Domácí automatizace – hračka, spotřební elektronika, nebo seriózní disciplína?

 

Jak to ale vypadá v praxi? Stačí dnes do rodinného domu nebo bytu nakoupit a vlastními silami poskládat vedle sebe několik technických zařízení ve špičkovém provedení, pro každé si nainstalovat samostatnou aplikaci do mobilního telefonu a pak vše zvládnout „pouhým“ dálkovým ovládáním? Projděme si genezi jednoho případu, který není až tak hypotetický. Soustřeďme se pro zjednodušení na energetiku domu, na volbu zdrojů, spotřebičů, na toky energií a jejich akumulaci (obr. 1).

 
Vše s cílem uspořit provozní náklady a pro někoho i s cílem zajistit si pocit ekologického chování a příspěvku k záchraně planety.

V našich zeměpisných šířkách vlastníka domu primárně zajímají zdroje tepla pro vytápění v zimních měsících. Na ně připadá největší podíl z celoročních nákladů. Jako první krok tedy co nejvíce zateplí dům. Jako druhý dokonale utěsní okna. Jako zdroj tepla nainstaluje tepelné čerpadlo. Po chvíli pobytu v takovém prostředí zjistí, že v bytě vzrůstá vlhkost a roste nebezpečí vzniku plísní. Vzduch je vydýchaný a zvyšuje se koncentrace CO₂. Takže potřebuje větrat. Když otevře okno, energie a peníze, za které ohřál vzduch uvnitř, „vyletí“ oknem ven. Zavede řízené větrání s rekuperací. Rekuperace ale vzduch zejména v zimě vysušuje. Zavede tedy vlhčení vzduchu. Možná doplní i ionizátor vzduchu. Aby úbytek tepla nebyl tak velký, zavede zónovou regulaci topení a nastaví v každé místnosti jinou požadovanou maximální teplotu. Už nyní má poměrně dost zařízení, která je nutné koordinovat a řídit.

 

Přijde léto a vlastník domu zjistí, že díky teplu od osob, od chladničky, od vaření, od televize nebo od počítače roste uvnitř teplota, kterou zateplený dům nepustí ven, přičemž pouhým větráním při venkovních teplotách +30 °C se teplota uvnitř nesníží. Zavede tedy chlazení a klimatizaci. Rekuperační jednotka šetří i v létě, kdy odběrem tepla vzduch uvnitř domu ochlazuje (obr. 2). Potom zjistí, že klimatizační jednotka obzvláště ve slunné dny pracuje téměř neustále. To proto, že přes prosklené plochy dovnitř dopadají sluneční paprsky a zahřívají interiér. Nainstaluje venkovní žaluzie a ve slunečných dnech je zatáhne. Interiér se tak zbytečně neohřívá a klimatizace nemusí pracovat tak dlouho. Zatažené žaluzie ovšem do místnosti nepustí denní světlo, takže zapne umělé osvětlení – řízené chytrou elektroinstalací. Tedy stmívané a spínané ve skupinách podle scén a scénářů nebo řízené na konstantní hodnotu osvětlení na pracovním stole.

V moderním domě je běžné měření energií, resp. přenos hodnot z elektroměrů, vodoměrů a plynoměrů do centra, a jejich zobrazení tak, aby byly neustále na očích. Pohled na vývoj hodnot spotřeby s nainstalovanými zařízeními však nikoho neuklidní. Pohony ventilátorů a čerpadel, osvětlení, byť úsporné, vlhčení, chlazení, klimatizace atd. si svůj díl elektřiny vezmou. Ve snaze dosáhnout peněžních úspor vlastník domu hledá, jak snížit platby za elektřinu. Zkusí tedy řídit spotřebiče a spotřebu tak, aby se přesunula do oblasti nízkého tarifu. Paralelně zkusí změnit dodavatele elektřiny. Po kolečku přechodů k levnějším obchodníkům se vrátí k původnímu, protože i ten začne nabízet podobné výhody jako jiní. A jde dál. Začne uvažovat o vlastní elektrárně a o soběstačnosti, alespoň částečné.

