Архив рубрики: ПРИМЕНЯЕМЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Применяемые технологии

Твердотельное будущее

У существующих источниках света, потенциальные возможности  уже исчерпаны или приблизятся к технически достижимым пределам . Но здесь  речь пойдет о таких световых источниках, которые, по прогнозам специалистов, уже к 2020 году по светоотдаче приблизятся к магической цифре в 200 лм/Вт, то есть станут самыми эффективными рукотворными «солнцами». Как вы уже догадались, в этой главе речь пойдет о светодиодах, их устройстве и возможностях.

1. Сверх яркий луч светодиода

По своей распространенности светодиоды, пожалуй, могут легко соперничать с лампами накаливания: встретить их можно практически везде. Только подавляющее большинство этих замечательных полупроводников используется не для освещения, а для… сигнализации! Взгляните на лицевую панель системного блока своего персонального компьютера, и вы увидите одну-две цветные точечки, ровно горящие или «подмигивающие». Разглядывать что-либо в свете этого «огонечка» бессмысленно, но его свет вы увидите при внешней засветке любой интенсивности, а значит, догадаетесь, что компьютер функционирует исправно… Оглянитесь вокруг себя — и вы, не вставая с места, обязательно найдете еще два-три примера использования светодиода в качестве сигнальной лампочки. Симпатично выглядят бытовые выключатели со встроенным светодиодом, который позволит обнаружить этот самый выключатель даже в полной темноте.

Современные сигнальные светодиоды LED (light emitting diode) выпускаются в огромных количествах, имеют разный цвет свечения (что очень удобно для сигнализационных устройств), разные размеры, разную конструкцию корпуса. Их применяют при создании буквенно-цифровых и даже графических табло. Можно приобрести двухцветные модели, которые плавно меняют свой цвет в зависимости от соотношения входных сигналов. Можно — мигающие при подаче напряжения. Можно — со стандартным цоколем, для замены ламп накаливания в сигнальной арматуре. Но какой из стандартного светодиода источник света в том смысле, в котором мы понимаем источник света? Да никакой! Максимум, на что его хватит, — это подсветить жидкокристаллический индикатор мобильного телефона… Не правда ли, трудно представить, что вы нормально живете в свете полупроводниковых ламп: выполняете обычную работу, читаете книгу, обедаете, занимаетесь домашними делами. Что в вашем автомобиле установлены полупроводниковые фары. Что дорогу вам освещают светодиодные фонари. Фантастика? Нет, всего лишь реальность ближайшего будущего.

Но прежде чем начать разговор о светодиодах или, как их сейчас называют, твердотельных источниках света, немного окунемся в историю вопроса и вспомним, что еще сто лет назад, в 1907 году английский инженер X. Раунд, занимаясь вопросами радиосвязи, случайно заметил свечение в месте контакта электрода с полупроводником. В 1922 году свечение карборунда пытался исследовать советский ученый О. Лосев, а затем исследования были продолжены после II Мировой войны изобретателем транзистора У. Шокли. Значительно продвинуться по пути увеличения световой отдачи полупроводников позволили труды нашего академика Ж. Алферова. Еще одно известнейшее имя — сотрудник фирмы Nichia Chemical, японец, доктор Ш. Накамура, которому впервые удалось получить свечение полупроводника голубым цветом. Ему же принадлежит «пальма первенства» в разработке высокоэффективных светодиодов увеличенной яркости, которые возможно использовать уже как источники света, а не как сигнализаторы.

Свойство испускания световых волн /п-н-переходами — это фундаментальное свойство всех полупроводников. Но такой способностью они наделены в разной степени. Например, используемые для изготовления транзисторов и обычных диодов кремниевые р-я-переходы совершенно не годятся для светодиодов: они испускают крайне мало световых волн. Значительно лучше излучают полупроводники на основе соединений галлия (фосфид галлия и арсенид галлия), поэтому как только подобные соединения были найдены, специалисты разработали коммерческие светодиоды красного, желто-зеленого и зеленого свечения. Световая отдача этих приборов составляла всего 1,5 лм/Вт, но не будем забывать, что тогда, в 60-х годах прошлого века, все только начиналось. Заслуга нашего ученого Ж. Алферова состоит в увеличении эффективности излучения полупроводников до 10 лм/Вт. Открытие технологий получения нитрида галлия привело к появлению светодиодов синего свечения. Настала пора задуматься о свето-диодах, излучающих белый свет. Белые светодиоды впервые появились на мировом рынке в 1998 году.

