Inteligentní budovy.

Úvodem.

Mezi často skloňované termíny automatizace ve stavebnictví patří v poslední době i termín Inteligentní budovy [IB]. Pojem IB – stejně jako mnoho jiných podobných pojmů – pochází ze Spojených států. Ustálená a přijímaná definice tohoto pojmu dosud neexistuje, takže se pokusíme přidržet výčtu těch nejzajímavějších. Takže:

·        „Inteligentní budova je taková budova, která je schopná se přizpůsobit změnám ve způsobech jejího užívání a změnách životního stylu jejích obyvatel a nepřestává jim sloužit a vytvářet příjemné a odpovídající prostředí.“

·        „Inteligentní budova je budovou plně pronajatou“

·        „Inteligentní budovy kombinují inovace technologického i organizačního charakteru s lokálními i centrálními principy automatizovaného řízení tak, aby se maximalizovala rychlost návratu investic do budovy vložené“

·        „Inteligentní budova je budovou plně vybavenou automatizační a informační a komunikační technikou, která slouží jednak přímo svým obyvatelům, jednak pro vytváření příjemného prostředí pro ně.“

Protože budování automatizačních systémů v budovách zvyšuje investiční náročnost budovy za zvýšení komfortu poskytovaných služeb v IB a snížení provozních nákladů, provází jejich budování důkladná analýza budoucích provozních nákladů. V souvislosti s Inteligentními budovami se obvykle hovoříme o kancelářských budovách, ale vznikají i Inteligentní bytové domy či nákupní centra, apod. Ze širšího pohledu bychom mezi IB mohli počítat i např. automatizované systémy používané pro řízení některých dopravních staveb (tunely, kruhové objezdy, křižovatky, apod.). Takže shrneme-li důvody proč vůbec IB vznikají, dobereme se následujících důvodů:

-         Zvýšení komfortu poskytovaných služeb a s ní spojené zvýšení ceny pronájmu

-         Snížení spotřeby energií

-         Snížení provozních nákladů

-         Zvýšení produktivity

-         Zrychlení návratnosti investice

-         Prodloužení životnosti budovy

Mezi důležité faktory, které přispěly a dále přispívají k rozvoji oboru IB lze počítat rozvoj bezpečnostních technologií po 11. září 2001 a stále se zvyšující ceny energií. Vynakládání prostředků na monitoring, snížení a řízení spotřeby energií je za této situace snáze prosaditelné.

Přes řadu definic Inteligentní budovy, bývá dnes za inteligentní budovu považována budova, v níž jsou jednotlivé inteligentní prvky či systémy integrovány a řízeny prostřednictvím jediného řídícího systému. Všechny automatizační prvky či subsystémy v budově, ať již je strukturalizujeme jak chceme mají jediný základní cíl. Cílovým chováním tohoto systému pak je ve všech systémech, které se týkají budov v nichž se pohybuje člověk, je vytváření, udržování a správa podmínek pro pobyt  v prostorách budovy (anebo procesy v budově probíhající) takových, že reagují na měnící se vnější podmínky anebo vnitřní či vnější požadavky. To vše s cílem optimální spotřeby energií a minimalizace nákladů. Právě uvědomělá a smysluplná reakce na měnící podmínky bývá považována za „inteligenci“.

Otázku, jak se liší budova využívající jednotlivé izolované systémy a co navíc poskytuje budova, kterou teprve označujeme za „inteligentní“ a je vybavena řídícím systémem integrujícím všechny automatizované systémy, budeme zkoumat v následujících odstavcích. Řídicí systém umožňuje jednotlivé subsystémy monitorovat, ovlivňovat a řídit jako jediný celek - inteligentní budovu. Způsoby fyzické realizace sítě nejsou rozhodující a zejména z pohledu bezpečnosti celé sítě bývá infrastruktura zálohována sítí redundantní (např. metalická síť je zálohována sítí bezdrátovou).

Jednou z obecně dostupných podmínek je existence jednotné síťové infrastruktury, dnes převážně představované IP sítí celé budovy a která integruje všechny subsystémy IB. Ve srovnání s dřívější situací, kdy každý automatizační subsystém vytvářel svou vlastní síť (LonWorks, Bacnet, S-Bus, M-Bus, RS 422, …) s vlastním rozhraním a vlastním způsobem řízení přístupu ke sdílenému mediu, jsou jasně patrné výhody zejména z hlediska nákladů investičních i provozních, z hlediska flexibility a schopnosti reagovat na změny.

Jednotná síť a integrovaný systém řízení také umožňuje simulovat havárie a jiné nenadálé události a ověřit možnosti využívat překryvných funkcí jednotlivých subsystémů při „výpadku“ jednoho ze subsystémů. Tak např. je mnohdy detekována přítomnost kysličníků uhlíku v klimatizačním systému dříve, než tuto skutečnost zjistí detektory kouře v protipožárním systému. Infračidla zabezpečovacího systému (EZS) také mohou zjistit teplotní výkyv indikující vznik drobného požáru i tam, kde protipožární systém nemá své detektory. IP infra kamerou lze dohlédnout do neosvětlených míst např. garáží a monitorovat prostor jinými systémy označený za podezřelý.

