Интелигенти системи за ОВК и водоснабдяване

Системите за отопление, вентилация и климатизация (ОВК) и за водоснабдяване имат основно значение, наред с осветлението, за създаването на подходяща и приятна за живеене или работа среда. Тези системи дават възможност за контролиране от разстояние, създаване на графици на работа, включване или изключване при определени условия, като понижаване на температурата, наличие на хора в помещението и т.н., за които се следи със сензори, сигнализиране за опасност от възникване на повреди. Възможно е инсталирането им както в нови сгради, понякога при самото им построяване, така и осъвременяването на ОВК системите в стари сгради, където има ограничения и предизвикателства. Оптимизирането на тези системи чрез интелигентото им управление е една от основните възможности за пестене на енергийни и водни ресурси.

Текст: списание Строители

Домашната автоматизация позволява дистанционно управление на системи в дома с жизненоважни функции от всяка точка на света с помощта на смартфон или компютър. Автоматизацията може да включва планиране и автоматична работа не само на електрически уреди, системи за сигурност и осветление, но също така на климатизацията, отоплението, вентилацията, водоснабдяването. Подобно на индустриалната революция в дома, която е повишила очакванията за чистота и е довела до по-голямо потребление на енергия и вода като цяло, устройства като интелигентни термостати може също да повишат очакванията за удобство, особено ако се използват по-често и в повече помещения.

Целта на интелигентните ОВК е да има система, която знае какво се случва в сградата, поддържа всичко правилно охладено или затоплено, спестява ресурси и помага при всички проблеми, свързани с неправилна употреба. Въпреки че повечето хора са наясно с наличието на различни системи в сградите, които позволяват използването им като жилищни или търговски пространства, те често подценяват колко сложни са тези системи. Интелигентните системи за ОВК могат да помогнат за намаляване на част от тази сложност за обитателите и техниците по поддръжката, с което също да се създаде по-добра среда за хората, които използват сградата. Въпреки че не всички елементи на отоплителна и охлаждаща система могат да бъдат направени интелигентни, няколко промени могат да превърнат една обикновена система в енергийно ефективна и интелигентна.

Отопление, вентилация и климатизация

Вентилационната система контролира въздушния поток в сградата, отчита кога и къде са нужни определени действия, за да спести енергия. Например не е необходим силен въздушен поток в празна заседателна зала или коридора след работното време. Чрез сензорна технология за установяване на броя на обитателите в определено пространство, вентилационната система работи само когато и където е необходимо. В новите търговски сгради сложните вентилационни системи обикновено се проектират предварително с технология за информационно моделиране на сгради (Building Information Modeling - BIM). Все по-често дори в жилищното строителство сградите се проективат не само с отоплителна, но и с вентилационна система. Общата цел е да се осигури въздух в помещенията, които са заети, и да се поддържа температурата в тези помещения на подходящи нива.

Интелигентните термостати обикновено измерват температурата и това определя функционирането им, но най-модерните от могат да отчитат не само температура, но също така влажност, наличие на хора в помещението и други променливи. Тези функции позволяват на термостата да взима по-добри решения за това как да регулира стайната температура. Една от причините изполването на сензори за няколко различни фактора да бъде за предпочитане е, че дискомфортът в помещението може да не се дължи на температурата, а на т.нар. латентна топлина, която е причинена от висока влажност. Това може да се дължи на проникване на въздух отвън или на лош дизайн на системата за ОВК.

Друг важен фактор за оптималното функциониране на интелигентния термостат е поставянето му на правилното място. Ако термостатът е инсталиран например близо до кухненска печка на ресторант, това може да доведе до ненужно охлаждане на всички помещения. Това показва колко е важно зонираното на системите за отопление и охлаждане, защото то помага за предприемане на правилни действие в отделни помещения на базата на специфичните условия в тях, които в някои случаи може да са много различни. Правилното зониране, т.е. комбиниране на различните помеения, е много важно при инсталирането и настройката на интелигентна система за ОВК.