Возможности современных светодиодов впечатляют: световая отдача коммерческих образцов, излучающих в красно-желтой части спектра, составляет 65 лм/Вт, в зеленой области достигнута светоотдача до 85 лм/Вт. На подходе — образцы с эффективностью 150 лм/Вт, и это далеко не предел!

А сейчас давайте и мы, вслед за Ш. Накамурой, задумаемся, каким образом получить с помощью «многоцветья» светодиодных источников белый свет? Найдено четыре способа получения белого света, причем все они жизнеспособны и активно используются в промышленном производстве.

Умный дом светодиод RGB

Способ номер один допускает смешивание разных цветов (рис. 1), а именно — красного, зеленого и синего. На одном кристалле очень близко компонуются в мозаичном порядке свето-излучающие кристаллики, их свет фокусируется при помощи линзы так, чтобы суммарный спектр был близким к естественно-солнечному. Осуществляя отдельное управление всеми тремя каналами, можно получить любой цвет (или оттенок цвета) свечения светодиода. Недостаток способа: очень сложная технология изготовления и необходимость цветовой балансировки (поскольку светодиоды разных цветов имеют разную эффективность излучения).

Способ номер два чем-то напоминает люминесцентную лампу: на корпус светодиода, излучающего волны в УФ-диапазоне, наносится специальный трехцветный люминофор, который под действием излучения начинает светиться белым светом (рис. 2).

RGB умный дом

Конечно, этот способ проверен и не вызывает никаких сложностей, но все же наибольшее распространение получили способы номер три и номер четыре, которые являются логическим продолжением способа номер два.

При реализации способа номер три задействуется светодиод голубого цвета, но в него включается конструктивный рефлектор, на который наносится люминофор желтого цвета свечения. При смешении цветов образуется белый свет (рис. 3).

световые решения

Наконец, четвертый способ имеет мало отличий от третьего: тот же самый голубой светодиод, тот же самый рефлектор, но наносят на него уже два люминофора — с зеленым и красным цветом свечения (рис. 4).

свет умный дом

Предупреждаем читателя: подавляющее большинство светодиодов белого свечения изготовлено на основе именно люминофорной технологии. Именно по этой причине свет таких светодиодов имеет небольшой (мало заметный) сине-фиолетовый оттенок. В целом же светоотдача очень среднего белого светодиода сегодня находится на уровне светоотдачи хорошей люминесцентной лампы, продолжая свой рост. А высокая стоимость производства окупается фантастическим сроком службы (более 100 000 часов непрерывной безотказной работы), высочайшей механический и климатической надежностью, работой при очень низких температурах, отсутствием вредных материалов типа ртути, возможности элементарной регулировки яркости, противопожарной безопасности (отсутствие излучений в ИК-области), малых затрат на обслуживание. Есть, правда, обстоятельство, которое внесет некоторый диссонанс в эту «победную песню» о фантастических ресурсах светодиодов. Дело в том, что светоизлучающие диоды имеют свойство стареть в процессе работы, что выражается в потере излучающей способности. Известные фирмы-производители гарантируют сохранение на 80 процентов начальной излучающей способности к половине срока службы. На Интернет-форумах иногда встречаются безапелляционные заявления о реальном сроке службы в пределах 2…3 тысяч часов, приводятся примеры, связанные с подсветкой мобильных телефонов. Это может оказаться правдой только в двух случаях: когда используется «подпольная» продукция, которая действительно может потерять до 40 % за те самые 3000 часов, или когда светодиоды эксплуатируют в значительно завышенных по сравнению с номинальными режимах.

