DOM INTELIGENTNY

WSKAŹNIKIEM EKOLOGICZNYM

Grzegorz Wojciek

CW3/2011/MIUG/NST

CO TO JEST INTELIGENTNY DOM ?

Inteligentny dom to pojęcie, które zaczęło funkcjonować w latach

90 dwudziestego wieku. Systemy automatycznego sterowania

procesami produkcyjnymi zaczęto przenosić początkowo do

obsługi pomieszczeń biurowych, a następnie hoteli i domów

prywatnych. Co ważniejsze, większość stosowanych wówczas

rozwiązań stanowiło odpowiedź na życzenia klientów

oczekujących wygody, luksusu i ułatwień w życiu codziennym.

Nic więc dziwnego, że montowana wtedy automatyka stanowiła

kolejny odbiornik energii elektrycznej, a kwestie ekologii

zupełnie pomijano. Jednak z upływem czasu proste czujniki

odpowiedzialne za włączanie i wyłączanie poszczególnych

instalacji ewoluowały w kierunku skomplikowanych i bardzo

rozbudowanych systemów analizy i monitorowania otoczenia

pracujących pod kontrolą coraz wydajniejszych i lepiej

oprogramowanych systemów komputerowych, dzięki czemu

obecnie jest to duża i rozwojowa gałąź przemysłu.

Podstawowe cechy nowoczesnego budynku to bezpieczeństwo, komfort,

funkcjonalność i ekonomia użytkowania. Kiedy mówimy o inteligencji

domu czy urządzenia, mamy na myśli rozwiązania techniczne

pozwalające na automatyczne i w pewnym stopniu autonomiczne

zarządzanie instalacjami mającymi wpływ na panujące w domu, a nawet

w konkretnych pomieszczeniach, warunki. Pojęcie „Inteligentny

budynek” często jest utożsamiane ze skrótem BMS (ang. Building

Management System) - zintegrowany system zarządzania funkcjami

technicznymi budynku.

Główne obszary zainteresowania producentów takich systemów to

bezpieczeństwo:

* kontrola przeciwpożarowa,

* kontrola stężenia gazu,

* kontrola stężenia tlenku węgla,

* kontrola wycieków wody,

* kontrola ruchu w pomieszczeniach podczas nieobecności właściciela,

* systemy sygnalizujące próby wtargnięcia,

* systemy powiadamiania i monitorowania,

a także komfort, funkcjonalność i ekonomia:

* sterowanie temperaturą i wilgotnością pomieszczeń,

* wyłączanie zbędnych instalacji,

* zdalne zarządzanie,

* zintegrowane systemy multimedialne i komunikacyjne,

* złożone systemy identyfikacji i personalizacji.

PRZYKŁADOWE FUNKCJE ZWIĄZANE Z

BEZPIECZEŃSTWEM

Zwiększone stężenie dymu w połączeniu z gwałtownym wzrostem

temperatury wymusi na systemie włączenie alarmu i zdalne

powiadomienie odpowiednich służb oraz wskazanych osób, a

jednocześnie odcięty zostanie dopływ gazu do budynku, awaryjne

oświetlenie wskaże drogi ewakuacyjne, systemy wentylacyjne przestawią

się w tryb oddymiania, czy też np. załączą się zraszacze

przeciwpożarowe.

Zwiększone stężenie gazu wywoła natychmiastowe odcięcie jego dopływu

do domu, aktywację systemu alarmowego, wyłączenie potencjalnych

źródeł zapłonu, czy wręcz powiadomienie służb ratowniczych, gdy w

obszarze wysokiego stężenia znajdują się domownicy.

Awarie pieców czy instalacji wodnych aktywują, oprócz funkcji odcięcia

źródła problemu, moduły ostrzegania i powiadamiania użytkowników

oraz wzywania służb serwisowych.

Ruch w pustym domu, czy próby wtargnięcia pociągają za sobą

załączanie alarmów, aktywację systemu monitorującego, powiadomienie

służb zewnętrznych (ochrona, policja) oraz właściciela.

PRZYKŁADOWE FUNKCJE ZWIĄZANE Z

FUNKCJONALNOŚCIĄ, EKONOMIĄ I

KOMFORTEM

Zamontowane w budynku czujniki ruchu, oświetlenia oraz temperatury na
bieżąco informują układ sterujący, co dzieje się w poszczególnych
pomieszczeniach. Dzięki temu podczas nieobecności domowników w domu
obniża się temperatura, zmniejsza się również wydajność systemów
wentylacji i klimatyzacji. Podobnie w nocy, obniżana jest temperatura we
wszystkich pomieszczeniach z wyjątkiem sypialni czy łazienek, aktywowane
jest łagodne, nocne oświetlenie reagujące na ruch. Tryb pracy wielu
urządzeń przełącza się w taki sposób, aby generowały jak najmniejszy hałas.

