называем «интеллектуальным зданием» и «умным домом», является лишь первой ступенькой к будущему – к «умному городу».