Podle aktuálních statistik se budovy na celém světě na spotřebě energií podílejí více než 40 %. Z tohoto množství se pak přes 50 % vyplýtvá, protože budovy jsou řízeny neefektivně. Snížit jejich energetickou náročnost, resp. zvýšit energetikou účinnost je tedy jedním z velkých úkolů dnešní doby. Lidé navíc tráví uvnitř budov velkou část života, a proto je velmi důležité vytvářet pro ně v budovách komfortní prostředí. K tomu, aby bylo možné dosáhnout vysoké míry energetické efektivity a současně i uživatelského komfortu, je nezbytně nutné celou budovu integrálně řídit.
Tento tlak na majitele či provozovatele budov je ještě umocněn tím, že ve stále více digitalizovaném světě rostou očekávání, že budovy se budou tomuto vývoji průběžné přizpůsobovat. Je proto zřejmé, že na neustále se měnící požadavky může reagovat adekvátně pouze vysoce flexibilní a škálovatelný systém automatizace budov, označovaný též BMS (Building Management System). Cesta k němu však nebyla úplně přímočará a trvala několik desetiletí, možná spíše staletí.
Hledání standardu
První skutečné řídicí systémy budov fungovaly na pneumatické bázi a řídila se jimi vzduchotechnika, tedy to, co je dnes součástí systémů označovaných HVAC (heating, ventilation and air conditioning). V západním světě, zejména pak v metropolitních oblastech, se začaly výrazněji šířit v 60. letech minulého století.
Osmdesátá léta se nesla ve znamení nástupu analogových elektronických řídicích zařízení. Ta oproti svým pneumatickým předchůdcům poskytovala rychlejší odezvu a vyšší přesnost. O skutečné automatizaci řízení však můžeme hovořit až v 90. letech, kdy se na scéně objevily první digitální systémy označované jako Direct Digital Control (DDC). V polovině 90. let také začalo docházet k připojování řídicích systémů k rychle expandujícímu internetu. Protože však pro digitální komunikaci tohoto typu tehdy ještě neexistovaly žádné standardy, vytvořili si výrobci své vlastní komunikační metody. Automatizační systémy tak postrádaly interoperabilitu a nedokázaly propojovat produkty od různých výrobců. To pak často znamenalo, že budova byla de facto daným technologickým dodavatelem „uzamčena“.
Na konci 90. let, a zejména pak v prvním desetiletí nového milénia, proto sílily snahy o standardizaci otevřených komunikačních systémů. Americký Svaz inženýrů pro vytápění, chlazení a klimatizaci (ASHRAE) tehdy vyvinul komunikační protokol BACnet, který se celosvětově prosadil a stal průmyslovým otevřeným standardem. Na vývoji tohoto protokolu se ale začalo pracovat již od roku 1987, kdy se v americkém Nashvillu konalo první zasedání výboru ASHRAE sestaveného speciálně pro přípravu BACnet. V americkém standardizačním systému ANSI/ASHRAE je standardem od roku 1995 (Standard 135), v ISO od roku 2003 (ISO 16484-5).
Pro vyšší bezpečnost
V současné době se pracuje na vývoji nového standardu BACnet Secure Connect (BACnet/SC), který by měl stávající BACnet/IP nahradit. Půjde o zabezpečenou, šifrovanou spojovou vrstvu, která je navržena tak, aby splňovala nároky na moderní komunikační platformu propojující automatizační a řídicí úroveň managementu budovy a současně vyhovovala i veškerým požadavkům na kybernetickou bezpečnost. Vývoj tohoto nového standardu si vynutila rostoucí potřeba používat standardizovaných a často již existujících síťových IP infrastruktur pro komunikaci přes BACnet. Nový protokol s možností šifrované komunikace by tedy měl být klíčovým bezpečnostním prvkem v síťových technologiích budov, resp. v rodícím se internetu věcí budov (Building Internet of Things – BIoT).
Vedle BACnet však v současné době existují i další velmi používané protokoly, například Modbus, LONTalk, M-Bus nebo EIB/KNX. Poslední z uvedených protokolů stojí na základech Evropské instalační sběrnice (European Installation Bus – EIB), která, jak název napovídá, již byla brána jako celoevropský standard. Vznikla z elektroinstalační sběrnice Instabus, vyvinuté firmou Siemens, a jejím prostřednictvím již mohla být bez problémů propojována zařízení různých výrobců. Následné vytvoření standardu KNX znamenalo, že se původně ryze evropská sběrnice EIB stala mezinárodně uznávanou technologií.
