Inteligentne budynki spełniające zachcianki ich użytkowników: zapalające światła, włączające ulubiony film, sprawdzające skrzynkę pocztową i zraszające ogród – to już nie domena filmów science fiction, ale znak teraźniejszości. Systemy automatyczne sterujące oświetleniem dzięki czujnikom obecności i ruchu, instalacje zarządzające nagłośnieniem, systemy ogrzewania i klimatyzacji zintegrowane z magistralami pogodowymi – inteligentne rozwiązania coraz śmielej wkraczają do naszego życia, nie tylko zwiększając komfort użytkowania, ale też podnosząc efektywność energetyczną budynków. Rozwój inteligentnego budownictwa jest nieunikniony; agencja Zion Research and Consultants szacuje, że wartość globalnego rynku smartobiektów, która w 2014 r. wynosiła 7 mld dolarów, do 2020 r. wzrośnie do 36 mld dolarów.

Inteligentny, czyli jaki

Choć koncepcja inteligentnego budynku pojawiła się już w latach 60. XX w., określenie to wciąż wymyka się prostym definicjom czy też raczej zmieniają się one wraz z dynamicznie rozwijającymi się nowymi technologiami i rosnącymi wymaganiami użytkowników. Zgodnie z klasyczną definicją, opracowaną przez działającą w Waszyngtonie organizację Intelligent Building Institute, inteligentne budynki to takie, które tworzą produktywne i efektywne ekonomicznie środowisko poprzez optymalizację systemów, struktur, usług, zarządzania, a także tworzenie wewnętrznych zależności między tymi elementami.

Określenie „inteligentny budynek”, służące specjalistom od marketingu firm deweloperskich do reklamowania nowoczesnych obiektów mieszkalnych, często jest nadużywane. Nie każdy bowiem budynek, w którym działa system sterowany automatyką, zasługuje na miano inteligentnego. Chodzi o to, by różnorodne, niejednokrotnie bardzo zaawansowane instalacje i systemy automatyczne współpracowały ze sobą i wymieniały się informacjami, optymalizując istniejące zasoby jak najniższym kosztem.

Jeden standard

Historia inteligentnych budynków na dobre rozpoczęła się w latach 60. XX w., kiedy technologia pozwoliła na stworzenie centralnych układów kontroli. Lata 80. i 90. były czasem tworzenia i wdrażania systemów opartych na cyfrowej technice sterowania. Najbardziej optymalnym rozwiązaniem okazały się technologie wykorzystujące tzw. system magistralny. Tak narodziły się systemy EIB (European Installation Bus), EHS (European Home System) i BatiBUS, w których urządzenia komunikowały się ze sobą za pomocą sieci elektrycznej. Na ich bazie w 1990 r. stworzono standard KNX, który jest dziś jednolitym i otwartym standardem zapewniającym zdalny dostęp do wszystkich instalacji w obiekcie i umożliwiającym rozwijanie automatyki budynkowej przez twórców inteligentnych systemów z całego świata.

Równocześnie z tworzeniem nowoczesnych instalacji i układów automatycznych w latach 90. ubiegłego wieku pojawiła się koncepcja inteligentnych systemów budynkowych IBS (Intelligent Building Systems). Duże amerykańskie zakłady wytwarzające samoloty zaczęły wówczas mierzyć się z problemami dotyczącymi zarządzania halami fabrycznymi i dostosowaniem przestrzeni fabrycznych i biurowych do wymogów zmieniającej się dynamicznie produkcji. Stąd właśnie wziął się pomysł na wykorzystanie systemów informatycznych do wspierania i optymalizacji eksploatacji hal produkcyjnych.

Po pierwsze oszczędność energii

Inteligentne budynki to przede wszystkim budynki energooszczędne, dlatego jednym z najważniejszych rozwiązań smart związanych z obiektami przemysłowymi są systemy HVAC (ang. Heating, Ventilation, Air Conditioning) służące do sterowania ogrzewaniem, wentylacją i klimatyzacją. Układy HVAC pozwalają na zoptymalizowanie kosztów zużycia ciepła i energii, które w przypadku dużych obiektów fabrycznych są wydatkiem dominującym.

