Умный дом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова

Факультет архитектурно-строительный

Кафедра "Архитектура и дизайн"

Реферат

По дисциплине: Проектирование энергоэффективных зданий

Умный дом



Введение

Умный дом (англ. smart house МФА: [sma:t haus], также англ. intelligent building, рус. АСУЗ) -- жилой дом современного типа, организованный для проживания людей при помощи автоматизации и высокотехнологичных устройств. Под "умным" домом следует понимать систему, которая обеспечивает безопасность и ресурсосбережение (в том числе и комфорт) для всех пользователей. В простейшем случае она должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в доме, и соответствующим образом на них реагировать: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам. Кроме того, от автоматизации нескольких подсистем обеспечивается синергетический эффект для всего комплекса.

Это проще понять, если представить, например, что система отопления никогда не сможет работать против системы кондиционирования. А отопление осуществляется не только по погоде, но и с учётом целого ряда других факторов. От силы ветра, по предсказанию, от времени суток (ночью комфортная температура меньше).

Можно считать, что это наиболее прогрессивная концепция взаимодействия человека (пользователей) с жилым пространством, когда в автоматизированном режиме в соответствии с внешними и внутренними условиями задаются и отслеживаются режимы работы всех инженерных систем и электроприборов.

В этом случае исключается необходимость пользоваться несколькими пультами при просмотре ТВ, десятками выключателей при управлении освещением, отдельными блоками при управлении вентиляционными и отопительными системами, системами видеонаблюдения и охранной сигнализации, моторизированными воротами и прочим.



Рисунок 1 - Совместный проект Жаворонки-1 и Relcon - Умный дом

Базовый.

Здесь в основном не очень распространенные бренды, занимающиеся только умным домом или самые простые системы управления от известных брендов Smart-bus, inels, domintell, inone и другие. Рекомендуется к использованию smart-bus, как самая недорогая и функциональная из них. Также это единственная технология в базовом ценовом диапазоне, использующая распределенный интеллект

Люксовый.

Здесь бренды высокого уровня, технологии, дизайн и ПО которых стоят в 2-4 раза дороже, чем базовые. C-Bus, knx, lonworks и другие. Рекомендуется к использованию C-Bus, как бренд от крупнейшего в мире производителя электротехники (schneider electric), который самостоятельно разрабатывает как оборудование, так и ПО для него, что исключает проблемы несовместимости. Также C-Bus имеет лучшее оборудование для управления всеми видами освещения, открытый протокол и неограниченную гибкость. Крупнейший объект на c-bus в мире - стадион wembley. В России за 8 лет реализованы тысячи успешно работающих объектов на этой технологии, включая квартиры, коттеджи, офисные и государственные здания.

Эксклюзивный.

Эти системы устанавливаются на самых дорогих объектах, если необходимо управление аудио-видео техникой, подключение домофонии к сенсорным панелям. Crestron, amx, control4 и другие. Рекомендуется crestron, возможно совместно с c-bus и интеграционным щитом автоматики beckhoff. Для такой комбинации нет невозможного - интегрируются все функции всех приборов и устройств.

Система "Умный архитектурный дизайн" включает в себя такие блоки:

Садовый надувной проекционный экран

Декорированные динамики

Защита от насекомых

Камера видеонаблюдения

Тревожная сигнализация для бассейна

Садовые динамики Resound

LED подсветка

Робот - газонокосилка

Управление температурой бассейна

Информация о УФ излучении

Микроволновая сигнализация проникновения

Подводная LED подсветка

Управление фонтанами

Звукосветовая сигнализация

Погодная станция



1. История

В 1995 году разработчики технологий Java предрекали одним из основных назначений для этой технологии увеличения интеллекта бытовых приборов[1] -- например, холодильник сам будет заказывать продукты из магазина. Промышленного распространения эта идея не получила, но такие компании, как Miele и Siemens, уже выпускают бытовую технику с возможностью включения в "умный дом".

Осенью 2012 года компания Panasonic анонсировала полномасштабное производство систем управления энергией SMARTHEMS, предназначенных для "умных домов". Panasonic обещает ввести совместимость с системой HEMS во всю линейку своих бытовых приборов, таких как: кондиционеры, "умная" кухонная техника и системы горячего водоснабжения EcoCute. Новая система AiSEGпозволяет связать все оборудование и домашние устройства в единую сеть организовав отображение информации о работесолнечных батарей, расходе электричества, газа и воды и автоматически контролируя работу бытовых приборов с помощью протокола ECHONET Lite[2].

