Inteligentní budovy, technologie a systémy

V minulém čísle Energetiky jsme se věnovali inteligentním budovám především z pohledu architektonického a s ohledem na prostředí, které pro své obyvatele a nájemníky vytvářejí. Nyní se zaměříme více na jejich technickou stránku.

Dalším důležitým prvkem při posuzování vztahu mezi vnitřkem a vnějškem budovy je délka života (životnost) různých vrstev budovy. Sem patří pozemek, konstrukce, omítky, služby, prostor, materiál a uživatelé budovy.

Životnost těchto vrstev se velmi liší, což činí z vybudovaného prostředí dynamický organismus. Konstrukce a pozemek budou existovat 60 let a více let, zatímco omítka budovy bude potřebovat renovaci každých 20 až 30 let. Podobně rozvody technických zařízení mají mnohem kratší dobu životnosti, zhruba 15 až 20 let.

Technická a technologická zařízení, včetně prostředků výpočetní techniky, mají výrazně krátkou dobu životnosti asi 3 roky nebo dokonce méně. Je pak snadno pochopitelné, že má-li přetrvat původní design a stavba, je potřebná efektivní správa budovy.

Budovy musí mít dlouhou životnost, proto se na jejich návrhu a konstrukci včetně architektury (z prognostického hlediska) kladou vysoké nároky. Musí se přizpůsobovat v průběhu kratších nebo delších časových úseků v závislosti na proměnlivosti priorit a potřeb jejich uživatelů. V neposlední řadě musí skýtat stimuly, na něž musí reagovat lidské smysly.

Automatizace budov

V nových budovách nebo při rekonstrukci stávajících budov jsou objevovány nové vlastnosti, které není možné přehlédnout a které mají svůj význam v souvislosti s technologiemi budov stavěných zhruba v osmdesátých letech dvacátého století. Ve své podstatě můžeme toto období zařadit do etapy automatizace budov.

Automatizace budov je vlastně digitální měřící, kontrolní, regulační a řídicí technika pro jejich technické vybavení. Současné a budoucí období je a bude po obsahové stránce charakterizované snahou o vzájemné propojení všech hlavních technologií používaných v infrastruktuře budov.

Toto období bude mít svoje opodstatnění v tzv. systémové technice budov. Systémová technika budov popisuje propojení sítí sestavených ze systémových komponent a účastnických stanic pomocí instalační sběrnice do jednoho systému. Inteligence systému je distribuována na jednotlivé komponenty. Smyslem je využití centrálních distribučních systémů s uzly reagujícími na individuálního uživatele.

Kvalita prostředí může ovlivnit kvalitu práce, což je třeba brát v úvahu při tvorbě nových technologií, které mají za cíl zlepšit například produktivitu firem. Pro názornost si můžeme uvést příklad základních infrastruktur, které kvalitativně zajišťují potřeby na pracovišti:

• ovládání větrání a teploty,
• ovládání osvětlení,
• denní světlo a výhled včetně omezení slunečního světla,
• soukromí a práce v tichém prostředí,
• přístup k sítím,
• kombinované datové, energetické a hlasové komunikační systémy,
• ergonomický nábytek s povrchovou úpravou šetrnou vůči životnímu prostředí.

Systémové rozvody

Venkovní síťové rozvody vysokého a nízkého napětí umožňují ovlivňovat prostředí, v nichž se nacházejí. Na tyto rozvody jsou instalovány přípojky potřebné pro napojení objektů, budov, institucí tak, aby byly energeticky vybaveny, a tím plnily svoji funkci. Koncové stanice nebo rozvodné uzly pak nabízejí pružnost co do jejich umístění, hustoty a typu rozvodu.

Systémy rozvodů v budovách jsou a především budou navrhovány tak, aby umožňovaly plnit inteligentní funkce jednotlivých distribuovaných systémů, např. kontrolu prostředí, mobilitu, komunikaci, vybavení technického zařízení, protipožární a bezpečností systémy.

Příkladem mohou být následující procesy:

• vytápění, klimatizace a vzduchotechnika,
• řízení osvětlení, spotřeby elektrické energie a dalších médií (teplo, voda, plyn) a systémy rozúčtování nákladů nájemcům budovy,
• systémy pro ochranu majetku a osob, jež lze dále rozdělit na kontrolu přístupu, zabezpečovací signalizaci a digitální kamerové okruhy (CCTV),
• řízení výtahů, žaluzií a rolet,
• řízení parkování.

Mezi pokročilé funkce řízení budov patří automatizace údržby, kontrola pomocí videoarchivu, řízení poloprůmyslových procesů (trafostanice, dieselagregáty atd.). Systém řízení budovy musí mít návaznost na podnikové systémy (fakturace, logistika, personalistika, krizový management) a vzdálený přístup (přes síť internet, WAP, ­Bluetooth apod.).