Zastosowanie układów automatyki HVAC staje się dziś standardem, a jednym z rozwiązań są tu tzw. układy hybrydowe, w których klasyczne urządzenia grzewcze współdziałają z systemami wykorzystującymi energię ze źródeł odnawialnych. Do coraz częściej spotykanych rozwiązań należą powietrzne, gazowe i gruntowe pompy ciepła, płaskie i próżniowe kolektory słoneczne, a także panele fotowoltaiczne, zarówno w wersji stacjonarnej, jak i ulokowane na ruchomych żaluzjach zewnętrznych.

Zapewnieniu efektywności energetycznej – która jest czynnikiem kluczowym w inteligentnie zarządzanych obiektach – służy monitorowanie zużycia ciepła, jego magazynowanie i uwalnianie w zależności od aktualnych potrzeb, ale także wykorzystanie ciepła odpadowego. Innowacyjnym rozwiązaniem dla inteligentnych fabryk są dopalacze regeneracyjne, dzięki którym ciepło powstałe jako efekt uboczny procesów produkcyjnych nie tylko wykorzystywane jest do schładzania maszyn, ale też umożliwia zasilanie klimatyzacji. Jednym z nowoczesnych obiektów przemysłowych, które zastosowały to rozwiązanie, są zakłady produkcyjne Schattdecor. Nowatorski projekt zrealizowany tu przez firmę Jakon sprawił, że mimo dużej linii produkcyjnej udało się zredukować pobór wody z wodociągów miejskich na cele technologiczne praktycznie do zera, co więcej – ciepło powstałe w wyniku procesów spalania jest przez Schattdecor wykorzystywane zimą do topienia śniegu na dachach hal, a woda będąca efektem procesu topnienia trafia do zbiorników przeciwpożarowych.

Po drugie bezpieczeństwo i kontrola

Nowocześnie zarządzane magazyny i hale produkcyjne nie mogą dziś obyć się bez systemów bezpieczeństwa i kontroli dostępności w wersji smart. Telewizja przemysłowa CCTV pozwala na monitorowanie i rejestrację zdarzeń, identyfikację pracowników i pojazdów, wspomaga też systemy alarmowe. Inteligentne systemy przeciwpożarowe nie tylko umożliwiają wykrywanie dymu lub pożaru, uruchomienie procesów oddymiania, podniesienie rolet i żaluzji oraz odcięcie dopływu gazu, ale też wysyłają komunikaty o zagrożeniach (w formie e-maila lub SMS-a) do odpowiedzialnych osób i służb.

Systemy sygnalizacji włamania i napadu (SSWiN), integrujące działanie czujników, detektorów czy central alarmowych, pozwalają sygnalizować przekroczenie obszaru strzeżonego, dzięki czemu mogą skuteczne wykryć intruza. Ich integracja z innymi instalacjami umożliwia np. włączenie pulsacyjnego oświetlenia lub uruchomienie blokad przeciwwłamaniowych.

Kolejnym ważnym elementem z katalogu opatrzonego etykietą „inteligentne” jest system kontroli dostępu, który pozwala zarządzać dostępem pracowników do poszczególnych części hal, budynków lub magazynów oraz rejestrować, kto, kiedy, gdzie i ile czasu przebywał. Wspiera to bezpieczeństwo obiektów i organizację pracy. W przypadku infrastruktury budynkowej zarządzanej za pomocą inteligentnych systemów ważną rolę odgrywają systemy pomiarowe i instalacje monitorujące. Te pierwsze, dzięki odczytowi bieżących temperatur bądź stopnia wilgotności powietrza, umożliwiają takie sterowanie pracą urządzeń, aby zapewniały one warunki optymalne do specyfiki produkcji, magazynowania czy potrzeb załogi. Z kolei stała kontrola stanu urządzeń krytycznych, np. rozdzielnic sterujących oświetleniem, urządzeń wentylacyjnych lub osłon bezpieczeństwa, pozwala na czas wykryć nieprawidłowości, wdrożyć działania prewencyjne i uniknąć strat spowodowanych awarią istotnych systemów. Zadaniem instalacji monitorujących jest również bieżąca kontrola zużycia mediów i energii, dzięki której można na bieżąco analizować koszty i przygotowywać prognozy.