         Dříve                                                         Nyní

                    Izolované subsystémy                                  Jednotná IP síť

 

Řídicí stanoviště pro izolované subsyst.                    Centralizované řídicí pracoviště

Redundantní síťová infrastruktura by měla – mimo jiné - bránit vzniku situací, které vznikly při následném požáru po zásahu nejprve severní a později i jižní věže „dvojčat“ v New Yorku 11.září 2001. Doktrína hasičů, že budova se požáru ubrání sama (byla vybavena samočinným hasicím zařízením) a hasičské týmy budou pouze „dohašovat“ a že celková evakuace budov směrem dolů nebude třeba, vzala za své při destrukci přívodních a komunikačních vedení k aktivním hasicím prostředkům. Obyvatelé budovy nad zónou nárazu byli schopni používat telefony a mobily, rozhlasové vedení z centrály bylo také nefunkční. Ti, kteří se dovolali na tísňové číslo byli, stále vyzýváni, aby zůstali na místě a vyčkali příchodu záchranářů či hasičů, a to i v době, kdy již bylo jisté, že jejich příchod včas je krajně nepravděpodobný. Schodiště A severní věže zasažené jako první zůstalo průchodné až do doby destrukce budovy. O průchodném schodišti nebyli lidé nad zónou nárazu vůbec informováni, třebaže 17 lidí jej využilo a zachránili si tak život. Komunikace mezi hasiči a policisty nefungovala vůbec, komunikace mezi veliteli a zásahovými družstvy byla velmi problematická.

Centrální dispečink.

Jednotná síťová infrastruktura - vedle své stávající funkce datových a hlasových přenosů - umožňuje také budovat centralizované dispečerské řídící a monitorovací systémy. Jejich hlavním smyslem je další snížení provozních nákladů, neustálá služba a rychlá reakce na vznikající problémy. S takovým řídícím systémem lze řídit všechny systémy v budově z jediného centra s jednotným uživatelským rozhraním. Jednotné rozhraní k řízení všech technologií včetně řízení IT infrastruktury z jediného řídicího centra dále snižuje náklady na znalosti a školení obsluhy. Dispečerské systémy v kombinaci s outsourcingem údržby a Internet technologiemi umožňuje další snížení provozních nákladů. Selhání některého ze subsystémů, který je vystaven extrémním anebo nepředpokládaným podmínkám anebo který poskytuje falešný poplach lze ověřit použitím jiného subsystému a eliminovat jeho dosah prostřednictvím řídicího zásahu.

Snížení provozních nákladů a zvýšení životnosti přináší proaktivní plánovaný přístup ke správě a údržbě jednotlivých systémů, automatizované snímání měřených spotřeb a rozpočítávání poskytovaných služeb a automatizované přivolání obsluhy v případě překročení některých limitních hodnot na vytipovaných senzorech.

Komplexní řídicí systém monitorující všechny automatizační systémy v budově poskytuje možnosti simulací a tréninku havárií a nenadálých situací v interakci jednotlivých systémů (např. při simulaci požáru mají být otevřeny a označeny únikové cesty, otevřeny nouzové východy, výtahy uklizeny do pozic chránících šíření ohně a znehybněny, mají být uzavřeny protipožární přepážky a dveře, apod.). Stejně tak je možné indikovat přítomnost CO v klimatizaci anebo zaregistrovat teplo infra-čidly zabezpečovacího systému dříve, než tyto skutečnosti zaregistruje protipožární signalizace a např. využít infra kamer k prohlídce podezřelých prostor a eventuálnímu vyhlášení poplachu. Jednotlivé subsystémy se ve svém účinku mnohde překrývají a jejich společné využití jejich význam a dosah násobí.

Inteligentní prvky umožňují v interakci s citlivým návrhem přístup, ovládání a pobyt i osobám se sníženou pohyblivostí (např. ovládání zámků či vypínačů hlasem).

Tak jak se systémy a způsoby širokopásmového připojení k Internetu stávají dostupné a jak se rozvíjejí technologie VOIP a streamových přenosů hlasu a videa používané např. v e-learningových technologiích, stává se budování místních sítí a jejich připojení k Internetu povinností a výhodou investora, neboť mu to umožňuje poskytovat svým nájemcům služby s velkou přidanou hodnotou.

Bezpečnost a pohyb po areálu zprostředkovávají systémy přístupu do budovy v kombinaci s IP kamerami. Vyhodnocování zaznamenaného videomateriálu lze podpořit sofistikovanými „on-line“ technologiemi rozpoznávání tváře (face recognition) a třeba rozpoznávání SPZ k identifikaci osoby či vozidla a následnými akcemi, které třeba řídí pohyb návštěvníka po budově anebo vozidla po areálu, či jeho směřování na vyhrazené parkoviště.

Přehled technologií používaných v Inteligentní budově.

1.       Subsystémy optimalizace spotřeby energie.
Systémy spadající pod toto označení nesou mnoho názvů, většinou určovaných jejich výrobci Building Automation Systém (BAS), Energy Management System (EMS), Energy Management and Control System (EMCS), Central control and Monitoring Systém (CCMS), Facilities Management System (FMS).
Obecně tyto systémy spočívají v systémech měření spotřeby energií, měření hodnot, které tyto systémy ovlivňují na rozhodujících místech (teplota, vlhkost, čistota, … topného media),. automatizovaném ovlivňování a řízení toku topných medií (vzduch, voda, …) tak, aby byly optimalizovány hodnoty sloužící k příjemnému pobytu a aby byly respektovány individuální hodnoty požadované osazenstvem prostřednictvím snadného uživatelského rozhraní. Optimalizace spotřeby energií je dána interakcí cílového chování výše popsaného dynamického systému v konkrétním prostředí, které je dáno typy a uspořádáním stavebních materiálů a dílů. Optimalizaci pochopitelně ovlivňuje i struktura typů používaných energií a jejich měnících se cen.

