Основные принципы построения Умного Дома

Актуальность

Актуальность технологии «Умных домов» трудно переоценить. Использование концепции «интеллектуального здания» (ИЗ) позволяет за счет комплексной интеграции достигнуть экономии 10-15 прооцентов, по сравнению с отдельными системами. Потребление энергии, воды, газа, тепла сокращается приблизительно на 30 процентов. Соответственно, уменьшаются выбросы в окружающую среду и затраты на их утилизацию.

Применение современных энергосберегающих технологий позволяет снизить подводимые мощности и ресурсы, а значит, дает возможность использовать более дешевые коммуникации. Установка системы вентиляции и кондиционирования с рекуперацией тепла в офисно-жилищном комплексе средних размеров позволяет экономить на электроэнергии до нескольких тысяч долларов в год, даже в условиях постоянного роста тарифов. Расходы на оборудование окупаются примерно через полгода. Стоимость эксплуатации «интеллектуального здания» на протяжении его жизненного цикла оказывается существенно ниже, чем при традиционных решениях.
Неоспоримые преимущества новых технологий обеспечивают их потребительскую и инвестиционную привлекательность. Вложения в «интеллектуальное здание» (ИЗ) по сравнению с традиционным оснащением зданий гораздо надежнее за счет того, что применение концепции «интеллектуального здания» делает более устойчивыми и долговечными все системы благодаря оптимизации связей между ними. Это, в свою очередь, снимает возможные конфликты между системами, увеличивает срок службы всего здания, снижая риск для инвесторов проекта.

Технологии

Помимо применения такого инновационного, но дорогостоящего материала как клееный брус, разработчики Грин Хауса предлагают дом с большим количеством сложного и дорогостоящего оборудования - рекупираторы, тепловые насосы, солнечные коллекторы, солнечные батареи, светодиодные светильники.
Для нагрева воздуха, поступающего снаружи, авторы проекта предлагают использовать теплообменник (рекуператор), который нагревает поступающий в помещения воздух. Также в систему вентиляции предлагается встроить теплообменник от реверсивной системы отопления, чтобы при необходимости можно было охлаждать воздух, поступающий в дом.

В качестве решения проблемы отопления и горячего водоснабжения (ГВС) использовать тепловые насосы. Так, для ГВС предложено применить тепловой насос мощностью 3,5 кВт, а для нужд отопления – реверсивный (позволяет охлаждать и подогревать здание) тепловой насос мощностью 11,5 кВт. Оба тепловых насоса забирают геотермальное тепло из системы из пяти скважин глубиной 50 метров.
Предлагается использовать также активный вакуумный трубчатый солнечный коллектор. Для варианта газового отопления разработчики "чудо-дома" предложили применить конденсационный котел, работающий на сжиженном газе.
На этом фоне несколько экзотично выглядит солнечная батарея мощностью 2,5 кВт с инвертором, которая "позволяет снизить затраты на электроэнергию". Для освещения внутри дома предлагаются светодиодные светильники, а в уличной системе освещения - автономные светодиодные светильники с питанием от аккумуляторов, подзаряжаемых солнечными батареями.

Проблемы

Причин, сдерживающих развитие потребительского сектора smart-систем в России, две. Во- первых, относительно низкая покупательная способность населения, И, во-вторых, неотрефлексированность самой потребности в «умном доме», отсутствие соответствующей культуры потребления. Правда, интеграторы утверждают, что объем заказов «умных домов» сегодня хоть и невелик, но все же ощутим. 2-3 проекта в месяц — это вполне реальный спрос. А эксперты в сфере недвижимости свидетельствуют, что рост рынка smart-систем для жилых помещений отстает примерно на 30 % от темпов роста рынка, собственно, жилья, но с каждым годом как минимум удваивается.

Недостаточно проработаны вопросы теплозащиты: тепло устремляется вверх, именно здесь высокие теплопотери. Поэтому по расчетам для утепления крыши необходим утеплитель толщиной не 100, а 220-250 мм.

