Интелигентните сгради

Осигуряват безопасност и комфорт, като пестят ресурси чрез оптимално управление на всички подсистеми

През последните години в терминологичния речник навлязоха понятия като интелигентна сграда, енергийно ефективен офис, пасивна концепция на сграда и много други. Всяко от изброените наименования съответства на спецификите на дадена сграда, т.е. на принципите, заложени при нейното проектиране и изграждане. Общото между всички тях е преследването на една и съща цел, а именно постигане на по-здравословен и комфортен микроклимат при минимално изразходване на енергийни ресурси.

Изграждането на подобни сгради е провокирано от стремежа към намаляване на енергийните разходи, който е лесно обясним с непрекъснатото покачване на цената на традиционно използваните енергоносители. Значение има и грижата за околната среда и стремежа към осигуряването на по-висок комфорт на обитателите.

Терминът интелигентна сграда
За първи път понятието интелигентна сграда се появява през осемдесетте години на миналия век. В този период, в голяма степен, то се използва като рекламно послание от строители и инвеститори, които обявявали сграда, разполагаща с пожароизвестителна система и система за контрол на достъпа, за интелигентна. Голяма част от съвременните сгради разполагат с минимум такива системи, но никой не ги определя като интелигентни, тъй като далеч не отговарят на съвременната концепция за интелигентна сграда.
Днес за интелигентна се приема сграда, разполагаща със съвкупност от технологии, които й позволяват да функционира автономно и интуитивно в зависимост от предпочитанията и нуждите на обитателите, без да се налага предварително програмиране на извършваните дейности. Интелигентната сграда следва да бъде оборудвана със системи за автоматичен контрол на всички нейни елементи и инсталации. Тези системи имат за задача да осигурят благоприятна жизнена среда. За един от основните елементи на интелигентната сграда се приема системата за автоматично управление, представляваща съвкупност от софтуерни и хардуерни решения, основната задача на които е осигуряването на надеждно и сигурно управление на всички инсталации, намиращи се в експлоатация в сградата. Системата получава информация от всички експлоатирани подсистеми, сред които за пожаробезопасност, видеонаблюдение, телекомуникации, водоснабдяване, електрозахранване, климатизация и т.н. В зависимост от постъпващата информация тя може да реагира адекватно на определени ситуации
т.е. да извърши определени действия и да информира за настъпили промени. В този смисъл трябва да се отбележи, че значението, което се влага в термина “интелигентна сграда”, е многообхватно. В този контекст под “интелигентна” се приема по-скоро сграда, разпознаваща определени ситуации и реагираща при тяхното настъпване (естествено, степента на тези умения може да бъде различна). От една интелигентна сграда се очаква да събира и съхранява информация за обитателите и съответно да разработва модели на поведение. Разработените модели служат като база за различаване на настъпили промени, които биха могли да бъдат и индикатор за проблем с обитателите. В подобна ситуация, отчитайки необичайно поведение, сградата реагира и има възможност да информира съответните органи като полиция или бърза помощ, например. Интелигентните сгради следва да могат да се променят в съответствие с променящите се нужди и предпочитания на техните обитатели, както и да дават възможност за допълнително усъвършенстване на поддържаните функции.
Някои специалисти сравняват интелигентните сгради с програмируемите, които позволяват предварително въвеждане на определени дейности. Разликата е в начина, по който сградата се програмира. В случая с програмируемите сгради е необходимо желаните действия да бъдат предварително зададени от обитателите или съответно - отменени. Така съществува риск от разминаване между действията на програмируемата сграда и желанията на обитателите. В случая с интелигентните сгради човешка намеса не е необходима
Описаните дейности се изпълняват автоматично. Това се постига чрез заложената способност на сградата да наблюдава обитателите в търсенето на модели на поведение. Когато моделът е намерен, къщата автоматично започва изпълнение на желаните действия. Интелигентната сграда може да гарантира извършването на определени действия с особена важност като затварянето на врата или активиране на алармата, когато обитателите я напуснат.
Необходимо е да се отбележи, че има разлика между реакцията на системата, базирана на получена информация от обикновен сензор и реакция на база разпознаване и оценяване на ситуацията. Очевидно е, че вторият случай е много по-труден за изпълнение и постигане на добри резултати. Но за интелигентните сгради това не би трябвало да е проблем. Естествено е първоначално сградата невинаги да реагира адекватно. Извършват се нежелани действия или не се провеждат очакваните. Намирането на точните параметри, които да решат тези проблеми изисква известно време и значителен брой корекции. За интелигентните сгради, обаче, това не представлява особена трудност, тъй като оценяването на ситуациите и различните сценарии е постоянен процес, фокусиран върху непрекъснато им усъвършенстване, което е гаранция за постигане на необходимата надеждност.