2. Технология

Под термином "умный дом" обычно понимают интеграцию следующих систем в единую систему управления зданием:

Системы управления и связи;

Система отопления, вентиляции и кондиционирования;

Система освещения;

Система электропитания здания;

Система безопасности и мониторинга.



Фотография в инфракрасных лучах показывает, насколько эффективна теплоизоляция пассивного дома (справа) по сравнению с обычным домом

В Европе:

Предназначение: прежде всего энергосбережение и только потом комфорт

Подход: максимальная унификация

Установка: в Европе проекты автоматизациичастных домов и квартир готовит сам разработчик и производитель систем, установкой занимаются обычные, но квалифицированные монтажники, работающие строго по схеме.

В настоящее время ситуация изменилась, появились российские разработки высокотехнологичных систем и интеллектуальных приборов, по цене и надежностиориентированные на использование именно в странах СНГ.

По оценкам аналитиков рынок умного дома активно развивается. К 2020 году общий объём мирового рынка достигнет $51.77 млрд. В период с 2013 по 2020 года среднегодовые темпы роста рынка будут на уровне 17.74%

Объёмы российского рынка значительно скромнее. В 2012 году объём рынка у нас в стране превысил 56 млн евро или 2,3 млрд рублей. В 2013 году по предварительным оценкам рынок вырос на 30% - до 65 млн евро или почти 3 млрд рублей. К 2017 году его общий объём может достигнуть 176 млн евро или 7,9 млрд рублей[4].

3. Системы управления

Управление с одного места аудио-, видеотехникой, домашним кинотеатром, мультирум

Удалённое управление электроприборами, приводами механизмов и всеми системами автоматизации. Электронные бытовые приборы в умном доме могут быть объединены в домашнюю Universal Plug'n'Play -- сеть с возможностью выхода в сети общего пользования.

Механизация здания (открытие/закрытие ворот, шлагбаумов, электроподогрев ступеней и т. п.)

Система мультирум, которая объединяется с домашним кинотеатром, стала чем-то вроде "визитной карточки" умного дома, и почти всегда предусматривается при проектировании. Возможности этой мультимедийной системы управления домом позволят Вам просматривать фильмы и слушать музыку в максимально возможном качестве в домашних условиях - и притом не ограничивать себя каким-то одним помещением. Вы включили новый фильм по ТВ в спальне, захотели перейти на кухню и продолжить просмотр с того момента, на котором Вы остановились? Или Вам нравится слушать музыку, которая плавно включается и отключается в каждой комнате, следуя за Вашими перемещениями по дому? Система мультирум сделает это возможным - одним нажатием кнопки на пульте.

4. Системы связи

Сюда относятся телефонная связь и локальная сеть здания. Существует несколько платформ и протоколов, с помощью которых связываются подсистемы умного дома:

LanDrive -- наиболее доступная на сегодняшний день платформа для построения шинных распределённых систем управления внутренним и уличным освещением, силовыми нагрузками, электроприборами, а также такими системами, как отопление, кондиционирование, вентиляция, охранная сигнализация, контроль доступа и протечек воды.

Также возможно управление аудио- и видеотехникой, домашними кинотеатрами, жалюзи, рольставнями, шторами, воротами,насосами, двигателями.

В основном ориентирована на применение в составе "умного дома", но в последнее время всё чаще применяется в системах учёта и сбережения энергоресурсов, контроля доступа, охранно-пожарных системах.

TELETASK (шина/протокол AUTOBUS) - система домашней автоматизации для зданий и помещений, где человек находится продолжительное время (квартира, коттедж, офис, гостиница и т. д.)

EIB/KNX (European Installation Bus -- "Европейская инсталляционная шина").

Smart-bus - бюджетные распределённые системы Умного дома. Открытый протокол на основе RS-485 интерфейса, разработанный и запатентованный международной корпорацией Smart Home Group.

LON (LonWorks)

Helvar -- для систем управления освещением использует протокол DALI и DSI.