В индивидуальном доме единственным источником тепла служит котел, когда котел должен не только покрыть требуемое количество теплопотерь, но и поддерживать температуру для комфортного проживания. Одним словом, цена выбора котла, затраты на оплату газа и электричество полностью зависит от теплопотерь. Поэтому тщательное утепление дома, учитывающую толщину и конструкцию утепления, а также конструктивное энергоэффективное объемно – планировочное решение "КЭОПР" - вот наиважнейший показатель "умного" дома будущего.
Среди других недостатков проекта эксперты называют большие эксплуатационные риски, возникающие из-за большей концентрации инновационного инженерного оборудования.
Это инновационное оборудование было бы более эффективным, если бы оно применялось на крупных общественных объектах и многоэтажных зданиях, где теплопотери намного меньше по сравнению с тепловыделением.
Именно здесь стоит проблема с переизбытком тепла, именно там уместно использование тепловых насосов, рекуператоров. А что касается энергии солнца, ветра и земли, то они весьма скудны в нашей географической широте. Вот если бы они научились использовать энергию снега, дождя, пыли, луж и грязи – вот это было бы поистине гениальным решением.

Примеры потенциальных возможностей умного дома:

· Повышение температуры дома с дежурной до рабочей по звонку с мобильного телефона(SMS)

· Включение сауны по звонку с мобильного телефона

· Наполнение ванны по звонку с мобильного телефона (с поддержанием заданной температуры)

· Поддержание температурного режима в зависимости от времени суток (кондиционирование, отопление)

· Оповещение охраны и владельца в случае нештатной ситуации (пожар, проникновение)

· Включение режима иллюзии "хозяева дома"

· Выключение освещения в пустых помещениях

· Контроль громкости аудиосистемы по всему дому

· Режим удаленного мониторинга состояния дома

· Включение, выключение и контроль за работой бытовых электроприборов

· Автоматическая уборка помещений

Система защиты

Что бы Умный Дом представлял собой без системы защиты? Хотя большинство систем защиты создаются в виде независимого блока (с возможностью мониторинга или без нее) многими из них можно управлять и использовать в качестве части системы Умного Дома, например устройство Omni LT фирмы «Ноте Automation, Inc.». Так, если вы находитесь на работе, то можете использовать веб-браузер для проверки показаний системы защиты вашего дома. Если срабатывает один из датчиков, то можно обеспечить не только передачу сигнала на станцию мониторинга, но можно также включить телевизор, стереофоническую систему, внешнее освещение и все, что позволяет отпугнуть потенциальных непрошеных гостей (или, по крайней мере, привлечь внимание ваших соседей).

Также можно предпринять действия, которые будут имитировать присутствие хозяев в доме, даже если вас нет в городе или вы сильно задержались на работе. Включение и выключение освещения в соответствии с некоторым графиком является предупредительной мерой, которая обойдется вам всего лишь в несколько долларов.

Система зашиты в Умном Доме является обширной темой (в конце концов, вы устанавливаете разнообразные приспособления в Умном Доме и не хотите, чтобы какой-то грабитель пробрался к вам и унес их).

Гараж. Умный дом коттедж.

Гараж относится к категории объектов, расположенных вне Умного Дома. Хотя обычно гараж не рассматривается как непосредственная часть дома, он все же может стать хорошо управляемым объектом.

Разве вам никогда не приходилось вставать поутру и обнаруживать, что в гараже всю ночь была открыта дверь? Возможно, вам повезло, и хулиганы не утащили у вас клюшки для гольфа или ножовку; однако Умный Дом может помочь вам исправить эту ошибку и не позволит пойти спать, если дверь в гараж открыта. Более того, простое открытие двери гаража может сопровождаться сигналом на включение других устройств в вашем доме. Например, при открытии двери гаража может автоматически включаться свет на входе в сопровождении приятной музыки, приветствующей вас.

Телефоны. Проект умный дом.

Сто лет назад ни у кого не было телефонов. В 21 веке почти каждый не только имеет телефон (хотя все же встречаются отдельные чудаки, которые не поддаются этому соблазну), но многие из нас имеют несколько телефонных линий в доме, сотовые телефоны и линии кабельной модемной связи, чтобы наши компьютеры не мешали нам пользоваться одновременно телефонной линией.

Эти устройства стали неотъемлемой частью нашего стиля повседневной жизни, но все же стоит обсудить некоторые вопросы, когда речь заходит об использовании телефона в Умном Доме. Может показаться, что было бы неплохо именно с этого начать построение Умного Дома, однако здесь используется очень мало стандартизованных решений. Но все-таки этот аспект обязательно надо рассмотреть. В действительности, многие системы Умных Домов допускают управление с помощью телефона.

Объединение в одну систему

Теперь, когда вы имеете все эти приспособления и хотите их установить в вашем Умном Доме, на практике вы не получите Умный Дом, если не обеспечите управление за всем этим из одного центра. Наиболее вероятно, что вам удастся это сделать с помощью клавиатуры вашего компьютера. Однако, когда вы сидите перед камином и хотите послушать музыку и приглушить свет, включая систему защиты и запирая гараж, едва ли вам захочется подняться, подойти к компьютеру и сделать это. Конечно, нет..