1.1.    Optimalizace spotřeby energie

1.1.1.        Měření, detekce a predikce vnějších klimatických podmínek (teplota, vlhkost, rychlost větru), přebírání předpovědi počasí z externích Internet zdrojů

1.1.2.        Řízení spotřeby médií a energií na predikovatelných hodnotách, jimiž jsou vnější podmínky a časově podmíněné hodnoty (prázdniny, státní svátky, apod.)

1.1.3.        Energetické audity a optimalizace skladby, materiálů  a technologií budovy z hlediska spotřeby energie, využití a posouzení zdrojů energie, tvorba a provoz vlastních zdrojů energie.

1.1.4.        Kotelny a systémy řízení spotřeby tepla.  K automatizovaným systémům řízení vytápění a TUV patří celý systém senzorů měřících vnitřní a vnější teplotu, systémy ovládání řídicích prvků, jako jsou příkon kotelny, ovládací ventily, ovládací prvky cirkulace vody a konečně i systémy umožňující měřit spotřebu tepla či teplé a studené vody v předem určených bodech. Příprava TUV na základě kombinace různých zdrojů energie a optimalizace použití těchto typů podle aktuální ceny

1.1.5.        Využití alternativních zdrojů energie. Využití sluneční či větrné energie, řízení slunečních kolektorů k přípravě TUV či fotovoltaické články a jejich řízení. Tepelná čerpadla a systémy jejich řízení.

1.1.6.        Řízení spotřeby na základě příkonových limitů a na základě časově proměnné ceny energie. Skladování energie.

1.1.7.        Klimatizace a systémy měření, řízení a správy celé složité technologie i jednotlivých jejich částí.

1.1.8.        Distribuce, měření rozpočítávání a regulace spotřeby energie

1.1.9.        Řízení a optimalizace osvětlení, doplňované inteligentními prvky na rozhraní s člověkem – vypínání / zapínání na základě detekce přítomnosti osoby anebo ovládání hlasem.

1.1.10.    Řízení a optimalizace zastínění na základě měnících se vnějších podmínek.

2.      Subsystémy zajišťující přístup a poskytující služby.

2.1.    Řízení vstupu a přístupu.(Access kontrol)

2.1.1.        Řízení přístupu do střežené zóny. Elektronické zámky, zámky ovládané biometrickými atributy, zámky ovládané hlasem. Střežená zóna musí umožnit přístup pro servisní, zdravotnické a záchranářské týmy musí umožnit střežení zóny v reálném čase a obsahovat scénáře pro nenadálé situace a havárie.

2.1.2.        Kartové systémy – systémy zámků a čipových karet musejí umožnit vzdálené anebo dotykové ovládání střežených vstupů a automatizované otevírání dveří pohonem anebo manuálním otevíráním jednotlivých zón .

2.1.3.        Biometrické autentizační přístupové systémy (systémy založené na daktyloskopii a identifikaci oční rohovkou, nově též rozeznávání hlasu).

2.1.4.        Koncepční monitoring všech přístupů a neočekávaných událostí, distribuce poplachů, připojení na pult centrální ochrany (PCO).

2.1.5.        Face a number recognition systémy založené na analýze video projekce. V reálném čase jsou rozeznávány a analyzovány tváře např. návštěvníků na základě porovnávání se vzory či s neobvyklostmi a na základě analýzy může být odmítnut přístup anebo přivolána obsluha. Number recognition technologie je používána např. pro rozeznání SPZ automobilu, který hledá místo na vyhrazeném parkovišti (použito např. systém výběru mýtného v Londýně).

2.1.6.        Zabezpečovací systémy (EZS) – individuálně navržené systémy sledující přístupové body jako dveře, okna, a jejich narušení, detektory tříštění skla, trezory, magnetická, termická a infra čidla, apod.

2.1.7.        Systémy distribuce poplachů a řešení narušení přístupových oprávnění (Intrusion alarms)

2.1.8.        Lokální rozhraní pro systémy pro řízení místního prostředí (typicky jednotkou je byt anebo pronajatá jednotka) – teploty, vlhkosti, ventilace, kódování, přístupu, apod. mají dnes podobu dotykového panelu s  Webovského rozhraním a umožňují ovládat všechny automatizované prvky.

2.1.9.        Systémy pro detekci CO, detekci zaplavení, detekci úniku plynu, detekci vysoké vlhkosti v kotelnách a garážích a způsoby řízení návazných technologií pro řešení vzniklých problémů (např. zákaz vstupu do garáží a výzvy k opuštění prostoru společně se spuštěním motorů ventilace.

2.1.10.    Simulační systémy pro řešení a trénink havarijních situací, disaster recovery, business continuity

2.1.11.    Automatizované systémy pro zavlahování zahrad

2.1.12.    Systémy pro řízení přístupu k parkovacím místům a garážím.

2.2.    Uzavřené televizní a sledovací systémy

2.2.1.        Centrální televizní systémy (dohled) – analogové a digitální, systémy rozpoznávání tváři a čísel, systémy rozpoznávání neobvyklého chování, systémy ovládání kamer, záznamu a vyhodnocování video vstupů, infrakamery do neosvětleného prostředí.

