Aktuální vydání

Číslo 10/2020 vyšlo tiskem 1. 10. 2020. V elektronické verzi na webu 30. 10. 2020. 

Téma: Elektroenergetika; Zařízení pro přenos a distribuci elektřiny

Ze zahraničního tisku
Ochrana před poruchovým obloukem
Rack Unit

Číslo 4-5/2020 vyšlo tiskem 18. 9. 2020. V elektronické verzi na webu ihned.

Účinky a užití optického záření
Rostliny a světlo v biofilním interiéru Část 12
Rostliny a světlo ve veřejných prostorách
Melanopická denná osvetlenosť v budovách

Veletrhy a výstavy
FOR INTERIOR 2020: Inspirace pro bydlení a trendy světa nábytku a interiérů

Jednoduchá obsluha a vysoký komfort s KNX instalací

29. 9. 2020 | Ing. Josef Kunc | KNX národní skupina České republ | www.knxcz.cz

Někteří investoři se domnívají, že zvyšování počtu řízených funkcí v objektu, a tedy i zlepšování komfortu, jsou nerozlučně spjaty s růstem počtu ovládacích prvků a následně i s nutností složitého ovládání potřebných funkcí.

Někteří investoři se domnívají, že zvyšování počtu řízených funkcí v objektu, a tedy i zlepšování komfortu, jsou nerozlučně spjaty s růstem počtu ovládacích prvků a následně i s nutností složitého ovládání potřebných funkcí. Ano, ten, kdo si přeje mít možnost sám zasahovat do řízení a manuálně nastavovat každou z provozních funkcí v budově, bude tak moci učinit z vizualizačního prostředku anebo potřebnými ovládacími prvky. Ovšem hlavní zásadou každého z projektantů systémové instalace KNX je nabídnout uživateli co nejjednodušší ovládání. To znamená, že počet ovládacích míst a náročnost na obsluhu mohou být i výrazně menší, než by tomu bylo v klasické instalaci vybavené stejným počtem funkcí, protože maximum činností lze automatizovat, a tedy učinit nezávislým na ručním ovládání. KNX systém nabízí výrazně vyšší užitnou hodnotu celé instalace.

Obr. 1. Malý displej pro řízení mnoha funkcí
Obr. 1. Malý displej pro řízení mnoha funkcí

Vnější pozorovatel na první pohled vůbec nemusí poznat, zda je objekt vybaven klasickou, nebo systémovou instalací, protože ovládací přístroje mohou být v téměř libovolném vzhledovém řešení domovních elektroinstalačních přístrojů. Uživatel si totiž může vybírat snad i z několika tisíc výtvarných vzorů od mnoha stovek výrobců. Někteří uživatelé dávají přednost levnějším variantám ovládacích prvků, jiní zase tomu nejnáročnějšímu designu. Prvotní snahou by ovšem mělo být, aby zvolený vzhled a barevné řešení těchto prvků ladily s interiérem objektu a současně aby plně uspokojily požadavky na zvolenou úroveň komfortu a způsob ovládání.

V bytových objektech, ale také např. v reprezentačních prostorách firem je výhodné použití ovládacích a zobrazovacích displejů. Mohou to být malé prvky pro montáž do elektroinstalačních krabic, jak je znázorněno na obr. 1. Jednoduše, intuitivně umožňují ovládat a současně i zobrazovat stavy všech funkcí v místnosti z jediného místa. Větší displeje jsou určeny k řízení a zobrazování stavů funkcí v celém objektu.

Displeje jsou stále častěji doplňovány, někdy i nahrazovány mobilními ovládacími prostředky – chytrými telefony – vybavenými vizualizačními programy. V těchto případech je ale třeba klást velký důraz na zabezpečení komunikace mezi instalací a mobilními prostředky, aby byly znemožněny nežádoucí přístupy. Mobilní ovládací prvky komunikují prostřednictvím internetových připojení. Prvním opatřením k zamezení nežádoucích přístupů je oddělení IP sítě (Ethernetu) v objektu od IP propojení mezi jednotlivými částmi KNX systému. Teprve k této samostatné IP síti lze vhodným rozhraním zajistit přístup k internetu. Dalším návazným opatřením je komunikace s využitím VPN (virtuální soukromá síť). Takto lze velmi účinně bránit nežádoucím přístupům, a tedy škodlivým zásahům do provozu systémové instalace. Nejvyššího stupně zabezpečení je možné dosáhnout použitím KNX IP Secure komunikace, kdy každá přenášená zpráva je individuálně zakódována a tím je hackerům dokonale znemožněn jejich případný zásah.

Ve kterých objektech je vhodné využít KNX systémovou instalaci?