Podczas nieobecności wystarczy dostęp do internetu, aby sprawdzić co

aktualnie dzieje się w domu, włączyć lub wyłączyć jakieś urządzenie.

Dobrze rozmieszczony i skonfigurowany system multimedialny pozwala, aby

wydobywająca się z głośników muzyka podążała za domownikiem, a

oglądany właśnie film został zatrzymany na czas rozmowy telefonicznej,

którą możemy przeprowadzić w każdym miejscu domu.

Zastosowanie identyfikacji i personalizacji sprawia, że system rozpoznaje

konkretnych użytkowników, dostosowuje warunki w pomieszczeniu zgodnie

z upodobaniami użytkownika, czy np. blokuje dostęp małych dzieci do

niektórych pomieszczeń, takich jak kotłownie czy piwnice

CO DOM MA WSPÓLNEGO Z

EKOLOGIĄ?

Każdy budynek wywiera wpływ na swoje otoczenie od

momentu rozpoczęcia prac budowlanych, poprzez

wieloletni okres eksploatacji, aż po wyburzenie.

Dodatkowo energia potrzebna do jego funkcjonowania

musi zostać wytworzona, a w zależności od jej ilości

związane to jest w większym lub mniejszym stopniu z

zanieczyszczeniem środowiska naturalnego czy

zużywaniem źródeł energii.

OBSZARY ZAINTERESOWANIA PRZY

ROZPATRYWANIU DOMU W ASPEKCIE

EKOLOGICZNYM



Etap projektowania, doboru materiałów i budowy.



Zapotrzebowanie na energię i źródła jej

pozyskiwania.



Zarządzanie dostępnymi mediami.



Wpływ na najbliższe otoczenie.

PROJEKTOWANIE

Już na etapie projektowania domu lub w procesie adaptacji

projektów istniejących należy wziąć pod uwagę ukształtowanie

terenu i położenie działki. W miarę możliwości budynek powinien

zostać usytuowany i zorientowany w sposób umożliwiający

maksymalne wykorzystanie nasłonecznienia w okresie zimowym.

Odpowiedni kształt bryły budynku, otwarty w kierunku

południowym, bardziej zwarty od strony przeciwnej oraz elementy

zacieniające powinny jednocześnie ograniczyć przegrzewanie

w okresie letnim. Pomocne może być odpowiednie zadrzewienie

działki - liściaste od strony nasłonecznienia, na pozostałej iglaste.

W celu ograniczenia strat ciepła, bryła budynku powinna

charakteryzować się jak najmniejszą powierzchnią obudowy w

stosunku do objętości nią ograniczonej. Jeżeli jest to możliwe,

sugerowane jest grupowanie budynków. Odpowiedni układ

wewnętrzny polega na grupowaniu pomieszczeń o tej samej

temperaturze i wykorzystywanie przestrzeni nieogrzewanych

znajdujących się w ich sąsiedztwie (np. przeszklonych przestrzeni

od strony południowej) jako strefy buforowej.

BUDOWA

Aspekt zastosowanych technologii budowlanych stwarza

bardzo duże możliwości w zakresie zarówno używania

materiałów o jak największej możliwości recyklingu nie

tylko na etapie budowy (zawsze są jakieś odpady), ale

przede wszystkim po upływie okresu użytkowania, kiedy

dom będzie przebudowywany czy wyburzany – to dosyć

istotny, choć długoterminowy aspekt, jaki powinien brać

pod uwagę projektant i inwestor. Firmy oferujące materiały

budowlane prześcigają się we wprowadzaniu coraz to

nowszych rozwiązań zapewniających uzyskanie trwałych,

łatwych i stosunkowo tanich w budowie, a jednocześnie

wystarczająco komfortowych i oszczędnych w eksploatacji

domów.

Przykład systemu hydroizolacyjnego opartego na bentonicie - ilastym

minerale wulkanicznym doskonale wchłaniającym wilgoć i w stanie

nasączonym tworzącym dla wody barierę nie do przejścia – system firmy

Cetco Poland: mata włókninowa, taśma dylatacyjna i masa szpachlowa

Betony komórkowe, keramzyty (bardzo lekkie kruszywo wypalane

z gliny) i ceramika porowata niemal całkowicie wyparły

tradycyjny beton, cegły czy pustaki – coraz częściej też stosuje

się cienkowarstwowe kleje lub spoiwa piankowe zamiast zapraw

na bazie cementu ograniczając do minimum mostki termiczne.