Oświetlenie w wersji smart

Niezbędną częścią inteligentnych instalacji są systemy sterowania oświetleniem. Umożliwiają one wprowadzenie w obiektach przemysłowych różnych wariantów oświetlenia – w zależności od pory dnia, stopnia nasłonecznienia czy zmiennego zapotrzebowania na światło na różnych stanowiskach pracy. Działanie tych systemów, sprzężonych z czujnikami ruchu i obecności, pozwala na zapewnienie światła na drogach ewakuacyjnych lub np. włączanie kolejnych punktów oświetleniowych na korytarzach w zależności od ruchu osób.

Specjalistyczne oświetlenie LED, cieszące się coraz większym zainteresowaniem w przemyśle, może być integrowane zdalnie za pomocą transmisji przewodowej lub bezprzewodowej, co umożliwia bieżący monitoring i elastyczną pracę systemu. Nieodłączną cechą każdego inteligentnego systemu sterowania jest sprawna komunikacja z użytkownikami, dlatego wszystkie funkcje instalacji są zazwyczaj dostępne z poziomu przeglądarki komputerowej, a także przez urządzenia mobilne, takie jak tablety i smartfony.

Jeden (system) dla wszystkich

W nowocześnie zarządzanych obiektach działanie wszystkich wskazanych rozwiązań i systemów powinno być ze sobą zintegrowane, a prostym testem na to, czy dana instalacja może nosić miano inteligentnej, jest sprawdzenie jej kompatybilności z pozostałymi systemami sterowania w obiekcie. Za kompleksową obsługę poszczególnych układów, usług i funkcjonalności odpowiadają wyspecjalizowane systemy automatycznego sterowania, czyli po prostu systemy automatyki budynkowej. Rolę zarządczą i integracyjną w stosunku do innych podsystemów lokalnych typu smart pełni system zarządzania budynkiem BMS (Building Management System). Jest on nadrzędny wobec systemu zarządzania automatyką BAS (Building Automation System), który m.in. na bieżąco gromadzi, archiwizuje i przetwarza dane związane ze stanem konkretnych instalacji (oświetleniowych, grzewczych, wentylacyjnych), a także steruje nimi w sposób automatyczny. Drugim systemem, którym zarządza BMS, jest system sterowania bezpieczeństwem – SMS (Security Management System). Z kolei zadaniem systemu zarządzania EMS (Energy Management System) jest monitoring zużycia energii i mediów. Warto podkreślić, że granica między poszczególnymi podsystemami jest płynna – ze względu na zbliżone (a czasem współdzielone) rozwiązania technologiczne oraz postępującą integrację.

Wraz z „inteligencją” budynku, rozwijaną przez projektantów i konstruktorów, dynamicznie zwiększa się liczba produktów i firm, które pozwalają ideę smartobiektów wcielać w życie. Na rynku dostępnych jest dziś ponad 7 tys. produktów dla inteligentnych obiektów (opartych na standardzie KNX), wytwarzanych przez ponad 400 firm, m.in. Siemens, Schneider, ABB czy Fujitsu General. Możliwości, jakie rysują się przed tą branżą, są imponujące, a jednym z warunków rozwoju jest tworzenie rozwiązań komplementarnych wobec innych inteligentnych systemów. Postulat ten, podkreślany przez specjalistów budownictwa w wersji smart, jest coraz częściej realizowany w praktyce i nikogo już nie dziwi współpraca inżynierów systemów oświetleniowych, nadzoru i bezpieczeństwa, zarządzania energią lub monitoringu na etapie tworzenia projektu budynku.

MM Info

Krótka historia inteligencji budynków

Mimo że za pierwszy inteligentny budynek na świecie został uznany The City Place Building, wybudowany w 1983 r. w amerykańskim mieście Hatford, ideę myślących domów wprowadzano w życie już wcześniej. Dziadkiem 42-piętrowego wieżowca była posiadłość Push-Button Manor, wybudowana w mieście Jackson w USA już w latach 50. XX w. Wyposażono ją w tak zaawansowane w owym czasie rozwiązania technologiczne jak czujniki ognia, alarm garażowy i automatyczne rolety, a zamieszkująca dom przyszłości rodzina Mathiasów mogła za pomocą przycisków umieszczonych w kuchni włączać radio w salonie, co było wówczas prawdziwą techniczną nowinką.