2.2.2.        Lokální televizní systémy používané ke střežení zóny anebo záznamu dopravní situace, apod.

2.2.3.        WebTV  Globální webové kamery používané pro distribuci obrázků z web kamer. Distribuce video a audio signálu na žádost (video-on-demand) prostřednictvím např. FTTH pro určitou komunitu vybavenou širokopásmovým přístupem k IP síti.

2.3.    Protipožární systémy

2.3.1.        Detekční prostředky (EPS)

2.3.2.        Hasící prostředky (aktivní hasící prostředky - Springlery)

2.4.    Pohotovostní řízení technologií.

2.4.1.        Monitoring a řízení výtahů, pohyblivých chodníků a exkavátorů.

2.4.2.        Řízení a monitoring dodávek plynu, elektřiny, vody, stlačeného vzduchu a ostatních utilit, kanalizační průtoky a jejich měření, distribuce a rozpočítávání nákladů.

2.4.3.        Řízení a správa systémů vytápění, vzduchotechniky, ventilace a klimatizace (HVAC).

2.4.4.        Detekce poruch a jejich rozpoznání (koupelny, kuchyně – detektory vlhkosti, extrémy v odběrech vody, plynu, v rámci měřené jednotky, extrémy ve stočném za měřenou jednotku).

2.5.    Záložní dodávky

2.5.1.        UPS, Motorgenerátory, záložní osvětlení, zálohy pro komunikační systémy

2.6.    Řízení osvětlení

2.6.1.        Osvětlení osoby snímané kamerou, žádající přístup do objektu nebo budovy.

2.6.2.        Dynamické osvětlení cesty, jíž se osoba uvnitř střeženého areálu bude pohybovat.

2.6.3.        Inteligentní osvětlení vnější a vnitřní – osvětlení řízené změnami přirozeného světla, změny průhlednosti oken, zastínění, pohyb osoby či vozidla.

2.6.4.        Ovládání osvětlení např. hlasem.

3.      Telekomunikační systémy a IT infrastruktura jsou evergreenem IB. Jejich smysluplné využití spočívá v neustálém a rozumném využívání sdružených telekomunikačních služeb pro omezenou, avšak nezanedbatelnou komunitu uživatelů těchto služeb. Mezi poskytovatele telekomunikačních služeb a jejich uživatele lze vložit „zprostředkovatele těchto služeb“, jímž je obvykle správce daných objektů, který tyto služby nabízí na bázi dynamických obchodních podmínek, které by měly být výhodné pro všechny tři zúčastněné strany, tj. pro poskytovatele služeb, zprostředkovatele a konečně i pro jejich koncového uživatele.

3.1.    Distribuce telekomunikačních služeb

3.1.1.        Centralizace telekomunikačních služeb pro spravované plochy či území s účelem optimalizace nákladů za tyto služby

3.1.2.        Telekomunikační ústředna a její řízení a správa a billing

3.1.3.        Centrálně řízené připojení k Internetu, jeho technologie, řízení, měření a distribuce.

3.1.4.        Služby přesměrování hlasových služeb

3.1.5.        Služby propojování mobilních sítí

3.2.    Správa, užití a pronájem kabelových systémů.
Tyto systémy jsou používány pro sdílení a distribuci datových, hlasových a ostatních sdělovacích vedení. Metody multiplexingu (např. ISDN) a fázového posunu (xDSL, CATV, FTTH, FTTB) umožňují sdílení jedné kabeláže pro různé typy přenosů a tím snižovat fixní náklady. Správa, využití a údržba této kabeláže je obvykle jednou z klasických správních funkcí správce objektu. Automatizační prostředky Inteligentní budovy mohou sdílet stejnou infrastrukturu založenou nad IP sítěmi.

3.2.1.        Strukturovaná kabeláž – umožňuje sdílení kabelů, kabelových tras, rozvaděčů, patch panelů a zařízení pro datová, hlasová, EZS, EPS a ostatní vedení. Přepojovací panely pak umožňují použít jedné kabeláže nebo pouze určitých párů metalické kabeláže pro různé účely a tím modifikovat užití statických vedení k různým účelům. Jednoznačným trendem je budování pouze jediné IP infrastruktury pro všechny automatizační prvky v budově. Novým prvkem je použití tzv. „inteligentní kabeláže“, která umožňuje monitoring a řízení každého portu a zásuvky na úrovni fyzické a přístupové (linkové) vrstvy. Strukturovaná kabeláž bývá tvořena optickou a metalickou kabeláží a doplňována bezdrátovými technologiemi (WiFi).

3.2.2.        Správa IT infrastruktury spočívá ve vytváření a údržbě databáze o všech automatizačních prvcích připojených do sítě (i těch aktuálně nepřipojených), jejich atributech, zahrnuje správu softwarových licencí, zjišťování a monitoring stavu technických a programových prostředků, schraňuje informace o dodavatelích, zárukách, modernizacích a nákladech. Správa zahrnuje monitoring a řízení aktivních prvků sítě (SNMP) a inteligentní kabeláže, např. včetně trasování kabeláže a včetně bezpečnostního dohledu nad stave mobilní techniky a poskytuje rozhraní pro uživatele pověřené správou. Ukládá a spravuje např. informace o všech konfiguračních souborech, verze firmwaru jednotlivých zařízení verze a licence programového vybavení, apod. Slouží také pro plánování a řízení všech zásadních změn a modernizací IT infrastruktury (Change Management).