Coraz częściej spotykane są domy szkieletowe, stanowiące tanią

alternatywę dla konstrukcji z pełnymi ścianami, zaletą takich

rozwiązań są krótkie terminy realizacji i łatwość dostosowania

projektu do potrzeb klienta przy zachowaniu bardzo dobrych

parametrów wytrzymałościowych i eksploatacyjnych.

Płyty cementowo-wiórowe Amroc pozwalają w szerokim

zakresie barw i faktur dostosowywać zewnętrzny wygląd

budynku do oczekiwań użytkowników, zapewniając

jednocześnie doskonałe własności zarówno mechaniczne,

jak i izolację termiczną i akustyczną.

Okno Energy-Line 90
firmy Budvar ze współczynnikiem
przenikania ciepła obniżonym do
0,9W/m2K dla złożenia rama –
skrzydło dzięki zastosowaniu
8 komór w profilu, systemu kilku
uszczelek oraz potrójnej szyby.

Bardzo duży wybór wełny

mineralnej dostosowanej

do konkretnych rozwiązań

pozwala uzyskiwać

doskonałe wyniki zarówno

jeśli chodzi o ocieplenie,

jak też izolację akustyczną.

EFEKTYWNOŚĆ ENERGETYCZNA BUDYNKU

Efektywność energetyczna budynku to stosunek energii

zaoszczędzonej w stosunku do prognozowanego

zapotrzebowania.

Efektywność energetyczna jest jednym z głównych celów

polityki klimatycznej Unii Europejskiej, pakiet klimatyczny

3 x 20 zakłada uzyskanie 20% efektywności do 2020 roku.

1. Budynek energooszczędny – zapotrzebowanie na energię

niezbędną do jego prawidłowego funkcjonowania wynosi

50-75kWh/m2 w ciągu roku.

2. Budynek prawie zero energetyczny ( Near Zero Energy

Building) - jest to budynek o zapotrzebowaniu na energię

mniejszym niż 50 kWh/m2 na rok. Według nowelizacji

dyrektywy w sprawie charakterystyki energetycznej

budynków wszystkie budynku powstałe w Unii

Europejskiej po 2020 roku będą musiały być prawie zero

energetyczne.

3. Budynek pasywny – budynek, dla którego zapotrzebowanie

na energię nie przekracza 15kWh/m2 w ciągu roku.

ŹRÓDŁA POZYSKIWANIA ENERGII

1. Światło słoneczne.

2. Pompy ciepła.

3. Siła wiatru.

4. Odzysk.

5. Woda – niespójne przepisy, długotrwałe procedury

oraz trudności w uzyskaniu pozwoleń sprawiają, że w

naszym kraju można praktycznie zapomnieć o

prywatnej elektrowni wodnej !

ŚWIATŁO SŁONECZNE

Systemy do produkcji energii elektrycznej na bazie ogniw fotowoltaicznych są

najprostszym, ale też najmniej efektywnym sposobem wykorzystania
promieni słonecznych.

ŚWIATŁO SŁONECZNE

Znacznie bardziej skomplikowane,

ale też efektywniejsze są kolektory
słoneczne.

Umieszczone za rurami zwierciadło

CPC (Compound Parabolic
Concentrator) ze specjalną powłoką
kieruje promienie słoneczne na rury
absorbera także przy różnych
kątach padania promieni
słonecznych oraz przy świetle
rozproszonym. Uzyskane w ten
sposób ciepło dzięki wymiennikom
zasila instalację CO lub CWU.

POMPY CIEPŁA

Pompy ciepła - według najprostszej definicji pompy ciepła to ekologiczne

urządzenia grzewcze, które wykorzystują energię zgromadzoną w ziemi,

wodzie, powietrzu, a następnie przy pomocy energii elektrycznej

zmieniają na ciepło wprowadzane do domowego systemu grzewczego.

Zasada działania pompy ciepła polega na tym, iż w zamkniętym układzie

krąży czynnik roboczy, który poprzez przemianę z postaci ciekłej na

gazową i odwrotnie, czyli z gazowej na ciekłą wywołuje przepływ energii

cieplnej.

