Тема:
Выполнила:
Ученица __________________класса
______________________________ФИО
г.Архангельск
2017г.
Оглавление
Введение 3
Глава I. Теоретический аспект исследования...................................................6
1.1. Умный дом как домашняя автоматизация 6
1.2. Умный дом как автоматизация здания 6
1.3. История возникновения 7
1.4. Конструкция системы «Умный дом» 8
1.4.1. Системы безопасности 9
1.4.2. Управление освещением 11
1.4.3. Управление климатом 12
1.4.4. Система управления 15
1.4.5. Система отопления, вентиляции и кондиционирования 16
1.4.6. Система освещения 16
1.4.7. Система электропитания здания 17
1.4.8. Система безопасности и мониторинга 17
1.5. Японский «Умный дом» 18
1.5.1. Развитие «умных» домов в Японии 19
1.6. Перспективы «Умных» домов в России 21
1.7. Стоимостные характеристики «умного» дома………………………….24
Заключение 27
Список используемой литературы 29
Введение
Интернет стал одним из важнейших изобретений за всю историю человечества. Многие люди мечтают подключить к интернету все электронные предметы. Активно идут обсуждения проектов «умных домов», общего информационного пространства и других вариантов объединения разрозненных электронных компонентов в единую систему.
На сегодняшний день в интернете можно найти большое количество статей, в которых говорится о том, как создать систему управления: светом, розетками, чайником, холодильником и т.д. Однако все эти статьи описывают разные варианты подключения, что не приемлемо в единой системе.
Меня заинтересовала эта тема. Я решил больше узнать о системе умный и интеллектуальный дом. Ещё Н. Винер в 1940 году сказал «Не за горами день, когда окружающие нас вещи научатся думать и станут много более полезны обществу», и вот этот день настал.
Современный человек предъявляет очень высокие требования к комфортности среды обитания:
1. Эстетические (дизайн и стиль интерьера, ландшафта, красота и функциональность окружающих предметов);
2. Климатические (тепло, холод, чистый воздух);
3. Общебытовые (вода, газ, электричество, радио, телевидение, интернет, телефонная связь, наличие кухонных машин и систем гигиены саун и ванн);
4. Требования к безопасности и контролю за ней (безопасность жилища, хозяев дома и их близких);
5. Требования к надежности сложных систем (компьютеры, домашние кинотеатры, посудомоечные, стиральные машины, СВЧ - печи и др.)
В результате инженерное оснащение квартир и коттеджей неуклонно усложняется, и растет количество устройств, участвующих в формировании этой среды. Возлагать на хозяина жилья управление всеми системами становится неудобно, невыгодно и небезопасно. Комплексная система управления жилищем «умный дом» берет на себя всю рутинную работу по решению этой запутанной задачи, оставляя человеку только принятие главных, «базовых» решений. [1]
Актуальность темы исследования обусловлена высоким потенциалом развития систем «умного дома» и отсутствием единых стандартов устройств, включенных в эти системы.
В чем актуальность «умного дома»? Достаточно взглянуть на преимущества комплекса:
1. автоматизация большинства процессов в смарт - хаусе;
2. контроль над состоянием электроприборов, освещения, системы водоснабжения;
3. предотвращение несанкционированного проникновения в смарт - хаус;
4. снижение суммы коммунальных услуг за смарт - хаус за счет экономии электроэнергии.
Автоматизация зданий, или умное здание (англ. smart house) - система высокотехнологичных устройств в жилом доме современного типа, организованная для наиболее комфортного проживания или работы людей.
Из недостатков системы «умный дом» специалисты отмечают разве что дороговизну. Если сравнить плюсы и минусы, становится ясно, что он дает: экономию, комфорт и безопасность. Технологии строительства комплексов предусматривают, что в системе «умного дома» не перегорит проводка из-за попадания воды с затопленной ванны, не лопнет труба из-за перепада температур.
Цель моего проекта: описать структуру автоматизации системы домашних устройств без участия человека.
Для достижения указанной цели необходимо решение следующих задач:
1. рассмотреть понятие системы «Умный дом» и принцип её действия;
2. рассмотреть возможности системы «Умный дом»;
3. выявить системы управления;
4. проанализировать системы домашней автоматизации в Японии и в России;
5. рассмотреть стоимость данных услуг.
Объектом исследования моей работы является система «умный дом».
Предметом исследования выступает система высокотехнологичных устройств в жилом доме современного типа.
В работе использованы такие методы исследования как анализ и синтез.