X10 -- протокол управления электроприборами. Сигнал передается по электрическим проводам либо в радиодиапазоне. Недостатки -- низкие скорость передачи информации и помехозащищённость, проблема ложного срабатывания, отсутствие обратной связи приёмника с передатчиком, возможны конфликты устройств X10 разных производителей и несанкционированный доступ к устройствам X10 по электросети.

Z-Wave -- запатентованный беспроводный протокол связи, разработанный для домашней автоматизации, в частности для контроля и управления на жилых и коммерческих объектах. Технология использует маломощные и миниатюрные радиочастотные модули, которые встраиваются в бытовую электронику и различные устройства, такие, как освещение, отопление, контроль доступа, развлекательные системы и бытовую технику.

ONE-NET -- открытый протокол беспроводной сети передачи данных, разработанный для целей автоматизации зданий и управления распределёнными объектами.

1-Wire -- технология, которая позволяет связать многие датчики и приборы в одну сеть, управление в которой на себя берёт персональный компьютер. Для передачи данных в такой сети используется всего один провод. Отличается дешевизной и простотой установки.

Важно отметить, что все инженерные подсистемы "умного дома" должны иметь возможность работать в автономном режиме. В случае, если какая-то из подсистем вышла из строя, то и вся система не сможет исправить проблему, поскольку "умный дом" является надстройкой над остальными инженерными системами.

5. Система отопления, вентиляции и кондиционирования

Система отопления, вентиляции и кондиционирования (Heating, Ventilation and Air Conditioning, HVAC) обеспечивает регуляцию температуры, влажности и поступление свежего воздуха. Кроме этого, HVAC экономит энергию за счет рационального использования температуры среды.

Некоторые подсистемы:

управляемый через сеть кондиционер

механизмы автоматического открытия/закрытия окон для поступления холодного или теплого воздуха в подходящее время суток

Умное отопление.

Система отопления - это, пожалуй, одна из наиболее сложных и важных систем в доме.Отопление в "Умном доме" представляет собой систему автоматического регулирования температуры в помещении. Следует сразу оговориться, что под словами "Умный дом" мы понимаем не только "Умный загородный коттедж на даче", данная система имеет множество вариантов исполнения и может быть реализована в различных типах помещений (в Умной Квартире или офисе).

Система отопления призвана сделать потребление энергоресурсов максимально эффективным и при этом создавать наиболее комфортные условия в помещении. Реализовать "Умное отопление" можно различными способами. Все зависит от назначения самого помещения (дом, квартира, офис, склад), а так же от Ваших собственный предпочтений и пожеланий.

При проектировании в Умном Доме важно понимать какая цель должна быть достигнута благодаря автоматизированной системе отопления (может быть минимальные затраты на систему и максимальная экономия энергии, а может быть - максимальный комфорт, многофункциональность системы) и уже исходя из этого выбирать комплектацию того или иного оборудования. Система автоматизированного отопления в Умном Доме должна быть гибкой - иметь возможность индивидуальной настройки в зависимости от потребности пользователя. Важное значение стоит уделить и управлению системой отопления. Управление в Умном Доме может быть осуществлено как по программе (с дневным, недельным, и тд. графиком), иметь возможность удаленного управления в режиме реального времени, либо сочетать в себе оба этих способа.

Ниже будут рассмотрены основные способы реализации отопления в системе "Умный дом" на базе контроллеров Siemens Synco Living.

Подержание заданной температуры в заданных помещениях, и снижение энергопотребления в указанные периоды. Можно изобразить графически режимы энергопотребление в "Умном доме".

График 1 - Режимы энергопотребления в умном доме

Из этого графика можно заметить, что при использовании автоматически регулируемой системы отопления, можно получить существенную экономию энергоресурсов.

Synco living может создавать оптимальный комфортный микроклимат в помещении благодаря следующим функциям:

- Контроль отдельных помещений: до 12 комнат с подогревом пола или радиаторами.

- Генерация тепла: управление котлом для выработки тепла по запросам из отдельных помещений.

- Регулировка ГВС: получение горячей воды для нужд всего дома.