Źródłem ciepła dla pompy może być:

kolektor poziomy

- jest to poziomo umieszczony w gruncie lub w

otwartym zbiorniku

wodnym na głębokości od 1,5m do 2,5m

system rur wypełnionych glikolem, stosunkowo

tani i prosty w

montażu, ale wymagający dużej powierzchni terenu wyłączonej z

jakiejkolwiek

zabudowy, o zmiennej temperaturze dolnego

źródła, a co za tym idzie o

zmiennej sprawności,

kolektor pionowy

- jest to pionowo umieszczony w gruncie system rur

wypełnionych glikolem na głębokości od 30m do 120m; zajmuje on
mniejszą powierzchnię niż poziomy, a temperatura dolnego źródła jest
stabilna przez cały rok; jest to jednak system droższy i wymagana jest
przy nim dodatkowa dokumentacja geologiczna,

układ woda-woda

- polega na wykopaniu dwóch studni głębinowych:

poborowej, z której woda trafia na pośredni wymiennik ciepła i zrzutowej,
przyjmującej wodę z obiegu; również taki system, ze względu na stabilną
temperaturę wód gruntowych na większych głębokościach,
charakteryzuje się wysokim współczynnikiem efektywności,

powietrze

- energia cieplna zakumulowana w powietrzu zostaje

przekazana do systemu grzewczego; Jest to tańsze i mniej kłopotliwe do
zainstalowania rozwiązanie, jednak jego działanie przy dużych mrozach
wymaga stosowania dodatkowych grzałek.

WYKORZYSTANIE SIŁY WIATRU

Siła wiatru zamieniana jest

w turbinie na energię

elektryczną, jest to

jeden z najprostszych do

uzyskania rodzajów

energii odnawialnej –

tym niemniej zarówno

możliwości

umiejscowienia

wiatraków, jak i realne

moce możliwe do

uzyskania stanowią

pewne ograniczenie

tego rodzaju inwestycji.

ODZYSKIWANIE ENERGII WYKORZYSTYWANEJ W

DOMU

Najpopularniejszym sposobem odzyskiwania i ponownego wykorzystywania

części energii cieplnej krążącej w instalacjach domu jest rekuperacja. Ciepłe

powietrze wylatujące z budynku lub kierowane do kanalizacji ścieki są

schładzane w rekuperatorach, czyli wymiennikach krzyżowych, podnosząc

temperaturę wprowadzanego do instalacji powietrza lub czystej wody.

Połączenie ze sobą opisanych wcześniej instalacji w całość i zarządzanie

takim organizmem stanowi swego rodzaju kolejny krok w ewolucji domu.

To elektroniczne systemy dzięki zaawansowanemu oprogramowaniu i

niezliczonej liczby czujników potrafią dostosowywać warunki panujące w

poszczególnych pomieszczeniach domu zarówno do charakteru tych

pomieszczeń, jak i tego, kto w danej chwili w pomieszczeniu się znajduje i

co tam robi. Przykładem bardzo zaawansowanego rozwiązania jest

oferowany przez firmę Nexweel Engineering system NEXO. Pozwala on na

automatyzację około 80% urządzeń występujących w domu. Bazą systemu

jest płyta zawierająca w pełni funkcjonalny system alarmowy. Do tego

dochodzą moduły umożliwiające sterowanie roletami, oświetleniem (w tym

tzw. sceny świetlne), wideodomofonami, sterownie bramami garażowymi i

wjazdowymi oraz sterowanie ogrzewaniem. Często taki zestaw funkcji

poszerzany jest o sterowanie np. zraszaczami ogrodowymi w zależności od

czynników pogodowych, czy nawet różnymi urządzeniami takimi jak

pompy hydrauliczne, pompy ciepła, rekuperatory itp. Całym systemem

steruje się za pośrednictwem ekranu dotykowego, a rozproszenie części

funkcjonalności na elementy wykonawcze oraz struktura nie powoduje

paraliżu systemu w razie awarii jakiegoś elementu. Możliwości

wykorzystania sprzętu w ogromnej mierze zależą od pomysłowości i

potrzeb klienta. Co istotne, system można dowolnie rozbudowywać i

modyfikować, dodawanie nowych podsystemów wymaga tylko drobnych

zmian w oprogramowaniu, ewentualnie dostosowania układów połączeń.

Panel sterujący systemu NEXO

Coraz popularniejsze są systemy zintegrowane, łączące ze sobą urządzenia do

wytwarzania i odzysku energii w funkcjonalną całość, przykładem takiego

podejścia może być instalacja ogrzewania nadmuchowego zasilana pompą

ciepła typu powietrze-powietrze, spełniająca jednocześnie zadania

wentylacji i klimatyzacji. System taki oferuje firma Polski Komfort.