Все, что вам требуется, - это выполнить все действия с того места, где вы находитесь, и дистанционное управление - это именно то, что вам нужно. Конечно, при каждой покупке нового телевизора, DVD-проигрывателя или стереофонической системы, вы вроде бы получаете систему с универсальным дистанционным управлением, но на самом деле это не так. В результате вы имеете пять или шесть «универсальных» систем дистанционного управления на своем кофейном столике и меньше всего вам хочется получить еще одну такую систему. Хорошей новостью является то, что если вам повезет, то с помощью одной управляющей панели вы сможете управлять всем Умным Домом, в том числе и телевизором, и DVD-проигрывателем. Плохая новость заключается в том, что вам придется всегда иметь при себе этого нового друга.

Когда вам потребуется управлять вашей системой с помощью компьютера, то любой элемент Умного Дома будет доступен через веб-браузер при использовании соответствующего программного обеспечения, например HomeSeer.

После всего сказанного важно проявить немного прагматизма и сделать шаг назад. Мы вовсе не хотим, чтобы у вас возникли нереальные ожидания в отношении возможностей Умного Дома. Умный Дом не будет (пока) за вас загружать посудомоечную машину, он не станет (пока) гулять с собакой и он не сможет (и, вероятно, так будет всегда) заставить ваших детей убраться в своей комнате.

Какими бы обещающими не выглядели многие проекты Умного Дома, необходимо иметь в виду, что технология построения Умного Дома все еще остается фрагментарной, и нет четких стандартов решения всех проблем. Основным доминирующим стандартом является X10, и им мы будет пользоваться при демонстрации различных проектов Умного Дома. Несмотря на отсутствие стандартов все-таки можно сделать много полезного и удивительного При помощи Умного Дома.

– «Все сейчас говорят о тепловых насосах, а их работающих примеров вы нигде не потрогаете, здесь же вы увидите, как с помощью тепловых насосов

из скважин на глубине 50 м берется тепло земли. В солнечных батареях на крыше солнечная энергия превращается в электрическую. Днем получается энергия, а ночью используется в экономичных светодиодных

светильниках», – отметил Раузил Хазиев.

энергоресурсосбережение сегодня выбрано одним из приоритетных направлений развития России на ближайшие годы:

После установки умного дома на отоплении, освещении и водоснабжении экономится 65 % электрической энергии. Умный дом позволяет сократить ваши расходы на оплату счетов по электроэнергии, обезопасить вас и ваших близких от коротких замыканий в электросети и дополнительно обеспечить ваш домашний комфорт и уют.

Преимущества управления энергосбережением в умном доме:

Не горит лишний свет – посмотрите в окно на соседний дом, в каждом подъезде соседнего дома в темное время суток горит свет на всех лестничных площадках, независимо от необходимости в нем, и здесь никакие энергосберегающие лампы не смогут экономить электроэнергию – в умном доме свет включается при необходимости и благодаря разумности и своевременности управления освещением расход электроэнергии понижается на 40%.

Управление отоплением вашего дома – поддержка определенного температурного режима в умном доме происходит автоматически в соответствии с изменением внешних воздействующих факторов.

Электроприборы не потребляют электроэнергию в режиме ожидания – ваши электроприборы не стоят в режиме ожидания потребляя при этом электроэнергию, наши технологии умного дома включают бытовую электротехнику только при необходимости.

Постоянный контроль за состоянием электросети позволяет исключить потери электроэнергии в электропроводке дома.

Качественная электросеть продлевает срок службы электроприборов.

Защита от детей – вам теперь не надо бояться, что ваши дети из-за своего любопытства могут залезть в розетку с электрическим током, наши технологии позволяют своевременно отключать электроэнергию в розетке.

Режим "никого нет дома" и вам не надо вспоминать, выходя из помещения, о том что вы не выключили утюг, электрическую плиту и другие бытовые электроприборы. Все бытовые приборы в нашем умном доме автоматически отключаются от электросети.

Каждый дом – это индивидуальный проект, и только при индивидуальном подходе можно обеспечить эффективное энергосбережение в вашем доме.

Помните, что Умное управление электрической сетью в доме позволяет экономить 65 % электроэнергии только за счет эффективности распределения электрической нагрузки.