 

Nakoupí fotovoltaické panely (obr. 3). Podle nové legislativy může vlastník domu nainstalovat špičkový výkon až 10 kW, tj. přibližně čtyřicet panelů, aniž by se musel stát podnikatelem, ale nesmí do sítě pustit žádné přetoky. Vše si musí spotřebovat doma za vlastním elektroměrem. Použije tedy řízení okamžité spotřeby podle okamžité výroby vlastní energie, která se stala plně závislou na počasí. Která zařízení v domě takové řízení vůbec umožní? Pračka, lednička, žehlička, vařič nebo televize to jistě nebudou. Nelze je zapínat a vypínat podle toho, jak zrovna plynou mraky nad domem, ale tehdy, když jsou třeba. Brzy zjistí, že když slunce svítí, jsou všichni mimo dům a spotřeba je minimální. Reálná spotřeba domu nastává ráno a večer, tedy v době, kdy slunce ještě nebo již nesvítí naplno. Zkusí přebytky z fotovoltaické soustavy přeměnit zpět na teplo a začne ho akumulovat v bojleru. Velmi dobře lze v létě trvale puštěnou klimatizací akumulovat chladný vzduch, má-li dům vůbec konstrukci, která nějakou akumulaci dovolí. I tak ale má přebytky, které přes den nemá kde uplatnit. Buď nastaví měnič tak, aby nedodával tolik elektřiny, nebo si pořídí bateriové úložiště (obr. 4). A začne přemýšlet, jak ho vlastně využít. Ke snížení špiček v odběru ze sítě a použití jističe pro menší jmenovitý proud? K zajištění elektřiny i v době výpadku sítě? Pak potřebuje vybavení schopné udržet ostrovní provoz. Začne sledovat předpověď počasí. Podle toho může přes noc vybít nebo si ponechat více energie na následující den pod mrakem, kdy by mohl nastat výpadek sítě.

 

Další zařízení, která směřují do domů a do správy hospodaření s energiemi (managementu energií) v nich, jsou elektromobily. Mohou za určitých okolností sloužit podobně jako stacionární baterie, lze je nabíjet přes noc doma ze sítě nebo přes den i z fotovoltaické soustavy. Jejich primárním účelem je být na cestách, a tak se často nabíjejí mimo vlastní dům. Někdy mohou přivézt domů i přebytek energie, která může být využita třeba i jako záloha při výpadku sítě. Řízení nabíjení a využití elektromobilů je dalším tématem pro využití předpovědi, tentokrát nejen počasí, ale i plánovaných cest na nejrůznější vzdálenosti.

Naznačený scénář je jeden z mnoha možných. I při volbě stejných typů zdroje energií a spotřebičů se budou dvě domovní instalace lišit přinejmenším velikostí, a tedy jinou mírou potřeb zdrojů, jinými prioritami uživatelů, jinou strategií řízení, a tudíž i jinou mírou dosažitelných úspor. Do komplexu domácí automatizace vstupují i další systémy, které s domácí

automatizací bezprostředně souvisejí:

 

Každý z nainstalovaných systémů dnes jistě má svoji vlastní aplikaci ke stažení do mobilního telefonu, aby jej bylo možné dálkově ovládat. Zvládne však člověk vše každý den ze svého telefonu ovládat, řídit, natož optimalizovat? Má každý člověk, tedy i většina laiků v populaci, optimální intuici a dost času během dne, aby vše prostřednictvím svého mobilu nastavil podle měnícího se počasí, podle aktuálních tarifů nebo podle topného faktoru tepelného čerpadla, měnícího se v závislosti na venkovní teplotě?