Управлява всички сградни инсталации
Интелигентна сграда, отговаряща в максимална степен на потребностите на обитателите, би следвало да може да осигури оптимална работа на всички нейни подсистеми. Това включва и управление на климатичната система, с което да се гарантира благоприятен микроклимат за работа или почивка, осигуряване на необходимата защита от бедствия и неоторизиран достъп, постигане на рационално изразходване на енергийните и комуналните ресурси и т.н. Във възможностите на интелигентната сграда е и засичането на неправомерно влизане в къщата или възникнала аварийна ситуация. Както бе посочено, непрекъснатото проследяване на обитателите и съхраняването на информацията за техните навици в ежедневието и обичайно извършваните дейности, дава възможност за лесно разпознаване на възниквала необичайна ситуация.
Например, при определени обстоятелства, подобна необичайна ситуация би могла да бъде знак за проникването на външно лице в сградата. В други случаи, например когато обитателите са възрастни хора, системата би могла да отчете, ако с тях се случи инцидент. При настъпване на подобни ситуации, сградата реагира и съответно - съседи, полиция, медицински служби ще бъдат информирани.

Трудности при реализацията на интелигентните сгради
Макар че не съществува еднозначно определена дефиниция на понятието интелигентна сграда, в повечето случаи когато се използва терминът, се има предвид автоматизирана техническа система, която мониторира случващото се в сградата и извън нея, реагира по начин, гарантиращ ефективно осигуряване на безопасно и комфортно пребиваване на обитателите, свеждайки до минимум потреблението на енергийни ресурси. Системата взаимодейства с хората посредством използването на елементарни и лесно достъпни средства за комуникация. Реалните трудности при реализацията на интелигентните сгради са свързани с изпълнение на заучения алгоритъм. Функционирането на системата е свързано с необходимост от изграждане на подходяща ел. инсталация. За да се осигури “интелигентността” на сградата, е необходимо системата да притежава способност да събира непрекъснато цялата информация, постъпваща от всички сензори, тази информация да бъде надеждно съхранена и системата да е в състояние да я анализира непрекъснато. Естествено, това изисква достатъчно ресурс за съхраняване на информация и бърза обработка на получените данни.
Немалка трудност пред интелигентните сгради представлява и създаването на ефективен обучаващ алгоритъм. Не са малко изследователските проекти в посока изкуствен интелект и невронни мрежи, но за момента те са по-скоро в изследователската област.

Положителната роля на стандартизацията
Стандартизацията е ключов елемент за успеха на технологиите за изграждане на интелигентни сгради. Необходимо е да се осигури на потребителите свобода на избор относно приложения и услуги, които желаят да използват, а в същото време да не са  принудени да използват продукти само от един определен доставчик. Вече са предприети стъпки в тази насока. Първата е разработването на стандарта KNX. Втората стъпка включва създаване на SmartHouse кодекс на добрите практики. Той е разработен от CENELEC (Европейски комитет за електротехническа стандартизация) и е фокусиран към битовите потребители и малки офиси, като не се отнася до големи търговски помещения.
Липсата на стандартизация създава трудности и относно интеграцията и комуникацията между отделните подсистеми, включващи разнородни устройства, мрежи, услуги и приложения.