В целом структура управления отоплением в "Умном доме" выглядит следующим образом. В помещении установлены датчики температуры, которые передают данные на контроллер. Контроллер обрабатывает входящие данные, в соответствии с заданной программой анализирует полученные данные, и посылает управляющий сигнал на привод (напрямую, либо через модуль отопления). Привод в свою очередь открывает либо закрывает клапан радиатора отопления. Кроме того, система может быть дополнена датчиком температуры наружного воздуха, в таком случае контроллер будет учитывать изменения температуры снаружи дома, и учитывать эти данные при управлении.

Управление отоплением в "Умном доме" может быть осуществлено различными способами:

1. Управление умным отоплением через радиаторы.

На каждый клапан устанавливается привод Siemens SSA955. В каждой комнате может быть осуществлено управление до 6 приводов радиаторов. Первый привод, подключенный к центральному модулю, становится ведущим, который определяет положение всех приводов в помещении. Коммуникация между приводами осуществляется по радиоканалу. В случае исчезновения коммуникации каждый привод начинает измерять температуру при помощи встроенного датчика. Благодаря стандартному соединению (М30 х 1,5мм) монтаж Siemens SSA955 очень прост. Для клапанов сторонних производителей существует ряд адаптеров. Приводы Siemens SSA955 питаются от батареек.

Замечание: в центральном модуле Siemens QAX910 встроенного датчика температуры нет.

центральный модуль Siemens QAX910

комнатный модуль Siemens QAW910

датчик температуры Siemens QAA 910

привод клапана Siemens SSA955

радиаторный клапан Siemens VDN115.

При данной компоновке оборудования измерение температуры в помещении можно осуществить тремя способами:

Каждый привод Siemens SSA955 имеет встроенный датчик температуры. Эти датчики как правило используются при правильном расположении радиаторов, или в случае аварии в сети.

Измерение при помощи датчика температуры Siemens QAA 910

Измерение при помощи комнатного модуля Siemens QAW910

Рисунок 2 - Режимы Управление умным отоплением через радиаторы

Данный модуль обеспечивает измерение температуры, выбор рабочего режима и установки.

Для того, чтобы встроенный датчик корректно измерял температуру в помещении, необходимо, чтобы SSA955 не был установлен за шторами, шкафом и т.п.

В каждом контуре отопления установлен электротермический привод Siemens STA23/ STP23. Параллельно может осуществляться управление до 6 контуров отопления. Электрическое подключение привода к контроллеру - проводное (напряжение питания обеспечивается контроллером отопления). Коммуникация между центральным модулем и контроллером отопления осуществляется по радиоканалу. Замечание: в центральном модуле QAX910 встроенного датчика температуры нет. При использовании RRV912 к контроллеру может быть подключено до 4 Siemens STA23 / STP23 (2 на каждый выход). При использовании RRV918 - до 10 приводов.

Рисунок 3 - Теплый пол - индивидуальное комнатное регулирование.

Центральный модуль Siemens QAX910

Комнатный модуль Siemens QAW910

Датчик температуры Siemens QAA 910

Контроллер контура отопления Siemens RRV912 (либо можно использовать 7 - Siemens RRV918)

Электромеханические приводы Siemens STA23 /STP23

Адаптеры для клапанов, могут быть установлены опционально в зависимости от привода.

При данной компоновке оборудования измерение температуры в помещении можно осуществить тремя способами:

Измерение при помощи датчика температуры Siemens QAA 910

Измерение при помощи комнатного модуля Siemens QAW910

Данный модуль обеспечивает измерение температуры, выбор рабочего режима и установки.

В данном случае для измерения температуры во всем помещении необходимо задать основную комнату.

Как и в описанных выше приемах, температура подачи регулируется при помощи электромоторного привода (3-точечный сигнал).

Рисунок 4 - Зональное регулирование. Одна управляемая зона

Электрическое подключение привода к контроллеру - проводное. Коммуникация между контроллером и центральным модулем осуществляется по радиоканалу KNX RF.

центральный модуль Siemens QAX910

комнатный модуль Siemens QAW910

датчик температуры Siemens QAA 910

контроллер контура отопления Siemens RRV912 (нельзя использовать Siemens RVV918)

привод клапана

зональный клапан.