При добавлении источников альтернативной электроэнергии (солнечных батарей, ветряных энергоустановок) вы забываете о расходах на электроэнергию, и даже наоборот электрораспределительные сети будут вашими должниками.

В статье рассматриваются пути и способы энергоресурсосбережения в России, на большей территории которой суровые и продолжительные зимы, а продолжительность отопительного сезона превышает 7 мес.

Энергоресурсосбережение представляет собой комплексную проблему, которая включает все элементы систем инженерного обеспечения объектов, обеспечения заданного микроклимата, ведения технологического процесса в производственных зданиях, а также архитектурно-планировочные и строительные решения зданий и расположение их на местности по отношению к источникам инженерного обеспечения (теплоснабжение, газоснабжение, электроснабжение).

Вопросу рационального использования и экономии топливно-энергетических ресурсов уделялось пристальное внимание еще в доперестроечное время. Это объяснялось тем, что во второй половине ХХ века в СССР возникла необходимость освоения новых нефтяных и газовых месторождений, а также месторождений угля, расположенных в отдаленных труднодоступных районах азиатской части с суровыми природными условиями, что привело к росту затрат на добычу и транспорт нефти и природного газа. К этому времени в европейской части СССР проживало почти четыре пятых населения и производилось около 80 % продукции

Расчеты, проведенные в СССР, показывали, что мероприятия по экономии энергии у потребителей по капиталовложениям обходятся в 2 раза меньше затрат на прирост ее производства и преобразования. Кстати, по мнению советских специалистов форсирование добычи и рационального использования угля считалось разумным путем, позволяющим обеспечить стабильный, устойчивый топливно-энергетический баланс страны.

Например, намечались два основных направления использования углей Экибастузского и Канско-Ачинского бассейнов. На основе положительной эксплуатации опытно-промышленной установки по комплексной энерготехнологической переработке угля из 1 т канско-ачинского угля предполагалось получить 300-350 кг полукокса, около 130-150 кг жидкого и 130-150 кг газообразного топлива. Намечалась также выработка электрической энергии на электростанциях в районе месторождения угля с последующей передачей ее в европейскую часть по сверхдальним линиям электропередачи высокого напряжения.

В настоящее время, когда систематически растет стоимость тепловой энергии, горячей и холодной воды, электроэнергии, когда государство собирается переложить ответственность за состояние жилищно-коммунального хозяйства на местные органы управления, проблема экономии, оплаты за фактически потребляемую тепловую энергию, воду выходит на первое место, особенно для жителей, имеющих зарплату или пенсию ниже прожиточного минимума.

Естественно, мероприятия по энергосбережению должны определяться, начиная от самого объекта, в нашем случае теплопотребителя.

При проектировании нового, реконструкции и эксплуатации существующего объекта, с целью обеспечения необходимого потребления теплоты на отопление, вентиляцию, кондиционирование воздуха, горячее водоснабжение и технологические нужды, следует добиваться оптимальных инженерных решений.

Здесь имеются в виду следующие мероприятия.

1. Создание здания, имеющего оптимальные объемно-планировочные решения, естественно, с учетом его функционального назначения, инженерно-гидрогеологических условий и отведенной для застройки территории.

2. Создание зданий с разумной, в каждом случае обоснованной площадью остекления, обеспечивающей требуемый уровень коэффициента естественной освещенности.

3. Разработка и внедрение эффективных строительных конструкций наружных ограждений, обеспечивающих оптимальный уровень теплозащиты здания в целом.

4. Расположение здания на плане с учетом розы ветров, рельефа местности и перспективной застройки территории.

5. Внедрение совершенной технологии, если здание производственного назначения, позволяющей с наименьшими затратами обеспечить требуемые параметры воздуха в рабочей зоне с помощью систем вентиляции и кондиционирования воздуха.

6. Выбор рациональных систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, в большинстве случаев отвечающих требованиям СНиП, ведомственных норм.

7. Разработка обоснованного уровня автоматизации, управления технологическими процессами, системами обеспечения требуемого микроклимата.

8. Проведение экспертизы зданий в части соответствия их теплотехнических показателей нормативным требованиям по энергоресурсосбережению.

9. Установка приборов учета не только электроэнергии, но горячей и холодной воды и тепловой энергии минимум на вводе в здание.

Все усилия по энергосбережению в рамках одного или двух-трех из перечисленных мероприятий могут быть сведены к нулю, если не принимаются во внимание другие мероприятия по энергоресурсосбережению.

