30 Дек

СОВРЕМЕННЫЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ Система «Умный дом»




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Энергосбережение – это реализация организационных, правовых, технических, технологических, экономических и иных мер, направленных на уменьшение объема используемых энергетических ресурсов при сохранении соответствующего полезного эффекта от их использования. Основные направления энергосбережения [1]:

  • Энергоаудит. (Проведение энергетических обследований организаций, составление энергетических паспортов объекта);
  • Энергоучет. (Как обязательные мероприятия по замене и установке приборов учета, так и внедрение централизованных автоматизированных систем учета энергоресурсов на энергоемких объектах);
  • Внедрение энергосберегающих технологий (Замена систем освещения на энергосберегающие, установка устройств плавного пуска, замена энергоемкого оборудования на энергоэффективное, компенсация реактивной мощности) [2].;

Понятие «Умный дом» родилось в прошлом веке в Европе с развитием систем автоматического управления приборами бытовой техники. Концепция такого дома строится на трех основных принципах: экономичность, безопасность и комфорт. «Умный дом» представляет собой систему управления основными процессами жизнеобеспечения, может обеспечить управление как крупными, полностью автоматизированными комплексами, так и небольшими системами, поэтому может использоваться как в квартирах, коттеджах, коммерческих и офисных помещениях, так и в достаточно больших зданиях, в торговых и промышленных комплексах[3]. С чего начать строить систему умного дома?          Главной особенностью «умного дома» является объединение отдельных систем в один управляемый комплекс. Такой единый комплекс включает в себя систему электропитания, водоснабжения, отопления, вентиляции и кондиционирования, видеонаблюдения, охраны и пожарной сигнализации, GSM / IP — мониторинг объекта, управление системами автоматизации и всеми приводами механизмов.

Перечень функций, которые могут быть реализованы системой  « Умный дом» приведены в таблице 1:

Таблица 1

Управление освещением Создание световых сцен в зависимости от окружающей обстановки (прием гостей, просмотр кино, специальный “ночной режим” с использованием датчиков движения и т.д.).
Управление инженерными системами Контроль и предотвращение протечек воды, утечки газа (с сообщением о происшествии хозяину на телефон и в уполномоченные службы), управление воротами, системы охраны (например, система «электронный ротвейлер») и т.д.
Управление электророзетками Включение/отключение бытовых приборов при наступлении какого-либо условия (например, отключение телевизора в детской после 2200) или по таймеру (например, включение освещения в саду при наступлении «темного времени суток»).
Полномасштабное “озвучивание” дома Так называемая система “мультирум”, когда музыка и видео “перемещаются” за Вами из комнаты в комнату или когда в каждой отдельной комнате можно «заставить» звучать свою мелодию.
Создание специальных режимов работы оборудования Вашего дома Например, “дежурный” режим (периодически проветриваются помещения, осуществляется полив растений и т.д.), когда хозяева отсутствуют дома или “ночной” режим (понижена температура в комнатах, обесточено большинство розеток, включены датчики движения в коридорах, чтобы включить свет на небольшую мощность в случае появления хозяина и т.д.).
Дистанционное управление всеми системами Вашего дома По телефону (обычному или сотовому) или через всемирную сеть Интернет можно разогреть сауну к Вашему приезду домой, затребовать отчет о происшествиях (если таковые, конечно, были) за прошедший день и т.д.

  Начнем с управления светом и электроприборами. Нужно решить, каким образом устройства будут обмениваться информацией:

  • по электропроводке (X10, PLCBus, INSTEON)
  • радиосигналу (Z-Wave, ZigBee, EnOcean)
  • по выделенным проводам (KNX/EIB, 1Wire, C-Bus).

Рассмотрим систему Z-Wave, в которой устройства обмениваются по радиосигналу. Z-Wave является системой, разработанной для домашней автоматизации, т.е для контроля и управления жилых и коммерческих объектов. Технология использует миниатюрные радиочастотные модули, которые встраиваются в бытовую технику и различные устройства, такие как освещение, отопление, контроль доступа, развлекательные системы. Эта система разработана специально для дистанционного управления. Z-Wave работает в диапазоне частот до 1 ГГц и оптимизирована для передачи простых управляющих команд (например, включить/выключить, изменить громкость, яркость и т. д.). Выбор низкого радиочастотного диапазона для Z-Wave обуславливается малым количеством потенциальных источников помех. Другими преимуществами Z-Wave можно отметить малое потребление энергии, низкую стоимость производства и встраивания её в различные бытовые устройства[3].

Рисунок 1. Схема  работы системы Z-Wave

Перейдём к обмену информации между устройствами по выделеными проводам. C-Bus — система электропроводки, управляемая микропроцессором, которая понимает команды, адресованные ей. В C-Bus используется неэкранированная витая пара информационного кабеля в качестве передаточного звена для управления параметров помещения. Информация посылается от выходных блоков, таких как кнопочные переключатели, панели управления – сенсорные экраны и датчики занятости через кабель C-Bus к соответствующим активным блокам-реле и диммерам. Обеспечивая простое управление вкл./выкл. цепи освещения C-Bus легко контролирует практически любой тип электрической нагрузки[1].