Компресорът, който представлява електрическата помпа, която компресира хладилен агент, и въздуният манипулатор, който издухва въздух над отоплителните или охлаждащите бобини, са отговорни за голяма част от енергийното натоварване на системата. Важно е фунционирането на тези компоненти да бъде оптимизирано, за да не се превърнат в основен източник на енергийни загуби. Ефективността може да бъде постигната както чрез замяна на самите компоненти с енергийно ефективни, така и чрез интелигентното им управление, благодарение на което те да работят само тогава, когато са необходими.

Някои компании за комунални услуги предлагат и програми, при които насърчават клиентите си да им позволят да изключват големи енергийни товари в периодите на пикова консумация на енергия. С течение на времето интернет на нещата (IoT) ще даде възможност за „ценообразуване по време на използване“, което означава, че потребителите ще купуват енергия чрез пазарни механизми (търсене и предлагане), вместо според фиксирани цени. Разрастването на разпределеното производство на енергия (като слънчева, вятърна и акумулаторна батерия) е възможно, ако все повече интелигентни устройства, вградени в електрическите мрежи и оборудване, управляват консумацията на енергия. Освен че контролират мощността централно, някои интелигентни контролери за отопление могат да се използват и за регулиране на топлата вода. Подобно на традиционния термостат за топла вода, интелигентният позволява програмирате на график, но с тази разлика, че по-модерните контролери за отопление използват сложни алгоритми.

На пазара се предлагат системи с разлини начини, чрез които потребителите могат да контролират своите интелигентни системи за ОВК. Контролът от разстояние позволява управление на климатици и термостати чрез смартфон дори когато собстевниците са извън сградата, като често това е възможно от всяка точка на света. Функцията за седмично планиране позволява настройка на климатици за работа в определени времеви интервали и за постигане на предзададени температури. Има и сензори, които следят за състоянието на въздушния филтър и сигнализират кога трябва да се смени според предзададени показатели. При зонираното управление се определят климатични зони, обикновено обхващащи повече от една стая, чието отопление, вентилация и климатизация се управлява заедно. Възможно е също така натрупване на статистичеки данни за употребата на системата и отделните й компоненти, което помага за намаляването на разходите чрез предприемане на действия на базата на тези данни. Има възможност също за проследяване на всички действия по контролирането на климатиците, така че да се разбере каква точно е причината за енергийни загуби, повреди или за проблеми при постигането на желаните оптимални резултати. Повечето интелигентни термостати са проектирани да работят с централни системи за ОВК. Ако домът се отоплява от нагреватели с високо напрежение, тогава трябва да се използва термостат, който е специално проектиран да работи с този тип нагреватели.

Геофинирането позволява автоматично включете или изключване на климатика, когато мобилното устройство, с което се контролира системата, бъде засечено да навлиза в определена зона или да я напуска, т.е. да пресича предварително определена граници на периметъра на сградата в една или друга посока. Геофинирането би било достатъчно, ако всеки от обитателите на дома използва смартфон, свързан със системата. Сензорите за движение и близост предлагат алтернативно средство за определяне дали в жилището и по-конкретно в отделните помещения има обитатели и съответно се нуждае от отопление, вентилация или охлаждане. Някои интелигентни термостати могат също да получават информация от сензорите за врати и прозорци, както и сензорите за движение на домашна система за сигурност, което спомага за по-доброто им и по-прецизно функциониране. Системите за ОВК, също както осветленеито и системите за забавление, може да бъде включена в предварително настроените и запамететни т.нар. сцени, така че помещенията да имат предзададена температура за времето след ставане или преди лягане.