А как ныне обстоит дело со стоимостью светодиодного света? Пока это — самый дорогой источник, если учитывать только световую производительность Тем не менее, учитывая срок службы светодиодной лампы, экономия — «налицо». По прогнозам специалистов, динамика снижения стоимости светодиодных ламп окажется не такой «шустрой», как повышение их светоотдачи: ожидается падение стоимости всего на 20 % при удвоении показателя эффективности использования. Продвижение светодиодных источников на рынки будет происходить по следующему сценарию — вначале их будут использовать как второстепенную (декоративную) подсветку, потом начнется процесс вытеснения ламп накаливания и галогенных ламп. Вопрос о вытеснении газоразрядных и HID-ламп пока остается за рамками уверенных прогнозов, этот вопрос будет решаться в ближайшее десятилетие. Уже сейчас автомобилестроители ведут активные разработки твердотельных фар дальнего и ближнего света на основе светодиодов белого свечения. Достижения разработок впечатляют: уже получен световой поток порядка 1000 лм, что коррелируется со стандартной «ксеноном». С указателями поворотов за рубежом все гораздо проще — технологии отработаны и давно внедрены.

Умный дом. Применение маркетинговых исследований.

Специфика российской рыночной экономики способствует тому, что продвижение услуг умного дома в нашей стране существенно отличается от продвижения подобных услуг на европейских рынках. В связи с этим необходимо проведение маркетинговых исследований для выявления наиболее оптимальных путей продвижения услуг умного дома на российском рынке.

Для вывода на рынок сложных комплексных систем управления жилищем, необходимо определится с целевой аудиторией потенциальных потребителей и выделить те потребительские сегменты, предложение услуг для которых будет приносить большую долю прибыли, а затраты на продвижение проекта будут оптимальными. Для решения данных задач необходимо провести маркетинговое исследование. В данном случае при проведении маркетингового исследования нужно использовать опросы потребителей.

Для проведения опроса важно:

  • Выбрать технологию опроса;
  • Определить объем и параметры выборочной совокупности;
  • Разработать инструментарий для опроса.

На первом этапе подготовки проведения опроса необходимо определится с общими параметрами потенциальной аудитории, которую теоретически может заинтересовать «умный дом». Учитывая стоимость предлагаемых услуг, целевую аудиторию можно сразу ограничить доходными признаками – потребители с доходом не ниже среднего уровня. Также следует ограничить возрастные рамки потенциальных потребителей – ограничить нижний порог возраста 25 годами (для более молодых людей, как правило, забота о доме не является приоритетной) и верхний порог возраста – 55 годами (люди более старшего возраста в большинстве своем не очень позитивно относятся к техническим нововведениям). Таким образом, потенциальными потребителями «умных» домов являются потребители в возрасте от 25 до 55 лет с уровнем среднемесячного среднедушевого дохода не ниже 90 000 рублей в месяц. Люди с данными параметрами и должны попасть в выборку для опроса. Следующим этапом для начала проведения опроса потребителей является выбор технологии опроса. Для опроса аудитории с данными лучше всего применить телефонный опрос. При этом выборку телефонов для опроса формировать по адресному принципу (выбирая из базы дома новой постройки). Объем выборки зависит от сложности и количества решаемых опросом задач. По сложившейся практике маркетинговых агентств для охвата взрослой аудитории г.Москвы выборка при опросах потребителей составляет 1200 – 1500 человек. Учитывая, что наша генеральная совокупность уже ограничена доходными и возрастными критериями (от 25 до 55 лет с уровнем дохода свыше 90 000 рублей на человека в месяц), можно сузить объем выборки до 800 человек.

Для разработки инструментария проведения опроса (анкеты) необходимо выделить основные задачи, которые будут решены посредством опроса. К таким задачам могут относиться следующие:

  • Сегментирование целевой аудитории по социально-демографическим и доходным признакам;
  • Описание основных параметров потребительского поведения аудитории при выборе услуг «умного дома», например:
    • Ценовые предпочтения;
    • Требования, предъявляемые к поставщикам подобных услуг;
    • Требования, предъявляемые к обслуживающим организациям;
    • И т.п.
  • Выявление основных мотивов и причин потребления подобных услуг;
  • Определение основных источников информации о подобных услугах;
  • И т.п.

В результате обработки данных полученных по итогам опроса можно выделить различные потребительские сегменты с особенностями их потребительских предпочтений. Рассчитать емкость каждого из выделенных сегментов и определить степень сложности привлечения представителей каждого из выделенных сегментов. Что позволит выбрать оптимальную аудиторию для продвижения своих услуг.