Рисунок 2. Схема работы системы C-Bus

Однако безусловным лидером при построении систем автоматизации дома является X10. Несмотря на наличие серьезных недостатков, таких как подверженность помехам и медлительность, широкий спектр, дешевизна, доступность устройств, возможность использования существующей электропроводки, а также большое количество коммерческого и открытого ПО, поддерживающее X10, делают его весьма и весьма привлекательным вариантом.        Рассмотрим, что же необходимо для построения умного дома на базе X10. Во-первых, контроллер. Можно выбрать стоковый X10 контроллер, типа OCELOT или LEOPARD II, а можно использовать обычный ПК с соответствующим ПО в качестве контроллера. Что касается исполнительных устройств, важным нюансом является наличие обратной связи. По большей части X10 работают в одном направлении. Например, выключатель получает команду от контроллера, а датчик движения наоборот посылает свой статус при срабатывании. Поэтому выключатели и диммеры желательно устанавливать с обратной связью. Для управления светом можно использовать выключатели, диммеры или адаптер-патрон[2]. Программное обеспечение X10 является стандартизированным протоколом с описанной реализацией. Поэтому его поддержка включена во многие как коммерческие, так и открытые системы управления домом, рассчитанные на самостоятельную установку и настройку. Используя контроллер на базе ПК можно получить расширенные возможности по управлению светом. К примеру, с системой LinuxMCE возможно следующее: с закатом солнца включаются три линии внешней подсветки дома. В час ночи две из них – выключаются. А последняя гаснет с восходом. Понятно, что для квартиры подобный сценарий совершенно бесполезен, а вот для офиса подходит идеально.

Рисунок 3. Схема работы системы X10

Возникает вопрос, безопасна ли такая система? Безопасность в концепции системы «Умный дом» в себя включает защиту от постороннего проникновения и устранение сбоев в работе различных инженерных систем. При возникновении чрезвычайной ситуации (появление протечки, возгорания, проникновения посторонних и т. д.) система оповестит собственников и отправит сигнал в соответствующие службы. Понятие безопасности подразумевает использование безопасных современных технологий строительства, стройматериалов и способов защиты владельцев дома от неблагоприятных воздействий различных факторов[4]. Система безопасности дома включает в себя следующие приборы и опции:

  • сирены и датчики
  • управление доступом в помещения;
  • многоуровневая система доступа в различные помещения (например, ограничение доступа подсобных рабочих в дом, но разрешение доступа в подсобку);
  • удаленное оповещение собственника о чем-либо;

  К примеру, беспроводной датчик движения MS13предназначен для включения/выключения освещения и приборов. Датчик MS13 включает наружное и внутреннее освещение, когда вы вечером возвращаетесь домой, и экономит электроэнергию, автоматически выключая освещение и приборы в пустых комнатах. Также, контролировать можно и открытие дверей/окон. Для этого существует магнито-контактный датчик DS18E.  Кроме того, широко применяются датчики дыма, температурные датчики, датчики протечки воды.

Количество всевозможных устройств, объединяемых в систему «Умный дом», постоянно увеличивается. Примером удачного интегрирования может служить такой прибор, как теплонакопитель, позволяющий использовать преимущества многотарифного учета электроэнергии. Экономия достигается благодаря использованию электроэнергии для накопления тепла в теплонакопителях во время действия самого низкого «ночного» тарифа на электроэнергию.

«Умный дом» и очень комфортен. Программы «Умного дома» управляют системами отопления, кондиционирования и вентиляции. Это позволяет поддерживать заданную температуру в помещениях, причем можно выставить в каждой комнате собственный температурный режим на протяжении суток. Все электрические приборы могут объединяться в одну сеть, управляемую с одного пульта. Кроме того, можно задавать индивидуальную программу работы какой-либо подсистемы и управлять ей на расстоянии[5].

  Очевидные достоинства умного дома, заключаются в следующем:

  • согласованная работа всех систем, установленных в доме;
  • легкая управляемость и мониторинг;
  • широкий выбор сценариев и режимов работы систем дома;
  • рациональное потребление электроэнергии и других ресурсов;
  • своевременное предотвращение аварий и сбоев;
  • управление системами дома удаленно.

Вывод: за системой «Умный дом» будущее электроснабжения домов, офисов и различных функциональных помещений, если их стоимость станет более доступной.

Список литературы:

  1. М.Э. Сопер. Практические советы и решения по созданию « Умного дома » / Сопер М. Э. — М.: НТ Пресс, 2007. — 432 с.
  2. . Е.А. Тесля. «Умный дом» своими руками. Строим интеллектуальную цифровую систему в своей квартире / Тесля Е.А. — Санкт Петербург, 2008. — 224с.
  3. . В.Н. Харке «Умный дом. Объединение в сеть бытовой техники и систем коммуникаций в жилищном строительстве» / Харке В.Н. — М.: Техносфера, 2006. — 292с.
  4. . Т. Р. Элсенпитер, Дж. Велт. «Умный Дом строим сами» / Элсенпитер Т. Р., Велт Дж / КУДИЦ-ОБРАЗ. 2005. — 384с.
  5. В.Н. Гололобов. «Умный дом» своими руками. / Гололобов В.Н. — М.: НТ Пресс, 2007. — 416 с.
    СОВРЕМЕННЫЕ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ
    Written by: Давыденко Марина Евгеньевна, Михайлова Марина Юрьевна
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 06/14/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 30.12.2014_12(09)
    Available in: Ebook