Řídit vše z jedné platformy
Vedle informačních technologií se však v poslední době výrazně proměnilo i stavebnictví. Po řadě let zateplování tak jsme dnes v situaci, že u domů s kvalitní a neprostupnou obálkou se poměrně výrazně mění koncept celé regulace. Přehřívání domů se stává větší výzvou než jeho vytápění, přičemž velmi výraznou roli v udržování příjemného vnitřního klimatu hrají kromě samotné technologie chlazení také venkovní žaluzie a další zastiňovací prvky. Naprostou nezbytností je pak instalace vzduchotechnických jednotek se zpětným získáváním tepla (rekuperací), které zajišťují energeticky efektivní provětrávání. Budovy také bývají stále častěji vybaveny fotovoltaickými elektrárnami.
Všechny tyto systémy, které samy o sobě bývají ve větších budovách velmi složité, je třeba patřičně sladit. A není to ladění nikterak jednoduché, vždyť ve hře může být i několik desítek tisíc proměnných. To je třeba případ nové budovy banky ČSOB v pražských Radlicích, jejímž „mozkem“ je řídicí systém Siemens Desigo CC. Ten ovládá kromě jiného například systémy tepelných čerpadel, všech oken, otvírek a vzduchotechniky či rekuperace tepla – dohromady pracuje se zhruba 90 000 proměnnými.
Využívání jedné řídicí platformy ke správě všech technologií v budově tak přináší její výrazné zjednodušení – jak v oblasti jednotlivých pracovních postupů, tak analýzy dat či optimalizace provozu celého objektu. Není nutné příliš zdůrazňovat, že díky jednotnému a unifikovanému přístupu ke všem technologiím je možné dosáhnout značných časových a finančních úspor.
Systémy řízení a automatizace budov zpravidla integrují tyto segmenty:
– Vytápění, větrání, chlazení – Primární regulace zdrojů tepla, zdrojů chladu a vzduchotechnických jednotek, pokojová (IRC) regulace.
– Osvětlení, stínění – Regulace osvětlení a stínění v jednotlivých místnostech (IRC).
– Energetický management – Management výroby, ukládání, distribuce a spotřeby energie. Díky získaným datům, sledování trendů a pokročilým reportům lze optimalizovat procesy vyvažování spotřeby energie při zachování komfortu.
– Bezpečnostní systémy – Součinnost dílčích bezpečnostních systémů, jako je detekce vniknutí, kontrola vstupu nebo videodohled.
– Požární bezpečnost – Kombinace detekce požáru, vyhlašování poplachu, organizace evakuace, hašení a grafických nadstavbových systémů.
Klimatizace pro kuřata
Ponořme se však ještě jednou do historie, tentokrát ještě hlouběji, protože prvopočátky automatizace správy budov mají něco společného i s českými zeměmi. Za první historicky doložený pokus o mechanizaci řízení budovy se totiž považuje vynález primitivního rtuťového termostatu Cornelia Drebbela. Ten se ovšem zabýval také alchymií a v letech 1610–1612 pobýval na pozvání císaře Rudolfa II., známého podporovatele alchymistů, v Praze. Tento jinak v Londýně žijící Nizozemec vynalezl kolem roku 1600 regulační zařízení se zpětnou vazbou, které dokázalo udržovat konstantní teplotu v kuřecí líhni. Kromě toho Drebbel vyvinul také první klimatizační systém.
Dalším milníkem byl rok 1883, kdy Warren Seymour Johnson, učitel z amerického Milwaukee, vynalezl termostat, který již nesl určité rysy toho, co dnes označujeme za systém řízení budovy. Johnson byl frustrován z toho, že ve třídách nešlo regulovat výkyvy teploty. Vynalezl proto automatický vícezónový pneumatický řídicí systém, kterým problém vyřešil.
Systém obsahoval bimetalový termostat ke kontrole průchodu vzduchu tryskou, a tím řídil pilotní regulátor. Zesílený vzduchový signál z regulátoru následně ovládal parní nebo horkovodní ventil na tepelném výměníku nebo řídil klapku klimatizačního systému. Johnson si tento systém nechal v roce 1895 patentovat.
Jeho řešení se postupně rozšířilo a vedle škol našlo uplatnění i v kancelářských budovách, nemocnicích nebo hotelech. Zakázek začalo rychle přibývat a Johnson, aby je dokázal uspokojit, založil společnost Johnson Electric Service Company, z níž se posléze stal koncern Johnson Controls.