3.2.3.        Využití kabeláže užívané ke klasickým telekomunikačním službám (analogové linky, fax, modem) lze obchodně využít v případě transparentního a nezpochybnitelného vlastnictví těchto linek a definování rozhraní mezi vnitřní kabeláží a kabeláží poskytovatele hlasových služeb. Využití sofistikované telekomunikační ústředny (PBX) pro účely poskytování hlasových služeb je dnes běžnou službou nabízenou správcem objektů. Klasické přímé propojení účastnické přípojky s ústřednou poskytovatele je tímto způsobem také umožněno. Přenechání této kabeláže ve správě poskytovateli na jedné straně snižuje správní náklady, avšak na druhé straně snižuje možnosti využití této kabeláže k dalším účelům, stejně tak jako sdílení vnějších linek a lepší vyjednávací pozici s telekomunikačními operátory. Datového přenosu mezi pobočkami firmy lze použít i jako příček mezi ústřednami v lokalitách, se zavedením jednotného vnitřního číslovacího plánu umožňuje stlačit telekomunikační poplatky.

3.2.4.        VOIP – Voice over IP spočívají v převodu klasického telefonního hlasového systému spojeného s přepínáním okruhů (přepínání okruhů spočívá v nepřerušovaném propojení koncových stanic činnostmi ústředen na základě volby jedné z koncových stanic) na spojení založeném na paketovém přenosu klasickou IP počítačovou sítí. Moderní technologie pro sestavení spojení (SIP) a upřednostňování hlasového a video toku založené nad technologiemi QOS dávají předpoklad ke konvergenci hlasových a datových služeb.

3.2.5.        CATV systémy – systémy kabelové televize – lze je využít i pro přenos hlasových a datových přenosů. Datové přenosy využívají tzv. „broadband“ systémů, kde na každé straně přenosového systému jsou data fázově posunuta a společně vysílána pomocí primárního nosného systému (třeba kabelové televize). Na straně uživatele jsou tato data tzv. splitterem oddělena od primárního nosného systému a spojena s prostředkem přenosu dat (kabelovým modemem), zatímco původní systém může dále. Systémy umožňují sdílený přenos dat rychlostí až 10 Mbps.

3.2.6.        FTTH, FTTB jsou nové technologie pro distribuci tzv. triple play (Data, Hlas, Video a Audio) do každého domu (bytu) či budovy v rámci obce či regionu. Poskytovatelé služeb mohou být různí, investorem často bývá obec či region, mnohdy s podporou Evropské unie.

4.      Systémy místní automatizace (Workplace Automation). Tyto systémy nejsou běžně nabízeny správci objektu, ale bývají ponechány jiným operátorům. Jejich smysluplné využití správcem objektu a jeho nabízení nájemcům umožňuje snížení nákladů a generování profitu jak na straně správce, tak i na straně uživatelů (nájemců).

4.1.    Facility management
Bez ohledu na majetkovou strukturu, vždy zůstávají části objektu nebo skupiny objektů, které je třeba spravovat společně (výtahy, schodiště, chodby, …) a náklady na jejich užití rozdělit mezi nájemce či vlastníky. Stejně tak je nutné udržovat, spravovat a řídit plánované i havarijní zásahy údržby, dodržovat nařízení a předpisy (revize výtahů, komínů, výměna a zkoušení hasících prostředků a hlásičů,…). Všechny tyto a další služby poskytují CAFM systémy.

4.2.    Informační systémy budov a areálů
Informační systémy pro lokalizaci a pohyb návštěvníků budovy mění svůj charakter ze statických map, nástěnek a tabulí do podoby informačních kiosků, dotykem ovládaných displejů a jiných počítačových technologií většinou budovaných nad web rozhraním.  

4.3.    Systémy řízení Inteligentní budovy
Za inteligentní budovu označujeme pro tyto účely takovou budovu, která umožňuje všechny automatizační systémy v budově integrovat do jediného řídícího systému, bez ohledu na technologickou realizaci jednotlivých subsystémů. Systémy umožňující centrální dohled a řízení všech systémů jsou budovány nad standardizací způsobů komunikace, která mimo jiné umožňuje budovat systémy dispečinku pro takové budovy a tím snižovat náklady na správu celé infrastruktury.

4.4.    Místní hlasové a IT služby
Předpokladem nabízení těchto služeb je sdílené užití telefonní ústředny a sdílené užití připojení k veřejné datové síti – Internetu. Hlasové služby mohou zahrnovat služby hlasové schránky, rozúčtování nákladů, propojovací služby, apod. Místní IT služby, např, WWW, Proxy, SMTP, POP3, LDAP, apod. Ovládací prvky místního rozhraní ovládané jednotky (bytu) dostupné prostřednictvím Web rozhraní protokolu TCP/IP také předpokládají existenci tohoto rozhraní.

Inteligentní budovy II.