Глава I. Теоретический аспект исследования 1.1. Умный дом как домашняя автоматизация
Умный дом (smart home) в этом значении – система домашних устройств, способных выполнять действия и решать определенные задачи без участия человека. Наиболее распространенные примеры таких действий - автоматическое включение и выключение света, автоматическая коррекция работы отопительной системы или кондиционера и автоматическое уведомление о вторжении, возгорании или протечке воды.
Домашняя автоматизация в современных условиях – чрезвычайно гибкая система, которую пользователь конструирует и настраивает самостоятельно в зависимости от собственных потребностей. Это предполагает, что каждый владелец умного дома самостоятельно определяет, какие устройства и где установить и какие задачи и как они будут исполнять. [2]
1.2. Умный дом как автоматизация здания
Умный дом (smart house, также building automation и intelligent building, рус. АСУЗ) в этом контексте – жилой дом современного типа, организованный для проживания людей при помощи автоматизации и высокотехнологичных устройств. Под «умным» домом следует понимать систему, которая обеспечивает безопасность и ресурсосбережение (в том числе и комфорт) для всех пользователей. В простейшем случае она должна уметь распознавать конкретные ситуации, происходящие в доме, и соответствующим образом на них реагировать: одна из систем может управлять поведением других по заранее выработанным алгоритмам. Кроме того, от автоматизации нескольких подсистем обеспечивается синергетический эффект для всего комплекса.
Это проще понять, если представить, например, что система отопления никогда не сможет работать против системы кондиционирования. А отопление осуществляется не только по погоде, но и с учётом целого ряда других факторов. От силы ветра, по предсказанию, от времени суток (ночью комфортная температура меньше).
Можно считать, что это наиболее прогрессивная концепция взаимодействия человека (пользователей) с жилым пространством, когда в автоматизированном режиме в соответствии с внешними и внутренними условиями задаются и отслеживаются режимы работы всех инженерных систем и электроприборов.
В этом случае исключается необходимость пользоваться несколькими пультами при просмотре ТВ, десятками выключателей при управлении освещением, отдельными блоками при управлении вентиляционными и отопительными системами, системами видеонаблюдения и охранной сигнализации, моторизированными воротами и прочим.[2]
1.3. История возникновения
В 1987 году, в СССР был представлен проект радиоэлектронного оснащения жилища «СФИНКС», по своей сути напоминающий идею современного умного дома. Главной изюминкой проекта был главный центральный процессор, состоящий из нескольких блоков, а также пульты управления – «малый» пульт со съемным дисплеем и большой с псевдосенсорными клавишами. Как ручной, так и большой пульт содержат микрофоны управления голосом.
Проект был разработан в ВНИИТЭ и публиковался в нескольких журналах «Техническая эстетика».
В 1995 году разработчики технологий Java предрекали одним из основных назначений для этой технологии увеличения интеллекта бытовых приборов1 – например, холодильник сам будет заказывать продукты из магазина. Промышленного распространения эта идея не получила, но такие компании, как Miele и Siemens, уже выпускают бытовую технику с возможностью включения в «умный дом».
Осенью 2012 года компания Panasonic анонсировала полномасштабное производство систем управления энергией SMARTHEMS, предназначенных для «умных домов». Panasonic обещает ввести совместимость с системой HEMS во всю линейку своих бытовых приборов, таких как: кондиционеры, «умная» кухонная техника и системы горячего водоснабжения EcoCute. Новая система AiSEG позволяет связать все оборудование и домашние устройства в единую сеть организовав отображение информации о работе солнечных батарей, расходе электричества, газа и воды и автоматически контролируя работу бытовых приборов с помощью протокола ECHONET Lite 2. Технологии и применение домашней автоматизации.[4] 1.4. Конструкция системы «Умный дом»
Система умного дома включает три типа устройств:
1. Контроллер (хаб) - управляющее устройство, соединяющее все элементы системы друг с другом и связывающее ее с внешним миром
2. Датчики (сенсоры) - устройства, получающие информацию о внешних условиях
3. Актуаторы – исполнительные устройства, непосредственно исполняющие команды. Это самая многочисленная группа, в которую входят умные (автоматические) выключатели, умные (автоматические) розетки, умные (автоматические) клапаны для труб, сирены, климат - контроллеры и так далее (см. Рисунок 1).
В большинстве современных умных домов контроллер общается с остальными устройствами системы через радиосигналы. Самые распространенные стандарты - Z-Wave, ZigBee и Wi-Fi, в США популярен также Thread.