При данной компоновке оборудования измерение температуры в помещении можно осуществить тремя способами:

Измерение при помощи датчика температуры Siemens QAA 910

Измерение при помощи комнатного модуля Siemens QAW910

Данный модуль обеспечивает измерение температуры, выбор рабочего режима и установки.

Регулирование отопления может быть разделено по группам, так например второй этаж обогревается за счет радиаторов, а первый этаж за счет теплого пола. И система сама регулирует необходимые потоки теплоносителя.

Рисунок 5 - Зональное регулирование. Управления двумя зонами

Отопление помещения разделено на две группы ( тёплый пол и радиаторы), которые могут управляться раздельно. Раздельные температуры подачи поддерживаются при помощи контроллера через сигналы тепловой нагрузки. На установку действует минимальное и максимальное ограничение, а температура обработки может поддерживаться на минимальном или максимальном уровне.

Центральный модуль Siemens QAX910

19- Мульти контроллер Siemens RRV934

Привод для радиаторных клапанов

Радиаторный клапан

Контроллер контура отопления Siemens RRV918

Электротермических привода Siemens STA23 / STP23

Адаптера клапана (опционально)

Электромоторный привод

Зональный клапан

Накладной датчик температуры.

При данной компоновке оборудования измерение температуры в помещении можно осуществить тремя способами:

Измерение при помощи датчика температуры Siemens QAA 910 (3)

Измерение при помощи комнатного модуля Siemens QAW910 (2)

Данный модуль обеспечивает измерение температуры, выбор рабочего режима и установки.

Температура подачи поддерживается электромоторным (3-точечный сигнал) или электрогидравлическим (сигнал управления DC 0..10 В) приводом. Подключение привода к контроллеру контура отопления - проводное. Коммуникация между контроллером и центральным модулем осуществляется по радиоканалу KNX RF.

График 2 - Зависимость установки температуры подачи от наружной температуры

Минимальная установка температуры подачи увеличивается в зависимости от наружной температуры. Эта функция может использоваться для помещений без датчика температуры.

На графике наглядно показано, что в зависимости от наружной температуры воздуха, пропорционально изменяется установка температуры подачи.

Кроме того, погодный датчик измеряет наружную температуру и атмосферное давление. Данные могут выводится на комнатном модуле Siemens QAX910 в виде текущих значений либо в форме графиков (за последние 24 часа). Данные могут также пересылаться по шине KNX TP1 к другим контроллерам или модулям. Устройство представляет собой датчик и радиочастотный повторитель, которые между собой соединяются кабелем. Кабель для соединения повторителя и датчика не поставляется в комплекте Siemens QAC910.

Рисунок 6 - Регулирование минимальной температуры подачи с компенсацией по наружной температуре

Центральный модуль Siemens QAX910 1

Регулирование температуры подачи и обработки.

Датчик температуры наружного воздуха Siemens QAC910

Мультиконтроллер RRV934 4.

Измерение температуры в помещении возможно двумя способами:

Измерение при помощи датчика температуры Siemens QAA 910

Измерение при помощи комнатного модуля Siemens QAW910

Данный модуль обеспечивает измерение температуры, выбор рабочего режима установки.

Рисунок 7 - Управление температурой подачи

Рисунок 8 - Управление температурой обработки

Центральный модуль Siemens QAX910

Привод для радиаторных клапанов Siemens SSA955

Радиаторный клапан

Электромоторный привод

Зональный клапан

Мульти контроллер Siemens RRV934

Накладной датчик температуры.

Температура подачи регулируется при помощи электромоторного привода (3-точечный сигнал управления) Подключение привода к контроллеру контура отопления - проводное. Коммуникация между контроллером и центральным модулем осуществляется по радиоканалу KNX RF.Таким образом, автоматизированное отопление, осуществленное с помощью системы Siemens Synco Living, может решать довольно широкий круг задач, и удовлетворить потребности как самого экономного и практичного пользователя, так и самого изощрённого, любящего комфорт и многофункциональность, потребителя.

6. Система освещения

Система освещения (Lighting control systems, LCS) контролирует уровень освещенности в помещении, в том числе для экономии электроэнергии за счет рационального использования естественного освещения. Некоторые подсистемы:

автоматика для включения/выключения света в заданное время суток

датчики движения для включения света только тогда, когда в помещении кто-то находится

автоматика для открытия/закрытия ставней, жалюзи, для регулировки прозрачности специальных оконных стекол.