V minulém čísle jsme se pokusili popsat základní pojmy, představit jednotlivé technologie, které svou činností a sdruženým řízením naplňují „inteligenci budovy“. Poněkud jsme v těchto popisech opomněli jeden z nejzákladnějších atributů budovy, kterou chceme označovat jako inteligentní.

Každá budova je postavena za použití jistých materiálů a stejně jako na každé budově lze i na ní rozeznat 5 základních konstrukčních elementů - základy, svislé nosné konstrukce, vodorovné nosné konstrukce, schodiště a komunikační prostory a střechu. Nebudeme zde probírat typy konstrukcí budov a metodiku různých uspořádání budov, nicméně právě s prizmatem inteligentních budov zde zdůrazníme, že k inteligenci budovy významnou měrou přispívá architektura, materiálové a strukturální inženýrství a facility management.

Zmínili jsme minule, že hlavním důvodem k budování inteligentních budov, bývá optimalizace spotřeby energií. Vzrůstající ceny klasických energetických vstupů paradoxně akcelerují vývoj v oblasti tzv. úsporných nízkoenergetických či pasivních domů. Poměr investičních a provozních nákladů na stavbu takového domku je důvodem, který umožňuje vynakládat vyšší investiční náklady na izolace, návrh a zateplení budovy s tím, že o cca 8 až 10% vyšší investiční náklady zaplatí úspora 50 - 80% spotřeby energií v období do 10 let. Z našeho pohledu budování „inteligentních domů“ je podstatnou věcí i časové hledisko nákladů a možnosti jak – během celého investičního procesu - ovlivnit výši nákladů provozních. Následující obrázek – bohužel – potvrzuje intuitivní tušení, že o výši provozních nákladů a optimalizaci spotřeby energií se rozhoduje již v oblasti navrhování a projektování. A to i přesto, že je v čase nejvíce vzdálená od vlastního používání a že je v dané periodě úroveň znalostí o budoucím vývoji cen stavebních materiálů a cen energií jsou nejnižší či jejich odhady jsou zatíženy nejvyšším rizikem.

Dalším atributem charakterizujícím problematičnost argumentace založené na okamžité potřebě zdrojů na vynaložení investice s řádově desetiletou budoucí návratností, je nutnost započítat do ekonomických kalkulací i cenu peněz a riziko odhadů budoucího vývoje. Nízkoenergetické domy jsou i z těchto důvodů záležitostí spíše individuální výstavby a poměrně málo se s těmito principy setkáváme u kancelářských či průmyslových staveb.

 

Jestli však na světě existuje nějaká jistota, pak jí jistě bude tvrzení, že ceny energií mají stálou a vzrůstající povahu. Není smyslem tohoto článku popisovat nízkoenergetické domy či pasivní domy, shrneme však základní principy, jejich budování:

-          Dokonalé zateplení – dnes se navrhují tepelné izolace v tloušťce 200 až 400 mm, se stále rostoucí tendencí

-          Nízká spotřeba energií – za nízkoenergetický dům je považován takový, který má spotřebu méně než 50 kWh/m2/rok, za pasivní pak dům se spotřebou 15 kWh/m2/rok, ve srovnání s klasickým RD 170 kWh/m2/rok

-          Úspora energií činí 50 až 80%

-          Orientace domu na pozemku – prosklené části domu orientovat na osluněné strany

-          Tvarová optimalizace – principem je získat co největší objem s co nejmenším povrchem.

-          Zónování dispozic – na osluněné strany umísťovat obytné místnosti, šatny, komory, spíže, technické místnosti lze orientovat na sever a východ.

-          Vhodné navržení otvorů – okny a dveřmi uniká až 4x více energie. Nedělat okna větší než je nezbytně nutné, lepší jedno větší okno než dvě menší.

-          Důsledné přerušení tepelných mostů – vzduchotěsnost s teplovzdušným vytápěním s rekuperací tepla.

Z našeho pohledu „inteligentních domů“ je další podstatnou věcí, že všechny technologie používané ke snižování spotřeby energií, k vytváření a udržování pohody prostředí v budově a obecně všechny prvky umísťované do budovy - za měnících se podmínek - musíme dále poměřovat tím, zda, jak a za jakých nákladů to činí. Vzhledem k tomu, že vytváření pohody v budovách je prováděno pro obyvatele domu a procesy v něm probíhající, musejí všechny tyto technologie vzít v úvahu interakci s lidmi.

Dalším běžně užívaným atributem inteligence je schopnost učit se. Kombinace sofistikovaného programového vybavení a datového schématu, který zaznamenává v časové řadě např. údaje o vnějších podmínkách a údaje z vnitřních čidel a údaje o způsobech reakcí obsluhy v delší časové řadě, může časových „zkušeností“ využít k řídicím zásahům. Analýza časových řad měřitelných údajů a řídicích zásahů do systému může zpětně ovlivňovat původní optimalizační algoritmy tak, aby do systému byly zahrnuty individuální podmínky konkrétní stavby. Ve výsledku je produkován „učící se systém“.

Inteligence domů by měla být posuzována nejen z hlediska „běžných provozních podmínek“, ale také jak se použité materiály a technologie chovají za podmínek nenormálních, např. při vzniku krizí (povodeň, požár, havárie,…). Důležitými vlastnostmi technologií, prvků a materiálů a samozřejmě také jejich vzájemných interakcí a jejich interakcí s obyvateli, jsou také jejich vlastnosti posuzované z hlediska trvale udržitelného rozvoje, jako jsou zdravotní nezávadnost, vzhled, trvanlivost, snadná údržba a koneckonců i jejich snadná a nezávadná likvidace.