Кирпищикова Ольга, ООО «МаркетМастерс»

Свет и умный дом

ЕСЛИ ЖИТЬ, ТО В «УМНОМ ДОМЕ»

Освещение является составной частью «умного дома», а совмещение его с некоторыми электронными автоматическими устройствами позволяет выйти на иной, более высокий уровень экономии электроэнергии.

Как поселиться в «умном доме»

Сейчас вы очень удивитесь: с тех пор, как в наших домах появилось централизованное электроснабжение и теплоснабжение, настала эпоха «умных домов». Конечно, в разные времена представления об «умном доме» менялись — когда-то пределом мечтания был выключатель на стене, а сейчас… впрочем, сейчас и в будущем — это тема данной главы. Согласно мнению одного из специалистов в области строительства, «умный дом» — это «сокращение потребления энергии, тепла и воды, а также самостоятельная работа всех систем, которые не нуждаются во вмешательстве человека».

Элементы «умного дома» сегодня можно встретить в любой квартире. Вспомните хотя бы переносной тепловентилятор-радиатор с автоматически регулятором, который нагреет комнату до определенной температуры и отключится. Когда температура понизится, прибор опять подогреет комнату и опять отключится. Не нужно следить за термометром или субъективно чувствовать, что стало «жарко», постоянно «дергать» выключатель радиатора — прибор сам «держит» установленный режим.

Еще один элемент «умного дома», который не так давно стали внедрять на лестничных клетках многоквартирных домов (правда, вандалы быстро приводят в негодность технические новинки), — это таймер лестничного освещения. Все знают, насколько неприятно входить в темный подъезд, но в то же время постоянно горящие лампы расходуют энергию нерационально. Поэтому «умный дом» предложил следующую идею: в дежурном режиме используются маломощные лампы, которые лишь указывают на расположение кнопки включения основного освещения. При нажатии кнопки вспыхивает основной свет и горит некоторый промежуток времени, достаточный для того, чтобы человек поднялся на этаж и открыл квартиру. В индивидуальных домах таймер может быть запрограммирован на включение света в определенное время, например, при выходе на работу, или при возвращении. Удобно использовать световые таймеры для побудки, при этом можно включить свет не только в спальне, но и на кухне, и в ванной комнате, чтобы спросонья не шарить в потемках и искать выключатели.

В развитие идеи «таймерного» освещения предложены датчики движения (инфракрасные детекторы), подключаемые к светильникам. При появлении в зоне чувствительности датчика движущегося объекта замыкается реле и подает на светильник питание. Стоимость этих датчиков сегодня составляет примерно $30, их можно приобрести в любом электротехническом магазине.

В концепцию «умного дома» вписывается также многотарифный счетчик электроэнергии, который предоставляет его владельцу возможность платить за пользование электроэнергией в ночные часы меньше, чем в дневные. Конечно, в ночные часы лучше всего заниматься сном, а не работами, связанными с расходом электроэнергии. Потреблять электроэнергию ночью должна автоматическая система, например, — стиральная машина, которая вечером загружается и настраивается на автоматический режим стирки. То же самое можно сделать и с посудомоечной машиной, с сушилкой и с другими бытовыми электрическими приборами. Ни для кого не секрет: современная бытовая техника оснащается электроникой не только для оповещения забывчивых, но и в целях экономии электроэнергии.

Аварийное отключение освещения

вещь довольно распространенная, особенно в нашей стране, особенно зимой. Если вам удалось дозвониться в аварийную службу, пробившись сквозь сигналы «занято», то, скорее всего, придется ждать несколько часов

приезда электриков, ремонт тоже займет какое-то время. Что же, сидеть в кромешной темноте или искать какие-то аварийные варианты? В России таким запасным вариантом выступает свеча, которую не так просто найти в потемках, которая пожароопасна и может залить расплавленным парафином предметы домашней обстановки. Поэтому концепция «умного дома» предусматривает наличие резервного автономного аварийного освещения. Как это может выглядеть? Например, светодиодные светильники, от которых проложены провода к аккумулятору. Подзарядка аккумулятора ведется постоянно, также отслеживается наличие напряжения в питающей сети. При пропадании сетевого напряжения «аварийка» включается автоматически.