Современные варианты светового дизайна действительно стильно выглядят и отличаются большим удобством для владельца дома по сравнению с традиционными решениями. Однако схемы освещения можно сделать намного более интересными и функциональными, если использовать технологии диспетчеризации и Smart House.

Включение мягкого, неяркого света в спальне вместе со звонком будильника; лампа над входной дверью, которая приветственно загорается при Вашем приближении к дому; автоматическое приглушение расположенных у окна светильников при хорошем естественном освещении - вот лишь малая часть тех возможностей, которые предоставит своему владельцу умный дом с интегрированной системой управлениям светом.

7. Система электропитания здания

Системы электропитания обеспечивают бесперебойное питание, в том числе за счет автоматического переключения на альтернативные источники электропитания.

Некоторые подсистемы:

Автоматимческий ввод реземрва (Автоматимческое включемние реземрва, АВР) -- способ обеспечения резервным электроснабжением нагрузок, подключенных к системе электроснабжения, имеющей не менее двух питающих вводов и направленный на повышение надежности системы электроснабжения. Заключается в автоматическом подключении к нагрузкам резервных источников питания в случае потери основного.

Промышленные ИБПИстомчник бесперебомйного питамния, (ИБП) (англ. Uninterruptible Power Supply, UPS) -- автоматическое электронное устройство с аккумуляторной батареей, предназначенное для бесперебойного кратковременного снабжения электрической энергией компьютера и его компонентов с целью корректного завершения работы и сохранения данных в случае резкого падения или отсутствия входного питающего напряжения системы.

Димзельная электростамнция (дизель-генераторная установка, дизель-генератор) -- стационарная или подвижная энергетическая установка, оборудованная одним или несколькими электрическими генераторами с приводом от дизельного двигателя внутреннего сгорания.

Существуют также электростанции с приводом от бензинового двигателя -- бензиноэлектрический агрегат или бензиновая электростанция и газопоршневые электростанции.

умный дом удалённый автоматизация



8. Система безопасности и мониторинга

Современные стандарты жизни - это в том числе гарантии безопасности всех проживающих в доме людей и сохранности имущества. Системы контроля периметра, охранно-пожарная сигнализация, сеть видеокамер, диспетчеризация зданий, удаленное открывания и запирания дверей, датчики воды, дыма и пламени - современный умный дом обеспечит 100% безопасность, как от действий злоумышленников, так и от затоплений, возгораний и т.п. Интеллектуальная система диспетчеризации сама выявит источник опасности, минимизирует его и вызовет помощь, оповестив своего владельца и службы экстренного реагирования.

Описание всех систем, которые могут быть предусмотрены в умном доме - это тема для отдельного обстоятельного разговора. Скажем лишь, что они далеко не ограничены перечисленными выше системами. К домашней автоматизации, по Вашему желанию, добавится система связи, управление микроклиматом, локальная компьютерная сеть, центральный пылесос и множество других сетей, призванных сделать Вашу жизнь более простой и комфортной.

В систему безопасности и мониторинга входят следующие подсистемы:

система видеонаблюдения;

система контроля доступа в помещения;

Охранно-пожарная сигнализация (в том числе контроль утечек газа);

Телеметрия -- удалённое слежение за системами;

Система защиты от протечек -- автоматическая блокировка водоснабжения при протечке и заливе помещения. Состоит из контролирующего устройства, специальных кранов и датчиков, детектирующих затопление (Аквасторож, Neptun, Гидролок и другие);

GSM-мониторинг -- удалённое информирование об инцидентах в доме (квартире, офисе, объекте) и управление системами дома через телефон. В некоторых системах при этом можно получать голосовые инструкции по планируемым управляющим воздействиям, а также голосовые отчёты по результатам выполнения действий;

IP-мониторинг объекта.

9. Пользовательские интерфейсы

древовидная система: иерархическая система, имеющая древовидную структуру интерфейса в форме иерархической системы папок и иконок.

3М-интерфейс: трёхмерная система управления, в основе которой 3М-модель управляемого здания.



Список использованных источников

http://www.intelecthouse.ru/

http://www.eremont.ru/

https://ru.wikipedia.org

Размещено на Allbest.ru

...