Модернизиране на стари сгради и поддръжка на системите

Свързаните интелигентни сензори играят съществена роля за създаването на интелигентни системи за ОВК в стари сгради. Чрез разполагането сензори и свързването им към вече съществуващата система, вграждането на компоненти и софтуер, осигуряващ анализ на данни, собствениците на старите сгради също могат да се възползват от оптимизиране чрез интелигентните системи за ОВК. Изключително лесно е изграждането на такива системи в нови сгради, като при някои от тях такива са инсталирани от самото начало. При старите сгради обаче вграждането им е предизвикателство, защото може да е трудно или дори забранено да се инсталира външно окабеляване върху стените. В тези случаи безжичната и управлявана от батерии сензорна платформа може да бъде от решаващо значение. Това означава, че собствениците на старите сгради не са длъжни да премахват или заменят всички съществуващи компоненти на системата за ОВК, за да инсталират интелигентни технологии.

Системата за следене на климатика и сензорите отчитат температурата, налягането, влажността и др. показатели в реално време. Устройството се свързва с клетъчни мрежи и осигурява денонощно дистанционно наблюдение на централни климатични системи в жилища. Концепцията за интелигентно управление на прозорци ще улесни и по-ефективно задържането на топлина и следователно ще подобри изолационните възможности на дома. С вграден сензор, интелигентните прозорци за дома могат да помогнат за наблюдение на метеорологичните условия навън и да предадат тези данни на централизираната система за управление. Това позволява на платформата да прави свои собствени настройки с термостата. Тъй като такава система може също да засича проблеми, възможно е непосредствнео уведомяване за това и отстваняването им. Електронни табла в системите за управление предоставят възможност за наблюдение на ефективността и състоянието на климатика, като до такива табла могат да имат достъп не само собствениците, но и екипите по поддръжка, благодарение на което да предлагат проактивно поддръжка и ремонти.

Интелигентната система за ОВК позволява на екипите по поддръжка да изпратят правилния техник с правилните части за отстраняване на конкретния проблем, който е възникнал, още при първото посещение на обекта, което намалява разходите и времето за ремонт и допринася за удовлетвореността на клиентите. С помощта на сензорите около системите за ОВК, екипите по поддръжка могат да помогнат оборудването да работи по-ефективно, като предварително знаят кога ще се появят проблеми, т.е. посещенията за обслужване или поддръжка могат да бъдат планирани поради предвиждането за повреда, без да се чака появата й, което също позволява ремонтите, при които системата е спряна, да се осъществят във възможно най-подходящото време, така че да създадат възможно най-малко неудобство за най-кратък период.

Интелигентни ОВК системи в различни сгради

В допълнение към интелигентния дом и интелигентните жилищни сгради, нуждите от интелигентни системи за ОВК също нарастват в офисите и търговските сгради, в определена степен защото търсенето на интелигентни технологии за такива сгради като цяло нараства. Дистанционната им диагностика и мониторинг ще придобиват все по-голямо значение за индустрията. Интелигентните системи за ОВК помагат на интелигентните сгради да спестят от консумация на енергия и разходи за експлоатация. В момента има силен подем за създаване на по-интелигентни решения, воден от изискванията за енергийна ефективност, но също така и от необходимостта да се създадат нови модели за генериране на приходи, свързани с услугите на големите производители на оригинално оборудване, като например вентилация като услуга, а не само производство и еднократно инсталиране на устройства и съоръжения.

Но пестенето на ресурси не е единствената причина работодатели да търсят интелигентни решения за ОВК. Хората прекарват значителна част от живота си на работните си места и биха искали да се чувстват по-удобно в тези пространства, което им помага да бъдат по-фокусирани и продуктивни в работата си. Интелигентните решения в сградите стават популярни, защото това дава на служителите усещане за контрол над работното пространство и за по-ефективното му използване. Някои компании, които предлагат интелигентни системи за ОВК за офис и търговски сгради, отчитат, че техните клиенти постигат увеличение на производителността с до 20%, задържане на служители с до 10%, както и увеличаване на броя на иновациите, като това се забелязва в различни индустрии и локации.