Uvažujme o KNX systémové instalaci ve dvoupokojovém standardním bytě v panelovém domě s centrálním teplovodním vytápěním, bez inteligentního měření spotřeby tepla v jednotlivých bytech, bez elektricky ovládaných žaluzií. Znamená to, že by naprogramovaná instalace sloužila pouze ke spínání osvětlení a možná ke stmívání jednoho či dvou svítidel v obývacím pokoji. A přitom není ani žádný požadavek na vzdálené ovládání např. mobilním telefonem. V takovémto případě bude systémová instalace výrazně dražší než instalace klasická, protože v tradičním pojetí budou použity převážně elektromechanické spínače a jen jeden či dva elektronické stmívače. Kdežto v systémové instalaci musí být nasazeny náročnější, tedy elektronické všechny přístroje. A to znamená poněkud vyšší pořizovací náklady.

Představme si však tentýž dvoupokojový byt, v němž je navíc požadováno řízení teploty v jednotlivých místnostech v závislosti na způsobu jejich využívání, ovládání žaluzií a vzduchotechnického vybavení. Mnohé z funkcí bude uživatel chtít uspořádat do jednoduše ovládaných a také snadno nastavitelných scén a časových programů. Kromě toho bude potřebovat řídit celou instalaci v závislosti na různých stavech elektronického zabezpečení bytu. Chce mít i možnost vzdáleného ovládání a kontroly činnosti různých funkcí. Proto se již neobejde bez vhodné systémové instalace. Při správně vypracovaném návrhu lze s relativně malým počtem KNX přístrojů splnit veškeré zmíněné požadavky, a to za velmi přijatelnou cenu.

Obr. 2. Náklady na systémovou instalaci ve srovnání s klasickou instalací
Obr. 2. Náklady na systémovou instalaci ve srovnání s klasickou instalací

Ve větších objektech si lze představit i vazby na různé další dílčí systémy, jako třeba na bazénovou techniku, na zalévání zahrady apod. Čím větší počty dílčích systémů je třeba propojit, tím nižší budou celkové náklady na KNX instalaci ve srovnání s náklady na obdobnou instalaci, avšak vytvořenou ze vzájemně nespolupracujících dílčích podsystémů (např. jeden pro řízení vytápění, druhý pro řízení klimatizace, třetí pro řízení žaluzií atd.). Takovéto porovnání je graficky znázorněno na obr. 2.

Z uvedeného grafu lze dojít k závěru: čím větší počet funkčních oblastí ovládaných ve společné instalaci a čím vyšší požadavky na provoz těchto funkcí bude uživatel mít, tím relativně nižších nákladů na systémovou KNX instalaci dosáhne.

Jiné znázornění vyjadřuje graf s náklady na instalaci, kdy jednotkové jsou náklady na klasickou instalaci pro každý počet použitých funkcí a funkčních oblastí – obr. 3. Ne vždy musí jít o rozsáhlé objekty s řízením všech myslitelných funkcí. I v malých instalacích lze dosáhnout srovnatelných investičních nákladů na klasickou i na systémovou instalaci.

Obr. 3. Relativní náklady na instalace v budovách
Obr. 3. Relativní náklady na instalace v budovách

Představme si zasedací místnost se čtyřmi spínanými a stmívanými světelnými okruhy a se čtyřmi elektricky ovládanými žaluziemi. Je požadováno ruční i dálkové individuální ovládání všech těchto funkcí, možnost vytvářet a spouštět scény a centrální funkce. Tudíž jak v klasické, tak i v systémové instalaci se nelze obejít bez vhodných elektronických přístrojů. Pro realizaci požadované funkčnosti v tomto konkrétním příkladu budou jak pro klasickou, tak i pro systémovou instalaci nezbytné přístroje v přibližně stejné cenové relaci. Jak je to možné? V klasické instalaci bylo dosaženo vrcholu jejích možností a za takovýto vysoký komfort je nutné zaplatit. Ale to ještě nebyly brány v úvahu značně zjednodušené silové rozvody a následná velká úspora pracnosti při montáži systémové instalace. Naopak je ale nutné připočíst určitou částku za naprogramování a oživení systémové instalace. V souhrnu lze konstatovat, že obě porovnávaná řešení jsou cenově na srovnatelné úrovni. V klasické instalaci ale bylo dosaženo vrcholu jejích možností, kdežto u systémové KNX instalace jde o zcela běžnou úroveň komfortu. Navíc lze do této KNX systémové instalace snadno zakomponovat celou řadu dalších funkcí, v první řadě řízení vytápění a klimatizace. Potom by i scény obsahovaly nejen nastavení stínění a osvětlení pro různé způsoby využívání místnosti, ale také nastavení teploty (tedy řízení vnitřního prostředí), což vede k nezanedbatelným úsporám energií.