Objevuje se i skupina stavebních materiálů, kde se spojují materiály a elektrické rozvody v chytrých nebo inteligentních omítkách. Tím pak vznikají energeticky inteligentní budovy schopné kontroly sebe samých. To otvírá možnosti využití alternativních zdrojů energie, jako je slunce nebo vítr.

Uvedené horizonty představují pro architekturu a stavebnictví fantastickou budoucnost. Neměli bychom se omlouvat za používání instalací v budovách, kde je to "vhodné" a především z pohledu inteligence budov nutné. Eliminace a především systémové řešení elektrických rozvodů v budovách, zohledňující neviditelné nebezpečí, je v současné době řešením budoucí vizí inteligentních budov.

Elektromagnetické vlivy, energie a záření

Velkou předností elektroenergetiky byla výroba energie na jednom místě, její přenos ve formě elektrického proudu na velké vzdálenosti a její přeměna na jiný druh energie, např. pohybovou, tepelnou nebo světelnou. Tato realita byla významnou příčinou vzniku velkých městských aglomerací.

Vzdušné vedení i kabelové rozvody zajišťují rozvod elektrického proudu. Elektrický proud protékající přenosovou metalickou cestou obsahuje zvlnění, které se podílí na energetickém rušení. Některé harmonické rušivého signálu, jež se dostanou do rezonance na příslušné vlnové délce vedení, se chovají jako významné zdroje radiového rušení.

Venkovní vedení velmi vysokého napětí mohou za určitých nepříznivých atmosférických podmínek generovat na znečištěných izolátorech sršivé a korónové výboje s frekvencí řádově stovek MHz, a tak zamořovat rušivým vyzařováním široký pás krajiny.

Různé formy elektromagnetického záření zásadně změnily během posledního století nejen životní styl, ale i stav záření. Neviditelné záření určité části elektromagnetického spektra není vnímáno, člověk si ho ani neuvědomuje, a přitom na něj a na jeho okolí působí. Člověk nevlastní žádný smyslový orgán pro jeho přímé vnímání.

Elektrická a magnetická pole, stejně jako různé formy elektromagnetického záření, ovlivňují pohyb a životní zvyklosti živých tvorů na Zemi. Na přírodní záření se člověk i živočichové po generace adaptovali, proti těmto vlivům se však lze chránit jen v omezené míře.

Jiné je to u záření z umělých zdrojů. V současné době je málo informací o jejich vlivu. S ohledem na bio­logické účinky se rozlišuje mezi neionizujícím a ionizujícím zářením. Typickým příkladem neionizujícího záření je tepelné záření v infračervené oblasti. U neionizujícího záření mohou být udány prahové hodnoty intenzity pro přímé biologické poškození.

U ionizujícího záření je tomu naopak, zde existuje riziko biologického poškození. Obecně lze konstatovat, že biologické účinky elektromagnetického a elektrického pole závisejí na jejich charakteru, době působení i na vlastnostech biologického objektu.

Mnohá měření ukázala, že lidé reagují na elektromagnetické vlivy velmi rozdílně. Ti, kteří na elektrická a magnetická pole reagují nápadně silně, jsou označovaní jako "elektrosenzibilové". Podíl dětí v této skupině je velmi vysoký. Například riziko onemocnění leukémií v dětském věku se citelně zvyšuje při účinku větším než 0,2uT = 200 nT.

Uvedené studie upozorňují rovněž na zvýšené nebezpečí vzniku nádorového onemocnění prsu nebo mozku. Některé studie ukázaly jednoznačné riziko rakoviny už u velmi malých střídavých magnetických polí, jaká mohou vznikat v elektroinstalaci mnoha domů.

Abychom získali podrobnější představu o elektrifikaci v domech, je vhodné tento problém řešit systémově v souvislosti s vytvářením přijatelného a zdravého prostředí. Základem výzkumu bude orientace na vědecké zdůvodnění podstaty vlivu elektromagnetického a elektrického pole na technické zařízení a na člověka.

Problém elektromagnetické kompatibility, vlivu energie a rušení je řešitelný. Jsou předpoklady tomuto vlivu čelit a jsou známé směry vývoje a výzkumu. Mohou to být především opatření, které řeší projekty inteligentních domů založených na systémové automatizaci, omezení vlivu silnoproudých rozvodů a nová metodika skladby a instalace budoucích silových rozvodů v domech.

Tyto a podobné problémy související s výzkumem inteligentních budov jako celého komplexu moderní automatizace v budovách a jednotného systému správy budov (BMS-Building Management Systém) řeší (výše jen okrajově naznačených problémů) vědeckopedagogičtí pracovníci ČVUT a dalších vysokých škol v ČR, Výzkumný ústav inteligentních budov a další zainteresované vědecké a odborné pracoviště.

AUTOR: Ing. Bohumír Garlík, CSc
Autor je akademickým pracovníkem stavební fakulty, katedry technických zařízení budov ČVUT v Praze.