Водоснабдяване 

Течовете причиняват не само загуба на чиста вода, но също повреди на жилището, които могат да бъдат много скъпи, заради което изглежда разумно всяка система за интелигентен дом да включва технология за откриване на течове. Досега откриването на течове е било осъществявано чрез алармена система. Повечето алармени табла поддържат както жични, така и безжични детектори, които се поставят на тези места в дома, където има най-голям риск от течове, например под мивки, хладилници, миялни машини, перални машини, бойлери и т.н. Подобно стратегическо инсталиране на датчици може да съкрати времето за откриване на теч, но това може да бъде допълнителен разход, който надхвърля това, което собственикът на дома е готов да похарчи. Вече има и интелигентни детектори, които следят потока вода в дома и така търсят течове.

Една от най-евтините инвестиции за предотвратяване на течове е да се заменят гумените маркучи, които се доставят с повечето перални машини, с маркучи със стоманена оплетка. Тази евтина корекция значително намалява една от най-често срещаните точки на причиняващ поражения теч в дома, спукан маркуч на пералня, но дори стоманената оплетка не предпазва напълно срещу спукване на маркуча течение на времето, така че допълнителна мярка за безопасност е инсталирането на сензори, предназначени специално за пералня. Такива включват както датчик за вода, който е поставен под пералнята, така и моторизирани клапани, които прекъсват подаването на вода, ако бъде открит теч, като могат да бъдат интегрирани с алармено табло за подаването на сигнал за теч. Подобни устройства за защита има и за бойлери, съдомиялни машини, мивки и т.н.

При сензорите, които могат не само да подадат сигнал, но и да спрат подаването на вода при теч, са възможни два варианта – да разполагат с моторизиран клапан, прекъсващ основната водопроводна линия, или само двигател, който се захваща към стандартния, ръчен, прекъсващ клапан, който е инсталиран във всеки дом. Някои от тези системи изискват наличието на интернет връзка, други не. Откриването на течове, което не включва някакъв начин за автоматично спиране на водния поток към дома, представлява недостатъчна защита. Освен това изискването за активна интернет връзка за спиране на водата след откриване на теч създава допълнителен риск. Инсталирането на моторизиран клапан изисква периодично изпозлване на клапана, за да се гарантира, че няма да с времето да започне да засича, особено, ако домът се намира в район с твърда вода. Някои такива системи програмират клапана да се затваря всяка вечер като част от начина, по който се проверява за течове. Също така е добре тези устройства с моторизиран клапан да бъдат защитени с аварийно захранване, за да могат да работят по време на прекъсване на основното електрозахранването. Повечето от датчиците за течове, които включват температурен сензор, измерват температурата в помещението, където се намират. Появяват се обаче и модели, които измерват температурата на самата вода, което помага за много по-адекватно функциониране на устройствата при зададени температурни прагове, при които да бъде прекъснато водоснабдяването. Датчиците за течове, които следят потока на водата, имат своите ограничения, защото трябва да разграничат нормалната употреба на вода от теч. Поради това теч например от счупен маркуч на пералня, може да причини доста големи щети, преди да бъде открит от датчика за течове.

По отношение на пестенето на вода това, което е по-важно от всички налични устойства, е работата на цели общности в тази посока. От една страна ще бъде добре компаниите, предоставящи комунални услуги, да насърчават пестенето на вода чрез специфични методи за определене на цената. От друга страна може да бъдат подавани данни от жилищата относно демографските данни на обитателите им и техните навици за употреба на вода. Обобщаването на такива данни може да доведе до създаването на нови стратегии и съвети към потребителите за пестене на водни ресурси.

Риск от хакерски атаки

Подобно на други свързани устройства, интелигентните системи за ОВК също могат да бъдат хакнати. Въпреки че IoT устройства като интелигентни измервателни уреди и сензори на устройства за ОВК не са предназначени за сърфиране в мрежата, те трябва да се свържат с интернет заради събирането на данни, дистанционното управление и анализ. Техният пряк достъп до интернет ги превръща в основни обекти на кибернатаки, представлявайки сериозна заплаха за сигурността на интелигентните сгради. Ако хакерите поемат контрола над системата, могат да бъдат откраднати лични данни, финансова информация, информация за здравен статус и др.