S rostoucím počtem funkčních oblastí řízených společnou KNX instalací lze tedy snadno dosáhnout i velmi výrazného poklesu provozních nákladů. Ve srovnání s klasickou instalací, se stejnými, avšak vzájemně nespolupracujícími funkčními oblastmi je možné docílit obrovských úspor energie. Je zřejmé, že vyšší úspory budou v budovách rozsáhlejších, vybavených celou škálou vzájemně provázaných funkčních oblastí.

V klasické instalaci ale nelze zabránit zbytečné spotřebě energie, kdežto systémová instalace tomuto plýtvání energií dokáže předcházet. V závislosti na počtu spolupracujících funkčních oblastí budou absolutně klesat provozní náklady, přibližně podle závislosti na obr. 4.

Obr. 4. Úspory provozních nákladů v závislosti na počtu funkčních oblastí zúčastněných v KNX instalaci
Obr. 4. Úspory provozních nákladů v závislosti na počtu funkčních oblastí zúčastněných v KNX instalaci

Odpůrci systémových instalací argumentují vyšší cenou příslušných přístrojů, aniž by porovnali náklady na funkčně plně porovnatelné různé typy instalací. Přitom zpravidla nikdo nezpochybňuje přídavné úspory provozních nákladů. Připusťme tedy, že tato instalace bude doopravdy dražší. Uveďme si hypotetický komerční objekt s předpokládanými investičními náklady 300 mil. korun. A připusťme, že použitím dokonalé KNX systémové instalace zde vzrostou investiční náklady o 10 mil. korun. Roční náklady na energie v tomto objektu budou kolem 40 mil. korun, nebude-li použita systémová instalace. Buďme velmi skromní a počítejme jen s 10% úsporou této části provozních nákladů (tedy 4 mil. korun ročně). A to přesto, že běžně dosahovaná úspora je kolem 30 %. Jen pro ilustraci: v objektu České pojišťovny v Praze byla tato úspora vyčíslena až na 60 %.

Uvažuje-li se minimální životnost systémové instalace dvacet let (ve skutečnosti je výrazně delší), úspory provozních nákladů budou v uvedeném příkladu 80 mil. korun, tzn. že zvýšené náklady na investice se úsporou energie vrátí za zmíněnou dobu osmkrát.

Takže v jakých objektech je vhodné využít KNX systémovou instalaci? Z uvedených údajů vyplývá, že výhodnost této instalace není dána pouhou velikostí objektu. I malá instalace může být ekonomicky výhodná. Rozhodujícími kritérii tedy budou jednak potřebná úroveň komfortu a jednak úspory energie. To znamená, že KNX instalace se s výhodou využívá jak v komfortních bytech, v rodinných domech, tak i v kancelářských budovách, v budovách veřejné správy, v muzeích, divadlech, komerčních objektech atd. Je vhodná do budov všech typů i velikostí.

Ani u malých projektů tedy nelze bez předchozího alespoň hrubého technicko- -ekonomického rozboru zavrhnout využití komunikace po KNX sběrnici. Nejdříve je nutné alespoň orientačně posoudit komplexní řešení řízení všech funkcí v objektu tradičním vybavením a technikou KNX a teprve poté se lze rozhodnout pro konkrétní postup. Je vhodné si také uvědomit, že tato instalace je jediným celosvětově normalizovaným systémem komplexně řešícím řízení všech funkcí budov (viz soubory norem ČSN EN 50090, ČSN ISO/IEC 14543). Zakalkulují-li se do nákladů též předpokládané úspory provozních nákladů, nezbude než konstatovat: instalace s KNX sběrnicí nemá chybu.

Využití systémové instalace vůbec neznamená, že by nebylo možné používat různé specializované řídicí systémy. Je však velmi důležité, aby každý z těchto lokálních systémů byl propojitelný prostřednictvím vhodných komunikačních rozhraní do KNX systému, v němž budou použity snímače jednotlivých fyzikálních veličin tak, aby jejich údaje sloužily třeba i několika účelům. Například termostaty na sběrnici KNX budou řídit činnost vytápění i klimatizace, tedy obou funkčních oblastí. V systémové instalaci jsou pod pojmem termostaty chápány snímače teploty obsahující i regulátory, které v jednom společném prostoru mohou řídit spotřebu tepla nutnou k vytápění i ke chlazení.