Еще одно знакомое всем устройство — регулятор яркости. Обычно регуляторы яркости совмещаются с выключателями и позволяют установить для ламп состояния «включено» и «отключено», но и некоторые промежуточные. Из предыдущих глав вы знаете, что достаточно просто управлять яркостью только ламп накаливания, остальные источники света либо вообще не управляемы, либо требуют специальных устройств. Но для ламп накаливания регуляторы яркости применяются активно. Концепция «умного дома» предлагает совместить такой регулятор с ИК-датчиком и электронной схемой, которая позволяет регулировать яркость с дистанционного пульта, подобно тому, как осуществляется управление современным телевизором.

Сегодняшнее освещение — это не только задача о том, как сделать так, чтобы «было светло», но еще и «комфортно», «красиво», «неутомительно». В концепции «умного дома» недавно появился термин «сценарное освещение», очевидно, пришедший к нам из области шоу-бизнеса. Вспомните, насколько важна работа осветителей в зрелищных представлениях, насколько свет меняет обстановку и настроение сцены. Многие приемы сценарного освещения ныне заимствованы и используются в дизайне жилых и административных помещений.

Исследования, проведенные американскими специалистами еще в 60-х тт. XX века, показали: однажды удачно произведенная настройка источников света надолго запоминается человеку и воспроизводится им многократно для выполнения конкретной работы (или вида отдыха). В одном и том же помещении человек может читать, смотреть телевизор, заниматься ручной работой и т. д. Соответственно, неплохо было бы каким-то образом делать «слепок» световой атмосферы, а при необходимости воспроизводить ее одним нажатием кнопки. Так появилась идея создания централизованных контроллеров освещения. В дальнейшем к централизованной системе подключили кондиционеры, радиаторы отопления, аудиосистемы и другие устройства. Стало возможным имитировать атмосферу помещений «далеких стран»: переноситься с одного континента на другой. Автоматическая настройка освещения, температуры и влажности в помещении, сопровождаемая объемной фонограммой (звуки леса, ветер, шум древнего города), включает механизмы релаксации психики.

Кстати, сценарная аппаратура может выполнять не только эстетические задачи, но и служить неплохим пассивным средством защиты от домашних грабителей. Очень часто «домушники» наблюдают за квартирой (домом) и, не обнаружив в течение нескольких дней признаков жизни (включения и отключения света, голосов, каких-то звуков), достают свои отмычки. Житель «умного дома» может настроить свою систему так, что она будет имитировать его присутствие: зажигать и выключать по программе свет, периодически издавать характерные звуки. Многие иностранные фирмы производят устройство, называемое «электронный ротвейлер» (RoboDog), которое издает лай собаки.

Любой источник света, как мы уже говорили, стареет, то есть теряет свою способность к излучению на протяжении времени эксплуатации. С помощью современной электроники можно выровнять излучающие способности лампы на протяжении своего срока службы, если в начале эксплуатации лампу «недогружать», а с течением времени прибавлять нагрузку. Наиболее удачно реализовать такую возможность получится в централизованной системе управления освещением с диммерами. Центральный блок управления должен иметь блок памяти, в который заносится «паспорт» каждой установленной лампы (дата и время ее установки, протокол включений и отключений).

Достаточно интересным с точки зрения экономии электроэнергии представляется совместное использование устройства замера уровня освещенности (люксметра) и осветительного прибора. В светлое время суток обычно искусственное освещение не используется, но если погода на улице стоит пасмурная, приходится включать дополнительные лампы. Выполнить автоматически данную функцию сможет только фотодатчик, однако его применение имеет смысл в помещениях, где не так часто появляются люди, а значит, можно забыть включить искусственное освещение при его недостатке и выключить — при избытке (лестничные клетки, коридоры). По оценкам специалистов, применение фотодатчиков экономит 30…70 % электроэнергии, затрачиваемой на освещение данных помещений.

Строить «умный дом» можно постепенно, заменяя устаревшие системы на новые. Даже замена обычного выключателя на модернизированный, с функцией регулировки освещенности, может считаться шагом к настоящему «умному дому». Но когда можно будет сказать — «цель достигнута»? Увы — никогда. Строительство «умного дома» — это постоянное движение вперед, так что всегда помните: нет предела совершенству!ю

Семенов В.Ю.

Устройство и принцип работы теплового насоса.

Устройство и принцип работы теплового насоса.