Проучване на фирма за киберсигурност в САЩ е установило, че хиляди IoT устройства в системи за ОВК са уязвими на кибератаки. Изследването показват, че близо 8000 свързани устройства, разположени предимно в болници и училища, предлагат неоторизиран достъп и са силно уязвими на кибератаки. За да извършат атаки срещу системи за ОВК, хакерите първо трябва да идентифицират системата, свързана към интернет или вътрешна мрежа. Хакерите могат да търсят и софтуер за автоматизация на сгради, който включва и само компонент за ОВК. След като идентифицират такива системи, те опитват да поемат контрол над нея. След днедряват свой зловреден софтуер в системата, за да заразят други устройства и компютри в същата мрежа. Междувременно зловредният софтуер се използва предимно за изпращане на команди, вместо за кражба на данни. Изпращането на команди кън системи за ОВК също е опасно, защото например в болници дисфункционалните интелигентни системи за ОВК могат да навредят на пациенти, които имат нужда от определени температури и проветряване на помещенията. Също така теоретично хакери могат да проникнат в климатините инсталации на цял интелигентен град, да ги включат и така да предизвикат претоварване на електрическата мрежа, което може да я срине. Първата стъпка за постигане на кибер безопасност в интелигентна система за ОВК е доставчикът да има стабилна програма за сигурност на продукта, която обхваща архитектурата на продукта, проектирането, разработването, поддръжката и управлението на данни. След това клиентите трябва да гарантират, че техните мрежи и портове за достъп са обезопасени. За изграждането на защитена от кибератаки интелигентна система за ОВК се изисква всички участници в този процес да вземат необходимите мерки.

Предизвикателства и бъдещо развитие

Има няколко предизвикателства, на които трябва да се обърне внимание - киберсигурност, ангажираност с организации за ИТ, надеждност на безжичните мрежи за комуникация, които ще бъдат все по-натоварени заради увеличаващия се брой устройства, които ги използват, както и зоните на смущения, които често се намират там, където се инсталират устройствата на системите за ОВК. Предизвикателства са също преоборудването и съвместимостта с по-стари системи, суверенитетът на данните при облачните системи, както и обучението на операторите и техниците за работа с тези нови цифрови и интелигентни технологии за ОВК, възможността за мащабиране на тези технологии, за да могат собственици и строители да експериментират в малък мащаб с новите технологии, които след това да прилагат в по-голям. Вероятно е застрахователните компании да започнат да стимулират приемането на технология за откриване на течове в домовете, като дори сега някои от тях предлагат отстъпки от полиците на собствениците на жилища, ако е инсталирана такава система. Вероятно на пазара ще се наложи хибридният подход за откриване, при работата на датчиците за потока на водата ще бъдат интегрирани със стратегически разположени сензори за вода и температура.

Докато напредваме към бъдещето на технологиите за интелигенти домове, експертите прогнозират, че то ще включва наличието на все повече сензори, които тестват за различни показатели от околната среда, за да подават съобщения от машина към машина. Един стандартен дом може един ден да е способен да „прочете“ определени условия и след това да предложи подходящи действия в отговор. Различните компоненти ще бъдат обсипани със сензори, които могат да усетят много малки промени във функционирането на системата. В момента, в който тези сензори се включат при някаква неправилна дейност, те ще уведомят обитателите, че трябва да бъде извършен ремонт. Сензорите също могат да напомнят за рутинна поддръжка - не само подмяна на филтри, но и сервизни профилактики. Това би помогнало на собствениците на жилища да избегнат скъпи ремонти, които могат да прекъснат работата на климатици и нагреватели. Възможно е напълно оборудвана със сензори система за ОВК бързо да открива проблеми като тези, които карат различни устройства да работят неефективно. Крайната цел на развитието на всички интелигентни технологии, които се инсталират в сгради, е домовете да могат да функционират като цялостна единица, където например прозорци, изолация и въздушно уплътнение са наблюдавани в еднаква степен, като данните се изпращат обратно към централното управление на системата. Това развитие е далеч в бъдещето, но сензорните системи за ОВК представляват някои от първите признаци за посоката му.