Podobně jeden okenní kontakt může současně sloužit pro zabezpečovací účely, k blokování topení a klimatizace nebo k blokování činnosti vnitřních rolet při otevřeném okně atd. Také snímače přítomnosti se mohou podílet na zabezpečení, na řízení osvětlení, na řízení režimů vytápění a klimatizace apod.

Kombinovaný snímač povětrnostních údajů (obr. 5) je vybaven celou řadou různých snímačů umožňujících řídit mnoho funkcí. Jen co se týče měření osvětlení, je vybaven několika specializovanými snímači. Pro správné předávání měřených hodnot musí být orientován podle světových stran tak, aby odesílal naměřené hodnoty osvětlení z východního směru, další snímač měří osvětlení z jihu a třetí ze západu. Kromě toho obsahuje i snímač celkového osvětlení určený k využití jako soumrakový snímač či k rozlišení dne a noci. Kombinovaný snímač rovněž obsahuje měření teploty, rychlosti větru a deště. Důležitá je také integrace GPS přijímače času.

Obr. 5. Kombinovaný snímač povětrnostních údajů podporuje širokou škálu funkcí
Obr. 5. Kombinovaný snímač povětrnostních údajů podporuje širokou škálu funkcí

Je-li zjištěna vyšší rychlost větru, při níž by mohlo dojít k mechanickému poškození žaluzií, jsou stínicí prostředky automaticky svinuty do zabezpečené polohy. Totéž se stane při namrzajícím dešti. Prší-li, uzavřou se motoricky ovládaná okna.

V závislosti na úhlu dopadu slunečního záření jsou lamely žaluzií natáčeny tak, aby nedocházelo k oslnění osob uvnitř místností přímým slunečním světlem. Současně jsou ale lamely natáčeny tak, aby dovnitř dopadalo co nejvíc přirozeného světla a také aby sluneční tepelné záření bylo odráženo dovnitř při spolupráci s vytápěním nebo ven při spolupráci s chlazením, což zajišťuje značné úspory energií.

Při nepříznivých povětrnostních podmínkách v zimním období je spouštěno vyhřívání okapových žlabů (zabránění vytváření ledových rampouchů) anebo přístupových komunikací (zabránění tvorby náledí – zabránění úrazům).

Některá další možná využití měřených povětrnostních údajů: za soumraku se spustí žaluzie nebo rolety v obytných objektech. Při nočním poklesu teploty např. pod +17 °C v letním období se v komerčních objektech otevřou motoricky ovládaná okna pro předchlazení vnitřních prostor přirozeným prouděním vzduchu a tím i pro snížení nákladů na chlazení objektu během následujícího dne. Jako ochrana před vnikem nežádoucích osob budou žaluzie v tomto případě zcela spuštěny při natočení lamel do plně otevřené polohy, aby nebylo bráněno proudění vzduchu. Při poklesu noční venkovní teploty např. pod +5 °C se veškeré venkovní žaluzie uzavřou, aby se snížilo tepelné vyzařování budovy a tím došlo k mírnému snížení nákladů na vytápění.

Ve spolupráci se systémem elektronického zabezpečení objektu budou při nočním poplašném signálu zablokovány veškeré žaluzie ve vytažené poloze, současně bude vnitřní osvětlení v zapnutém a venkovní osvětlení ve vypnutém stavu. Poplašným hlášením přivolaná ostraha má poté možnost zcela pohodlně zkontrolovat zvenčí celý objekt a zjistit, zda skutečně došlo k narušení. Systémová instalace takto příchozímu strážci napomůže ke snadnější kontrole střeženého objektu.

V letním období mohou být vytvářeny vazby na zavlažování zahrady (pro tento účel je vhodné využít zachycovanou dešťovou vodu). Tato funkce vyžaduje i použití snímačů měřících úroveň vlhkosti půdy.

Podobných vazeb lze vytvářet libovolné množství, v závislosti na požadavcích uživatelů. Obrovskou výhodou je snadnost dodatečných změn těchto vazeb – velmi často přitom jde pouze o softwarové úpravy.

Systémová KNX instalace tedy sdružuje řízení mnoha funkcí do jediného společného systému, přičemž se stává přehlednější, s nižšími požadavky na počty měřených míst. A navíc je nezřídka realizovaná s nízkými celkovými pořizovacími náklady. Pro správný chod vystačí s malým počtem přístrojů a s malou potřebou silových vedení. Podstatné je, že je schopna zabezpečit výrazné přídavné úspory energie – pouhým omezením zbytečné spotřeby. Jinak řečeno: energie je vždy využívána jen tehdy, tam a v takové míře, kdy, kde a kolik je zapotřebí.

KNX národní skupina České republiky, z. s.
Technická 3058/10, 616 00 Brno
www.knxcz.cz