Старший брат теплового насоса (холодильник) сегодня есть в каждой квартире. В испарителе холодильник снимает тепло с продуктов питания, охлаждая их, и выбрасывает это тепло в атмосферу через радиатор на задней стенке. Передача тепла производится рабочим телом – хладагентом (фреоном). Электроэнергия, потребляемая холодильником, тратится лишь на перемещение фреона по системе с помощью компрессора.

Аналогично, в испарителе теплового насоса (ТН) вместо продуктов охлаждается вода источника, а снятая тепловая энергия не выбрасывается прямо в атмосферу, а греет в конденсаторе воду из системы отопления и горячего водоснабжения.

Источником для работы теплового насоса может служить любая проточная вода с температурой от +5 до +40° С. Чаще всего в качестве источника используют артезианские скважины, промышленные сбросы, градирные установки, незамерзающие водоемы.

Схема ТН показана на Рис. 1. В ТН имеется три основных агрегата (испаритель, конденсатор, компрессор) и три основных контура (фреоновый, водяной источника, водяной отопления).

умный дом тепловой насос

Испаритель — кожухотрубный теплообменник, где в трубках циркулирует вода источника, а между трубок – жидкий фреон.

Допустим, по трубкам испарителя движется вода источника (например, из скважины) с температурой +10°С. Путем регулировки давления дросселем (Рис.1) настраивается такой поток фреона в испаритель, чтобы температура его кипения составляла +2 — +3°С. Теперь при тепловом контакте с «горячими» трубками часть фреона вскипает, отбирая таким образом тепло у воды. Охлажденная вода сбрасывается в другую скважину. Газообразный фреон всасывается в компрессор, сжимается им и, нагретый, выталкивается в конденсатор.

Конденсатор по устройству – такой же теплообменный аппарат, как и испаритель. Попадая в межтрубное пространство с температурой +70 — +80°С и вступая в тепловой контакт с водой из системы отопления (+45 — +50°С), фреон конденсируется на «холодных» трубках, передавая свое тепло воде из системы отопления. При этом жидкий фреон стекает на дно конденсатора, откуда, за счет перепада давлений, через дроссель возвращается в испаритель. Так выглядит рабочий цикл ТН.

Следует еще раз подчеркнуть, что ТН тратит энергию не на выработку тепла, как электрообогреватель, а только на перемещение фреона по системе. Основная же часть тепла передается потребителю от источника. Этим и объясняется такая низкая себестоимость тепла от ТН.

Источник: http://www.nsk.su/

Тепловые насосы

По прогнозам Мирового Энергетического комитета (МИРЭК), к 2020г. в развитых странах мира теплоснабжение будет осуществляться с помощью тепловых насосовТепловой насос использует тепло, рассеянное в окружающей среде: в земле, воде, воздухе (его специалисты называют низко-потенциальным теплом.) Затратив 1 кВт электроэнергии в приводе насоса, можно получить 3-4 кВт тепловой энергии.

Тепловые насосы применяют, чтобы отапливать дома, готовить горячую воду, охлаждать или осушать воздух в комнатах, вентилировать помещения.

тепловой насос в умном домеВ США, Японии, Германии, Швеции, Швейцарии, Австрии, Финляндии такие установки внедряются просто скоростными темпами. А ведь жители этих небедных стран денежки считать умеют и зря ими не разбрасываются. Впрочем, настоящим лидером использования тепловых насосов является все-таки Швеция, осуществляющая тотальную программу их внедрения. В этой стране для работы тепловых насосов используется вода Балтийского моря с температурой +4 °С. Станция мощностью 320 МВт расположена на шести баржах, причаленных к берегу. К настоящему времени в мире эксплуатируются свыше 15 млн. тепловых насосов мощностью от нескольких киловатт до сотен мегаватт, а рынок ежегодных продаж составляет около миллиона установок В Украине тепловые насосытолько-только начинают появляться. Если солнечные батареи и ветровые эл. генераторы широко известны, то отепловых насосах мало что известно даже в среде строителей, а уж потребители и вовсе довольствуются лишь слухами. Самых распространенных два: что это слишком дорогое удовольствие и что так попросту не бывает, потому что все очень уж хорошо получается.