Для связи с внешним миром контроллер как правило подключается к интернету.
Рисунок 1. Конструкция системы «Умный дом» 1.4.1. Системы безопасности
1. Датчики движения, датчики присутствия, датчики вибрации, датчики разбития стекла, датчики открытия окна или двери;
2. Видеонаблюдение;
3. Видеодомофоны и видеоглазки;
4. Электронные замки (умные замки, смартлоки) и модули управления воротами;
5. Сирены.
Эти устройства позволяют сконструировать подходящую систему безопасности от сравнительно простой до достаточно сложной.
Среди основных алгоритмов:
1. регистрация нежелательного проникновения;
2. уведомление владельцев;
3. включение сирены;
4. запуск видеосъемки;
5. запирание входных или межкомнатных дверей (см. Рисунок 2).
Вдобавок, системы безопасности умного дома интегрируются с охранными системами, по тревоге высылающими группы реагирования. В большинстве стран рынок охранных систем существует достаточно давно, в то время как системы умного дома стали широко распространяться лишь в 2010-х годах. Отдельные поставщики охранных услуг позволяют интегрировать свою сигнализацию с умными устройствами, которые устанавливает сам пользователь, либо соглашаются высылать группы реагирования по сигналам тревоги с таких устройств.
Электронные замки, видеодомофоны и видеоглазки позволяют также организовать систему контроля доступа с возможностями дистанционного управления, видеозаписи и так далее.[6]
Рисунок 2. Системы безопасности 1.4.2. Управление освещением
1. Умные выключатели и диммеры;
2. Модули управления шторами, жалюзи и рольставнями;
3. RGB- и RGBW-контроллеры для управления светодиодными светильниками, прежде всего светодиодными лентами;
4. Датчики движения и присутствия;
5. Датчики освещенности;
6. Такие устройства позволяют автоматизировать управление светом и чаще всего используются, чтобы:
7. автоматически включать свет, когда люди входят в помещение, и выключать, когда выходят;
8. автоматически поддерживать освещенность на постоянном уровне, регулируя яркость светильников и положение жалюзи или штор (см. Рисунок 3);
9. автоматически регулировать освещенность в зависимости от сезона и времени суток или по другим заранее заданным правилам.[7]
Рисунок 3. Управление освещением 1.4.3. Управление климатом
1. Основная задача устройств умного дома в этом случае - Датчики влажности;
2. Датчики температуры;
3. Термостаты для поддержания постоянной температуры или ее автоматического регулирования;
4. Терморегуляторы для управления мощностью батарей отопления;
5. Климат - контроллеры, передающие команды умного дома на технику предыдущих поколений, которая управляется обычными дистанционными пультами, прежде всего на кондиционеры;
6. Гигростаты для поддержания постоянной влажности или ее регулирования;
7. автоматически регулировать работу климатических систем так, чтобы одновременно обеспечить комфортный микроклимат и сократить расходы на его поддержание;
8. автоматически поддерживать комфортную температуру в помещениях, где находятся люди;
9. автоматически снижать мощность батарей и кондиционеров в отсутствие людей и ночью;
10. автоматически поддерживать влажность, комфортную для людей и щадящую для помещения и предметов обстановки;
11. автоматически вентилировать помещения и очищать воздух, поддерживая комфортное качество воздуха.[7]
Рисунок 4. Теплоизоляция пассивного дома
Фотография в инфракрасных лучах показывает, насколько эффективна теплоизоляция пассивного дома (справа) по сравнению с обычным домом (слева) (см. Рисунок 4).
Под термином «умный дом» обычно понимают интеграцию следующих систем в единую систему управления зданием:
1. Системы управления и связи;
2. Система отопления, вентиляции и кондиционирования;
3. Система освещения;
4. Система электропитания здания;
5. Система безопасности и мониторинга (см. Рисунок 5).