Je málo platné používat vkusný, trvanlivý a flexibilní nábytek, když tento v případě požáru produkuje takové zplodinami hoření, které mohou ohrozit lidi v budově; málo platné je monitorovat a řídit optimalizovat a balancovat provoz paketů v počítačové síti, která má centrum umístěné tak nešťastně, že třeba povodeň či havárie v dodávce vody zaplaví datové centrum anebo přispěje k „oslepnutí“  optického vlákna.

Systémy řízení inteligentních budov.

Již v minulém článku o inteligentních budovách jsme tuto budovu charakterizovali jako takovou, jejíž řídící systém integruje všechny inteligentní technologie. Tato integrace spočívá ve sjednocené síťové infrastruktuře, jednotném datovém modelu a sjednoceném systému řízení. Argumenty pro budování takového uspořádání a jeho výhody a úspory jsme probírali minule. Pouze připomeneme, že takto budovaný systém, je nezávislý na výrobci konkrétního subsystému a lze tak tedy integrovat subsystémy různých výrobců. Výrobci automatizačních zařízení pro budovy také dodávají „komplexní“ systémy řízení (např. Siemens BA, Honeywell anebo Sauter), jejich orientace na firemní řešení je však na nich patrná.

Pro české čtenáře je třeba připomenout, že právě oblast označovaná jako Building Automation je v ČR na vysoké úrovni, o čemž svědčí vybudování vývojového centra firmy Honeywell v Brně. V oblasti Integrovaných systémů řízení automatizace v budovách již dlouho působí úspěšné firmy jako je např. Coral a.s. z Hradce Králové se svým systémy BA označovanými jako TIRSNET a TIRSWEB, které jsou úspěšně dodávány i do zahraničí.

Výrobců integrovaných informačních systémů pro automatizaci budov je ve světě poměrně málo, na rozdíl od jednotlivých SCADA systémů, které řídí jednotlivé subsystémy automatizace. Ze zahraničních systémů, které dosáhly jisté báze rozšířenosti můžeme jmenovat Buildog vyvíjený v Maďarsku pro společnost HP, systém SkyWalker  belgické firmy Entelec a konečně systém EnNET.

Protože se dále pokusíme popsat řešení americké firmy GRIDLOGIX, založené nad XML Web službami, popíšeme tuto technologii co nejúsporněji a pouze z důvodů srozumitelnosti dalšího textu. Klasické informační systémy používají v současnosti moderní integrační platformu označovanou jako XML WEB service.

Technologii webových služeb tvoří tři části:

Webové služby jsou označením pro snadnou a standardizovanou integraci aplikací, která umožňuje sdílet tyto služby i v prostředí rozlehlé distribuované sítě.  SOAP je nezávislý standardizovaný protokol pro komunikaci mezi aplikacemi (7.vrstva) a je založený na zasílání zpráv mezi aplikacemi. Může být použit i ke spouštění vzdálené procedury (RPC) a je nezávislý na platformě a architektuře komunikujících systémů.

WSDL je jazykem popisujícím zdrojová data. Výkonný integrační prostředek známý jako WSDL soubor je programovatelným popisem rozhraní k poroprietárnímu systému. Tento soubor slouží jako publikovaný soubor pravidel pro přístup k datovým zdrojům. Slouží jako „dohoda“ mezi producentem a spotřebitelem dat. Zjednodušeně říká „Mám takovouto funkcionalitu a takováto data nabízím k použití, chcete-li je použijte je tímto způsobem.“

UDDI (Universal Description, Discovery and Integration) je specifikací, která umožňuje publikovat elektronické informace o obchodních aktivitách a typech podnikání. Web Služby jsou tedy tvořeny třemi standardy, jak ukazuje následující obrázek.

 

 

 

 

 

 

 

 

            Obr. 1 XML/SOAP                                                          obr. 2 WEB SERVICES

Výhody integrace informačních systémů pro automatizaci budov vyplyne nejlépe ve srovnání s neintegrovaným systémem, jehož schéma je uvedeno na obr. 3. Množství rozhraní, protokolů, přenosových sítí a zejména různé řídicí systémy představují pravé peklo pro každého, kdo se rozhodne takový systém integrovat. Na druhou stranu však jsou automatizační prostředky obvykle zařízeními s dlouhou dobou životnosti a s nezanedbatelnou cenou a obvykle jsou vybaveny vlastním řídicím systémem od dodavatele systému, a to včetně záruk.