Основные достоинства тепловых насосов:

что необходимо тепловому насосу1) ЭкономичностьТепловой насос использует введенную в него энергию на голову эффективнее любых котлов, сжигающих топливо. Величина КПД у него много больше единицы. Между собой тепловые насосы сравнивают по особой величине — коэффициенту преобразования тепла (φ), среди других его названий встречаются коэффициенты трансформации тепла, мощности, преобразования температур. Он показывает отношение получаемого тепла к затраченной энергии. К примеру, φ = 3,5 означает, что, подведя к машине 1 кВт, на выходе мы получим 3,5 кВт тепловой мощности, то есть 2,5 кВт природа предлагает нам безвозмездно. В среднем 60-75% потребностей теплоснабжения дома ТН обеспечивает бесплатно. Цифры настолько завораживающие, что невольно приходит на ум поговорка о бесплатном сыре. Действительно, первоначальные затраты на насос и монтаж системы сбора тепла довольно ощутимы и составляют $300-1200 на 1 кВт потребной мощности отопления. Но капиталовложения окупятся за 4-9 лет только за счет сберегаемого топлива и электричества. При сложившемся уровне цен на энергоносители ТН по экономичности уступают пока только газовым котлам (хотя подождем окончательной цены на газ:) но заметно выигрывают у жидкотопливных и электрических. Служат они по 15-20 лет до капремонта. в то время как газовое отопительное оборудование требует постоянной смены горелок с периодичностью в 3-5 лет (стоимость одной горелки составляет $1000-1500). Кроме того, газовое отопительное оборудование требует постоянного обслуживания, в противном случае оно становится опасным. Печальная статистика пожаров и несчастных случаев связанных с газовым и дизельным отопительным оборудованием растет с каждым днем. В перспективе, в связи с ростом цен на все виды топлива, их лидерство обеспечено.

2) Повсеместность применения. Источник рассеянного тепла можно обнаружить в любом уголке планеты. Земля и воздух найдутся и на самом заброшенном участке, вдали от газовых магистралей и линий электропередач — везде этот агрегат раздобудет для себя «пищу», чтобы бесперебойно отапливать ваш дом, не завися от капризов погоды, поставщиков дизельного топлива или падения давления газа в сети. Даже отсутствие нужных 2-3 кВт электрической мощности не помеха. Для привода компрессора в некоторых моделях используют дизельные или бензиновые двигатели.

3) ЭкологичностьТепловые насосы не только сэкономит деньги, но и сбережет здоровье обитателям дома и их наследникам. Агрегат не сжигает топливо, значит, не образуются вредные окислы типа CO, СO2, NOX, SO2 , PbO2. Потому вокруг дома на почве нет следов серной, азотистой, фосфорной кислот и бензольных соединений. Да и для планеты применение тепловых насосов — благо. Ведь по большому счету на ТЭЦ сокращается расход топлива на производство электричества. Применяемые же в тепловых насосах фреоны не содержат хлоруглеродов и озонобезопасны.

4) УниверсальностьТепловые насосы обладает свойством обратимости (реверсивности). Он «умеет» отбирать тепло из воздуха дома, охлаждая его. Летом избыточную энергию иногда отводят на подогрев бассейна.

5) Безопасность. Эти агрегаты практически взрыво- и пожаробезопасны. Нет топлива, нет открытого огня, опасных газов или смесей. Взрываться здесь просто нечему, нельзя также угореть или отравиться. Ни одна деталь не нагревается до температур, способных вызвать воспламенение горючих материалов. Остановки агрегата не приводят к его поломкам или замерзанию жидкостей. В сущности, тепловой насос опасен не более, чем холодильниктепловой насос в умном доме.

Как работает тепловой насос?