Рисунок 5. Управление климатом 1.4.4. Система управления
1. Управление с одного места аудио-, видеотехникой, домашним кинотеатром, мультирум;
2. Удалённое управление электроприборами, приводами механизмов и всеми системами автоматизации. Электронные бытовые приборы в умном доме могут быть объединены в домашнюю Universal Plug’n’Play – сеть с возможностью выхода в сети общего пользования;
3. Механизация здания (открытие/закрытие ворот, шлагбаумов, электроподогрев ступеней и т.п.).[8]
Рисунок 6. Система управления 1.4.5. Система отопления, вентиляции и кондиционирования
Система отопления, вентиляции и кондиционирования (Heating, Ventilation and Air Conditioning, HVAC) обеспечивает регуляцию температуры, влажности и поступление свежего воздуха. Кроме этого, HVAC экономит энергию за счет рационального использования температуры среды. Некоторые подсистемы:
1. управляемый через сеть кондиционер;
2. механизмы автоматического открытия/закрытия окон для поступления холодного или теплого воздуха в подходящее время суток.[9]
1.4.6. Система освещения
Система освещения (Lighting control systems, LCS) контролирует уровень освещенности в помещении, в том числе для экономии электроэнергии за счет рационального использования естественного освещения. Некоторые подсистемы:
1. автоматика для включения/выключения света в заданное время суток;
2. датчики движения для включения света только тогда, когда в помещении кто - то находится;
3. автоматика для открытия/закрытия ставней, жалюзи, для регулировки прозрачности специальных оконных стекол.[8]
1.4.7. Система электропитания здания
Системы электропитания обеспечивают бесперебойное питание, в том числе за счет автоматического переключения на альтернативные источники электропитания. Некоторые подсистемы:
1. Автоматический ввод резерва;
2. промышленные ИБП;
3. дизель - генераторы.[8]
1.4.8. Система безопасности и мониторинга
В систему безопасности и мониторинга входят следующие подсистемы:
1. система видеонаблюдения;
2. система контроля доступа в помещения;
3. Охранно - пожарная сигнализация (в том числе контроль утечек газа);
4. Телеметрия - удалённое слежение за системами;
5. Система защиты от протечек – автоматическая блокировка водоснабжения при протечке и заливе помещения. Состоит из контролирующего устройства, специальных кранов и датчиков, детектирующих затопление (Аквасторож, Neptun, Гидролок и другие);
6. GSM-мониторинг – удалённое информирование об инцидентах в доме (квартире, офисе, объекте) и управление системами дома через телефон. В некоторых системах при этом можно получать голосовые инструкции по планируемым управляющим воздействиям, а также голосовые отчёты по результатам выполнения действий;
7. IP-мониторинг объекта;
8. Имитация присутствия.[8]
1.5. Японский «Умный дом»
На выставке в Токио представили прототип «умного дома», воплотившего в себе все последние разработки в сфере социальной инфраструктуры (см. Рисунок 7). Проект, по сути, является жилым домом с рядом встроенных автоматизированных систем, которые позволяют не только упростить быт, но и существенно экономить ресурсы.
Токийский «умный дом» продемонстрировал лучшие решения современных производителей сразу по трём направлениям: «Здравоохранение», «Комфорт» и «Энергетика». Особый интерес вызвали системы оптимизации. Они способны отслеживать перемещения жильцов, учитывать их привычки в быту, сводя к минимуму таким образом расходы на отопление и на электроэнергию. Кроме этого, в «умном» доме установлены сенсоры, назначение которых кондиционировать помещение и автоматически выключать свет, реагируя на присутствие человека.
Особое внимание разработчики «умного» дома уделили автономному энергоснабжению, представив бесперебойное питание для дома. Стоит отметить, что подобные системы уже появились и на российском рынке. Отечественные разработки обеспечивают автономное бесперебойное питание объектов на срок до двух суток, используя внешний генератор с автозапуском. Такие инверторные системы обеспечиваю не только бесперебойную работу, но и 100% автономность.
Забота о здоровье обитателей дома – одна из сильных сторон «умного» дома. Жильцам предлагают носить специальные браслеты, отслеживающие условия сна и показатели жизнедеятельности. Полученные данные анализируются системами «умного дома», и у его обитателей есть возможность подкорректировать микроклимат. Разработчики «умного дома» предусмотрели в том концепте систему автоматизации и уборки помещений. Наводить порядок в доме будет робот-пылесос, управление которым осуществляется через управляемую домашнюю централизованную систему энергоменджмента. В «умном доме» используются и подключенные к Интернету «умные» бытовые приборы. [3]
Рисунок 7. Японский «Умный дом» 1.5.1. Развитие «умных» домов в Японии
В Японии правительство решило серьезно подойти к разработке «умных» домов. Дома здесь будут проектироваться иначе и немного отличаться от своих западных аналогов.
Дело в том, что правительство рассчитывает на создание сооружений, которые будут устойчивы к сейсмической активности. В западной части страны землетрясения являются настоящей проблемой. Поэтому разработка дома, который будет устойчив к колебаниям почвы – это приоритет. Причем важно учесть, чтобы устояла к колебаниям даже местная канализация.