Firma Gridlogix nabízí své produkty pod jménem EnNET. Tento systém byl vyvinut proto, aby umožnil všeobecné a standardizované rozhraní k datovým zdrojům a komunikačním protokolům poskytovaným automatizačními systémy pracujícími v reálném čase. EnNET nabízí systémům automatizace v budovách (dále jen AB) podobnou funkcionalitu jakou vykonává ODBC pro přístup k databázím. Při použití této specifikace mohou vývojáři odhlédnout od specifik jednotlivých databázových systémů a jejich API (Application Programming Interface), a stejně tak jako mohou systémoví integrátoři AB zapomenout na vytváření specifického kódu k jednotlivým řídicím systémům či inteligentním zařízením. Moduly mohou být vytvářeny jako mnoho využitelné v různých automatizačních systémech. V případě EnNET se jedná  o množinu produktů, která spojuje a sjednocuje proprietární a semi-proprietární nebo IP zařízení do jediné komunikační platformy. EnNET tak umožňuje integrovat všechny systémy automatizace v budově do jediného informačního zdroje a umožňuje jeho kooperaci s ostatními automatizačními prostředky podniku. Jednoduchý přístup k datům systému s reálným časem umožňuje např.:

Celkové uspořádání technologií EnNET firmy Gridlogix umožňuje snadnou tvorbu integrovaných řešení pro průmyslové podniky, university, zdravotnictví a nemocnice, státní a veřejnou správu a všude tam, kde je třeba snížit provozní náklady na správu a údržbu automatizace v budovách anebo tam, kde je třeba zvýšit kvalitu poskytovaných služeb. EnNET nabízí řešení vybavené plnou integrací s Work Wizardem CAFM systému ARCHIBUS/FM. Nasazení řešení pro řízení automatizace v budovách společně s CAFM systémem zvyšuje dosah obou systémů. CAFM systém může využívat v reálném čase měřených hodnot poskytovaných EnNET systémy (např. z důvodů rozpočítávání nájemného a služeb) a naopak může nabídnout svá řešení pro řízení procesů plánovaných a neplánovaných oprav a řídit tyto procesy. Změření nějaké nadlimitní či podlimitní hodnoty v některém z řízených subsystémů může iniciovat generování pracovního příkazu a následné řízení pracovních procesů (workflow), které jsou vlastní CAFM systémům. Jednoznačným přínosem využívání SNMP protokolu jako jednoho z pilířů EnNET pro řízení všech služeb poskytovaných rozlehlým datovým centrům v kooperaci s CAFM systémem je poskytnutí dynamicky se měnících dat obvykle statickému datovému modelu CAFM systému. CAFM systém zase může poskytnout vizualizační prostředky k zobrazení technologických zařízení na ploše anebo pro dynamicky generované výkresy rozvaděčů.

Příkladem uspořádání systému EnNET pro Řízení spotřeby energie ukazuje následující obrázek. Na obrázku je patrné zařízení EnNET Integration Appliance, což je standardizované zařízení – brána (Gateway), která zajišťuje dvousměrnou komunikaci mezi různými komunikačními a řídícími subsystémy automatizace v budově a standardní komunikací produktů EnNET založené nad XML WEB Services. Z hlediska podřízených systémů je brána považována za standardního člena komunikace např. na bázi komunikace RS-485 sběrnice. Vzhledem k tomu, že obvykle neprovádí funkce řídicí jednotky, může být podřízený systém pouze monitorován, bez realizace řídících zásahů, nemůže dojít k problémům se zárukami systému garantovanými původním výrobcem.

Standardizace komunikačních protokolů doprovázená existencí komunikačních bran, které vytvářejí rozhraní ke stávajícím automatizačním prostředkům bez nutnosti cokoliv na nich měnit je základem celého EnNET řešení. Jedná se tedy zejména o integrační platformu, kterou lze nasadit do libovolného prostředí a které poskytuje standardizovanou komunikaci založenou nad moderními technologiemi WEB services. Proces integrace a převodu komunikace na WEB Services se neobejde bez překladu protokolů, k nimž je v systému EnNET nabízen CMC server, zajišťující potřebné překlady. 

Standardizace založená nad IP komunikačními prostředky umožňuje snadnou tvorbu dispečinkových či helpdeskových systémů s centralizovaným dohledem a propojením prostřednictvím veřejné sítě včetně tradičních bezpečnostních technologií, jako jsou SSL či VPN.

Záznam všech významných událostí v řídicím systému zajišťuje EnNET Server pro záznam a distribuci událostí (EnNET Notification and Logging). Výběr zaznamenávaných událostí je modelován pro každý technologický proces samostatně a zaznamenává diskrétní význačné události a zajišťuje jejich distribuci pro dané procesy, aplikace či osoby.

IT systémy ve světě IP komunikací zavedly standard dohledové a řídicí komunikace nad rodinou protokolů nazývaných jako SNMP (Simple Network Management Protocol). Význační výrobci programového vybavení nabízejí rozsáhlé řídicí systémy založené nad SNMP. Z nejvýznamnějších jmenujme HP Open View (HPOV) či IBM systém Tivoli. SNMP definuje pro význačné třídy zařízení (např. server, tiskárna, směrovač či přepínač) jednotky informace nazývané MIB (Message Information Block) bloky. Tyto informační jednotky jsou z hlediska protokolů přizpůsobitelné pomocí tzv. MIB II bloků, které může definovat uživatel. Dohlížené jednotky (aktivní prvky) komunikují se svým nadřízeným SNMP serverem (servery lze řadit do kaskády např. na základě jejich lokalizace) na základě zasílaných zpráv. Zprávy jsou zasílány buď na základě výzvy serveru (tzv. pooling) anebo na základě vzniku události na dohlíženém zařízení (traps, events).

Do budoucna proto můžeme očekávat využití SNMP protokolu i pro dohled nad systémy automatizace budov. Začleněním SNMP do řady protokolů systému EnNET odbourává bariéru mezi IT zařízeními a ostatními zařízeními BA.