Integracja w ramach jednego zadania kilku złożonych koncepcji projektowych

energooszczędnego, ekologicznego i inteligentnego budynku jest pożądana

między innymi z punktu widzenia wytycznych zrównoważonego rozwoju w

budownictwie. Łączy ona w sobie ideę budynku przyjaznego dla człowieka

zarówno ze względów zdrowotnych (mikrośrodowisko człowieka) jak i

finansowych (koszty eksploatacji) z ideą budynku nieuciążliwego dla

środowiska

naturalnego.

Oczywiście

wspomniana

nieuciążliwość

determinowana jest dostępnymi rozwiązaniami naukowo-technicznymi w wielu

dziedzinach. Integracja konwencjonalnych i odnawialnych źródeł energii

wydaje się ciekawą perspektywą przede wszystkim ze względu na zmniejszenie

kosztów inwestycyjnych, w stosunku do podobnego obiektu wykorzystującego

energię wyłącznie ze źródeł odnawialnych, przy jednoczesnym zmniejszeniu

zanieczyszczenia środowiska naturalnego. Ponadto zastosowanie w warunkach

polskich pewnych rodzajów odnawialnych źródeł energii dla zaspokojenia

całkowitych potrzeb cieplnych budynku jest praktycznie niemożliwe, chociażby

z uwagi na strefę klimatyczną. Ze względu na trudności techniczne oraz

wysokie koszty magazynowania energii w momencie jej nadmiaru, najlepszym

rozwiązaniem w okresie wzmożonego zapotrzebowania na nią wydaje się pobór

energii ze źródeł konwencjonalnych za pośrednictwem ogólnodostępnej sieci

elektroenergetycznej. Zastosowanie różnych źródeł ciepła stwarza możliwość

wyłączenia jednego z nich jeśli zajdzie taka konieczność np. wskutek awarii lub

na potrzeby przeglądu, nie powodując przerwy w ogrzewaniu pomieszczeń.

Połączenie nowoczesnych rozwiązań technicznych sprawia, że powstaje budynek

hybrydowy, zapewniający zarówno komfort i zadowolenie użytkowników, jak i

minimalizację kosztów utrzymania czy negatywnego wpływu na środowisko

naturalne. Sterowanie oraz monitorowanie wszystkich instalacji poprzez sieć

czujników współpracującą z komputerowym systemem zarządzania umożliwia

natychmiastowe reagowanie na zmieniające się czynniki zewnętrzne i wewnętrzne,

dzięki temu otrzymuje się efektywniejsze i oszczędniejsze wykorzystanie energii

oraz dopasowywanie warunków w budynku do potrzeb użytkowników. Ze wzrostem

stopnia powiązania ze sobą poszczególnych elementów układanki zwiększają się

możliwości analizowania i kontrolowania, co pozwala wysnuć przypuszczenie, że

bardziej „inteligentny” dom będzie jednocześnie bardziej ekologiczny bez

ograniczania funkcjonalności czy obniżania komfortu użytkowania.

Ponieważ już obecnie projektuje i buduje się domy, które w zrównoważony sposób

wykorzystują energię ze źródeł odnawialnych, należy się spodziewać w niedalekiej

przyszłości powstawania domów stanowiących istotny element sieci energetycznej

i produkujących tę energię. Jest to o tyle prawdopodobne, że prędzej czy później

sprawność źródeł energii odnawialnych w znaczący sposób poprawi stosunek

kosztu instalacji do uzyskiwanych oszczędności, dodatkowo cały czas trwają prace

nad sposobami magazynowania energii, a co za tym idzie bardziej będzie się

opłacać inwestowanie w tego typu urządzenia. Będzie musiało to pociągnąć za

sobą rosnący udział nadwyżek energii wytwarzanej np. w trakcie upalnego lata

przez domy w sieciach energetycznych. Możliwe , że inteligentny dom przyszłości

do produkcji energii wykorzysta również odpady i zanieczyszczenia jakie

wytwarzamy, stając się domem, zakładem energetycznym i oczyszczalnią ścieków

w jednym.

BIBLIOGRAFIA

Wykorzystane zostały materiały z następujących źródeł:



www.solar-tech.pl



www.technologie-budowlane.com



www.budvar.pl



www.e-instalacje.pl



www.biawar.pl



www.uchwycenergie.pl



www.polskikomfort.pl



www.galmet.com.pl



www.termodom.pl



www.amroc.de



www.solar-tech.pl



www.sepa-polska.pl