Возьмем, например, элитные одноквартирные дома. Многие из них имеют повышенную площадь остекления, достигающую 50 и более % площади наружных стен. В этом случае мало пользы от строительства наружных стен, скажем, с сопротивлением теплопередаче в соответствии с последними требованиями СНиП «Строительная теплотехника», т. к. большую часть тепловых потерь составляют заполнения световых проемов.

Зачастую планировка загородных домов, коттеджей не оптимальная, имеет оригинальную форму. Порою здания узкие, сложные в плане и разрезе, по вертикали. Часто встречается нерациональное размещение помещений общего пользования. Окна во многих зданиях на всю высоту помещения, т. е. от пола, что делает систему отопления более сложной и дорогой. Большинство одноквартирных домов можно считать энергонеэффективными, имеющими низкий коэффициент компактности

Следует отметить, что прошло более 8 лет после введения в действие изменений № 3 в СНиП11-3-79* «Строительная теплотехника», предусматривающих увеличение приведенного сопротивления теплопередаче по второму этапу, например, наружных стен в среднем в три раза. Однако до сих пор идет серьезная дискуссия на конференциях, совещаниях и, в частности, на страницах газеты «Строительный эксперт» о целесообразности повышения уровня теплозащиты здания.

Ряд ученых и специалистов считают необоснованным рекомендуемое СНиПом увеличение сопротивления теплопередаче, сравнивают требование увеличения уровня теплозащиты с известными неудачными реформами в сельском хозяйстве и с антиалкогольной компанией.

Другие считают, что требование СНиПа по второму этапу ведет «к удушению отечественной промышленности стройиндустрии и стройматериалов», что «чрезмерное утепление ограждающих конструкций приводит к постоянному и невосполнимому перерасходу топливно-энергетических ресурсов страны и одновременному подрыву капитальности зданий» в связи с применением недолговечных эффективных теплоизоляционных материалов наряду с долговечным конструктивным материалом (кирпич, бетон на природных плотных и пористых заполнителях).

При технико-экономическом сравнении вариантов берут за основу только изменения стоимости тепловой энергии и теплоизоляционных материалов, отнесенной к 1м² площади ограждения. При выявлении оптимального варианта рекомендуют учитывать срок выплаты банковского кредита на строительство рассматриваемого объекта (с учетом фиксированной годовой процентной ставкой за кредит). Какая тут, собственно, связь между сроком кредита и сроком эксплуатации наружного ограждения и системы отопления здания от начала их эксплуатации до первого капитального ремонта? В действительности же имеется достаточно много зданий, находящихся в эксплуатации 200 лет и более.

На наш взгляд, при определении оптимального сопротивления наружного ограждения здания следует дополнительно учитывать изменение стоимости конструктивного слоя, системы отопления, тепловых, газовых или электрических сетей, источника теплоснабжения и топлива (в зависимости от системы теплоснабжении), экологический фактор, а также фундаментов здания. Кроме того, следует брать за основу не конкретные сроки банковского кредита (если им пользуется застройщик), а срок эксплуатации, например, системы отопления, равный не менее 25 лет (это продолжительность эксплуатации основных элементов системы отопления до капитального ремонта - радиаторов, конвекторов, труб, котлов).

В европейских странах (например, Германия, Дания, Швеция, Финляндия) на много раньше сочли целесообразным увеличение уровня теплозащиты зданий, хотя климат в этих странах значительно мягче, чем в России.

Надо заметить, что сама затянувшаяся дискуссия несет в себе определенный негатив. Она, без определенной на то реакции, в частности, со стороны Госстроя РФ, не настраивает специалистов по строительным материалам и конструкциям на разработку, внедрение и выпуск новых эффективных, в равной степени долговечных теплоизоляционных материалов и самих конструкций с учетом отечественного и зарубежного опыта.

По данным за рубежом давно освоено, например, производство поробетона плотностью не более 400-500 кг/м³, что позволит наружные стены делать однослойными в российских условиях.

Если, скажем, для обеспечения приведенного сопротивления теплопередаче, равного 1 м²∙оС/Вт, наружной стены из керамического пустотного кирпича плотностью 1400 кг/м³ достаточна ее толщина в 2 ½ кирпича, то для обеспечения сопротивления теплопередаче, равного 3 м²∙оС/Вт, обязательно применение эффективных теплоизоляционных материалов. Во втором случае толщина слоя кирпичной кладки может быть не более, чем в 1 1/2 кирпича, исходя из прочностных соображений.