 

V domě vše souvisí se vším a nalézt optimum nemusí být vždy jednoduché. Snese domácí automatizace nějaké srovnání s průmyslovou? Je to jednodušší disciplína? Je v moderních domech stále ještě méně instalovaných řídicích systémů než v průmyslu nebo ve velkých budovách? Nebo jejich míra už dosáhla takové úrovně složitosti, že praktik i teoretik s průmyslovou praxí mají co dělat, aby našli v takové vícerozměrné soustavě optimum pro všechny obyvatele domu?

 

Uvedená úvaha vychází z poznatků a ze zpětných vazeb od zákazníků, kteří v domech používají volně programovatelný systém Tecomat Foxtrot. Ten je známý čtenářům časopisu Automa jako průmyslové PLC. Firma Teco jej doplnila a průběžně doplňuje o softwarové funkce a hardwarové moduly, které jsou využitelné jak v průmyslové, tak i v domácí automatizaci. Dává tak praktikům v průmyslu do ruky nástroj, s nímž se mohou pustit i do projektů domácí automatizace bez překonání bariéry přechodu na jiný systém. Foxtrot je přímo napojitelný na internet, má svůj vlastní webový server, komunikační službu TecoRoute a schopnost přímo zapisovat do cloudových databází, jakou je třeba Microsoft Azure, i číst z nich. Stává se tak užitečným nástrojem i pro firmy a odborníky z oboru informatiky, kteří vedeni kampaní IoT (Internet of Things – internet věcí) se začínají poohlížet po zdrojích dat, resp. obousměrných zařízeních komunikujících v reálném čase, nad jejichž daty by uplatnili své zkušenosti z „business inteligence“ provozované nad databázemi v cloudu.

Uvažujete-li o rozšíření svých aktivit z průmyslové automatizace i do oblasti automatizace domácí, vězte, že i zde naleznete mnoho složitých technických výzev k řešení. I výzev, které jsou nové a zatím neřešené. Vězte, že je na trhu systém Tecomat Foxtrot vycházející z norem a zvyklostí průmyslové automatizace, který zároveň nabízí plnou podporu pro specifické systémy a instalace v domech. Systém, který je nejflexibilnější na trhu, protože si neklade omezení z předurčenosti pouze pro domácí nebo pouze pro průmyslovou automatizaci. Uvažujete-li o přesahu do domácí automatizace, připravte se však na jiný typ zákazníků. Budou to na rozdíl od průmyslových zákazníků, kteří jsou schopni předem zformulovat zadání, většinou laici, s nimiž musíte mít trpělivost při specifikaci požadavků, dále při průběžných změnách zadání i při dlouhodobém poprodejním vztahu. Při úpravách či rozšiřování instalace v domácnosti podle toho, jak se v čase mění život obyvatel domu. Vězte, že se můžete stát i něčím podobným, jako byl dříve rodinný lékař, který znal všechny členy rodiny, všechny jejich neduhy a byl schopen se podívat na zdraví celé rodiny jako na celek. I správa a údržba moderního chytrého domu vyžadují podobný celostní pohled. Odborníci firmy Teco to vědí a svými produkty vás v tom trvale podporují. Fotovoltaika na střeše rodinného domu si vynucuje další specifické řídicí algoritmy. Zvládne je každý laik? Nebo je to úloha pro profesionály?

Ing. Jaromír Klaban, Teco a. s. 

Obr. 2. Vnitřní prostředí je třeba udržovat zdravé – jedno ze zařízení pro řízenou výměnu vzduchu s rekuperací se v nízkoenergetických domech stalo nutností

Obr. 3. Fotovoltaické panely na střeše rodinného domu si vynucují další specifické řídicí algoritmy – zvládne je každý laik, nebo je to úloha pro profesionály?

Obr. 4. Na veletrhu Amper bylo ve stánku Teco předvedeno kompletní bateriové uložiště Homegrid s hybridním měničem Studer firmy Solární panely.cz, řízené PLC Foxtrot nabitým pokročilou řídicí technikou