Одной из первых за новый проект взялась компания Panasonic. Некоторые образцы домов уже существуют, однако, пока что они не прошли должной проверки. Считается, что организация вложила в строительство весь свой опыт и применила ряд инноваций. Panasonic стала, конечно, не единственной компанией, которой интересен такой социальный и высокотехнологичный проект.
Ожидается, что в ближайшие годы к программе подключится несколько ведущих компаний в сфере высоких технологий.
Дома от Panasonic пока что не проверены на устойчивость к землетрясениям, зато компании удалось решить одну глобальную проблему. Во всех строениях была установлена особая инновационная система электросбережения, которая позволяет экономить на электроэнергии.
Даже наружное освещение подлежит управлению и контролю. Что касается сейсмоустойчивости, то она гарантируется домам материалами, использованными при строительстве. Panasonic применила специальные техноструктуры, которые могут выдерживать высокие колебания грунта.
На сегодняшний день известен также «умный» дом от Honda Motor. Это не само строение, а именно система управления домом. Как и Panasonic, специалисты Honda Motor решили преимущественно проблему с расходом электроэнергии (см. Рисунок 8,9).
В здании установлены специальные энергосберегающие панели, которые собирают солнечный свет. Также в доме есть местная установка для производства электроэнергии. [4]
Ри
Рисунок 8. Система управления «Умным» домом в Японии
Рисунок 9. Система управления «Умным» домом в Японии
1.6. Перспективы «Умных» домов в России
Сначала об «умных домах» — smart - системах для домовладельцев. Наблюдаемые в этом сегменте высокие темпы роста являются простым следствием единичности совершающихся сделок и лишь подтверждают зачаточность рынка. Происходящее очень напоминает «бурю в стакане воды», причем почти в буквальном смысле — поскольку данный рынок обречен быть узко-локализованным. Долгое время он не будет выходить за границы пространств элитного жилья Москвы и Подмосковья. В последующем, конечно, неизбежна экспансия этого рынка в регионы, но, опять же, исключительно за счет элитного потребления. В региональных центрах будут образовываться анклавы «умных» домов — предмет потребления региональных элит.
Массовым рынок «умных домов» в России вряд ли станет. Это связано с консервативностью культуры потребления, с низкой покупательной способностью широких масс населения и, может быть, самое главное – с отсутствием объективной потребности в «умном доме» как системе, предназначенной для городской квартиры.[5]
Консервативность (безразличие) культуры потребления среди слоев населения с высокими доходами будет довольно скоро преодолена, и в этих слоях «умный дом» вероятно, очень скоро станет такой же обязательной визитной карточкой, как дорогой автомобиль или гардероб, т.е. превратится в элемент стиля (см. Рисунок 10,11).
Для элит цена «умного дома» не будет иметь значения, но зато для средних слоев населения она станет непреодолимым фактором, сдерживающим потребление этого класса систем. И даже не потому, что у этой категории населения нет соответствующих средств. Причина в другом – в том, что «умный дом», если рассматривать его с чисто функциональной точки зрения, занимает не совсем понятное место в системе потребностей владельца типичной городской квартиры.
Действительно, значительная часть квартир уже оборудована привычными системами, выполняющими фактически те же функции, что и «умный дом», хотя и с меньшим интеллектуальным изыском. Те же сигнализация или кондиционирование помещений, взятые по отдельности, стоят намного дешевле, чем призванный их интегрировать «умный дом». При этом синергетический эффект, получаемый в результате интеграции всех этих систем в единое интеллектуальное целое, для владельца городской квартиры не так уж значим по сравнению с ценой, которую нужно за это заплатить. Лучше купить второй автомобиль – а будет ли выключаться свет сам, когда вы случайно уснете или нет – не так уж важно. Более важный класс потребностей – в безопасности, комфорте и досуге – опять же выполняют уже привычные, хотя и менее «умные» – сигнализации, кондиционеры и телевизоры с системой Dolby и плоским экраном. Так зачем платить больше за решение, дающее явно избыточный для обычной городской квартиры эффект?
Итак, основной вывод – «умные дома», несмотря на кажущиеся многообещающими сегодняшние высокие темпы роста, останутся замкнутыми в сфере элитного, штучного потребления, сильно локализованного и пространственно, и социально.[2]
Рисунок 10. «Умный» дом в России
Рисунок 11. «Умный» дом в России