Йерархични класове умни домове
През последните години в резултат от техническото развитие, възможностите за управление на сградите значително се подобриха. Свидетелство за това са и редица реализирани обекти. Интелигентната сграда се приема като най-високото ниво в йерархичната структура на база класификация в зависимост от функционалността на сградите.
С фокус върху предлаганите функционални възможности може да се направи следната класификация на умните домове. Първото ниво са сградите, в които има отделни обекти, които се приемат за интелигентни. Това са единични, самостоятелни приложения и обекти, които функционират по интелигентен начин. Второто ниво се заема от сградите, които съдържат интелигентни комуникационни обекти. Става въпрос за системи, които не само могат да бъдат определени като интелигентни, но също така са в състояние да обменят информация помежду си, което повишава функционалността им. Следващото ниво включва сградите, разполагащи с вътрешни и външни мрежи. Това позволява интерактивно и дистанционно управление на системите, както и достъп до услуги и информация в сградата и извън нея. Последните две стъпала заемат т.нар. обучаващи се и внимателни сгради. Обучаващи се са сградите, позволяващи реализацията на отделни модели и извършвани дейности, като натрупаните данни се използват за прогнозиране на нуждите на потребителите, както и за контрол на самата технология. При внимателните сгради дейността и местоположението на хората и предметите в домовете се регистрират постоянно. Тази информация се използва за контрол на технологиите в очакване на нуждите на обитателите. Описаните две най-високи нива в йерархията все още се разработват и в голяма степен технологията, използвана при тях, е експериментална.

Технологията Умен дом (Smart Home)
Т.нар. технология Умен дом, за която през последните години се говори и пише много, е може би най-близо до представата за интелигентна сграда. Доскоро възприемана като технология, фокусирана върху интегрирането на електрическото оборудване в дома, в момента тя разширява своя обхват. Развитието на технологиите за сградна автоматизация проправя пътя към нови системи и приложения, характеризиращи се с интуитивност, гъвкавост и по-автономно поведение. Очакванията на специалистите са новите технологии да станат част от средата, в която хората изпълняват своите задачи и в която живеят. Счита се, че днешният потребителски интерфейс постепенно ще бъде изместен от технологии, позволяващи комуникацията в интелигентните сгради да се базира на говор, жестове и емоции. По този начин средата, базираща се на взаимодействие между човек и компютър, ще се превърне в сътрудничество човек - компютър.
Развитието на интелигентните сгради е неразривно свързано и с новите материали, микро- и наноелектрониката, технологиите за производство на микросистеми, включително биомикротехнологията. Тя включва използването на сензори за измерване на кръвно налягане, температура, тегло, дихателна активност, за наблюдаване на модели на хранене, походка, сън и други. Всичко това още веднъж подчертава сложността на Smart Home технологията. Технологичното развитие логично води до създаването на нови възможности за подпомагане и улесняване живота на хората. Това е предизвикателство, което предполага непрекъснато следене на всички промени и комбиниране на резултатите от различни технологични области в полезни концепции.

Стандарти за умни сгради
В момента при реализация на проекти за интелигентни сгради се използват основно няколко стандарта. Сред тях са:
- EIB (European Installation Bus) - широко използван в световен мащаб стандарт за изграждане на интелигентни комуникационни мрежи. EIB осигурява автоматично управление на устройствата и системите в една съвременна интелигентна сграда. Сензорите като детектори за движение или термостати, изпращат импулси през средата за пренос към изпълнителните устройства. Този стандарт е широко използван в т.нар. умни домове.
- KNX - сравнително нов стандарт, които е резултат от сливането на три европейски стандарта, един от които е EIB. Очакванията са този стандарт в близко бъдеще да замени стандарта EIB. KNX напълно съответства на европейския стандарт EN 50090 за електронни системи в сгради и жилища.
- LON (Local Operating Network) е стандарт, използван за управление на енергийните потоци в една сграда, управление на машини и системи за контрол на достъпа в по-големи сгради. Позволява свързване в интегрирана система на десетки хиляди датчици.
- X10 e широко използван стандарт за управление на домашни електрически уреди и осветители. Освен това се използва в системи за управление в единични къщи. Протоколът включва малък набор от команди, ограничени до включване и изключване на уредите.
- BACnet е стандарт, разработен в САЩ, предназначен предимно за управление на по-големи сгради. В Европа за момента е слабо разпространен. От BACnet се очаква лесна комуникация със стандарта EIB.