По сути, Тепловой насос — это слегка преобразованный холодильник. В обоих есть испаритель, компрессор, конденсатор и дросселирующее устройство. Цикл работы у холодильника и насоса абсолютно одинаков, разнятся только параметры настройки. Даже внешне, по размерам и форме, поразительно похожи друг на друга. Холодильник работает, выкачивая тепло наружу. Тепловой насос работает по такому же принципу только наоборот. Он нагнетает тепло с улицы или же из почвы в Вашу гостиную. В холодильнике почти не ощущаемое тепло продуктов в конечном итоге выделяется в виде довольно горячего потока воздуха, отходящего от трубчатой панели конденсатора («радиатор» на задней стенке). Поэтому, если из холодильника вытащить испарительную камеру (с трубами) и закопать в землю, мы и получим тепловой насос, который будет обогревать комнату теплым воздухом. А если конденсатор холодильника омывать водой, то ее, нагретую, можно использовать в радиаторах отопления или в ванной

На рисунке приведена схема принципиального устройства парокомпрессионных тепловых насосов. В испаритель насоса поступает вода из низкопотенциального источника тепла. Фреон подбирается такой, чтобы мог закипать даже при минусовой температуре. Поэтому, даже когда совсем холодную воду прогоняют насосом через каналы испарителя, жидкий фреон все равно испаряется. Далее пар втягивается в компрессор, где сжимается. При этом его температура сильно увеличивается (до 90-100°С). Затем горячий и сжатый фреон направляется в теплообменник конденсатора, охлаждаемый водой или воздухом. На холодных поверхностях пар конденсируется, превращаясь в жидкость, а его тепло передается охлаждающей среде. Воду используют в системе отопления или горячего водоснабжения, а фреон, теперь снова жидкий, направляется на дросселирующий вентиль, проходя через который он теряет давление и температуру, а затем опять возвращается в испаритель. Все. Цикл завершился и будет автоматически повторяться, пока работает компрессор. Конструкция теплового насоса исключает попадание хладона в водяные магистрали систем отопления, горячего водоснабжения и окружающую среду
Описанная схема работы относится к агрегатам так называемого парокомпрессионного цикла. Помимо этих машин, существуют также насосы абсорбционные, термоэлектрические, эжекторные. В бытовых установках используют в основном парокомпрессионные машины.

Как подобрать тепловой насос?

Успех применения теплового насоса в первую очередь зависит от того, откуда вы решите черпать низкотемпературное тепло, во вторую — от способа обогрева вашего дома (водой или воздухом). Дело в том, что агрегат работает как перевалочная база между двумя тепловыми контурами: одним, нагревающим, на входе (на стороне испарителя) и другим, отопительным, на выходе (конденсатор). По виду теплоносителя во входном и выходном контурах насоса мы рекомендуем: «грунт-вода», «вода-вода», «воздух-вода».

Но для всех типов характерен ряд особенностей, о которых полезно помнить при выборе модели.
Во-первых, тепловой насос оправдывает себя только в хорошо утепленном здании, то есть с теплопотерями не более 60 Вт/м2. Чем теплее дом, тем больше выгода. Как вы понимаете, отапливать улицу, собирая на ней же крохи тепла, — занятие глупое.
Во-вторых, чем больше разница температур теплоносителей во входном и выходном контурах, тем меньше коэффициент преобразования тепла (φ), то есть меньше экономия электроэнергии. Так уж работают эти устройства, независимо от их типа. Поэтому более выгодно подключение агрегата к низкотемпературным системам отопления. Прежде всего, имеется в виду обогрев от водяных полов или теплым воздухом, так как в этих случаях теплоноситель по медицинским требованиям не должен быть горячее 35°С. А вот чем более горячую воду машина готовит для выходного контура (для радиаторов или душа), тем меньшую мощность (до 15%) она развивает и тем больше расходует электричества (до 12%).
В-третьих, для достижения большей выгоды практикуется эксплуатация тепловых насосов в паре с дополнительным генератором тепла (в таких случаях говорят об использовании бивалентной схемы отопления).

В доме с большими теплопотерями ставить насос большой мощности (более 30 кВт) невыгодно. Он громоздок, а будет работать в полную силу всего лишь около месяца. Ведь количество действительно холодных дней не превышает 10-15% от длительности отопительного сезона. Поэтому часто мощность теплового насоса назначают равной 70-80% от расчетной отопительной. Она будет покрывать все потребности дома в тепле до тех пор, пока уличная температура не опустится ниже определенного расчетного уровня (температуры бивалентности), например минус 5-10°С. С этого момента в работу включается второй генератор тепла. Есть разные варианты его использования. Чаще всего таким помощником служит небольшой электронагреватель, но можно поставить и жидкотопливный котел. Выбор наилучшего варианта — задача специалиста.

На рынке можно встретить тепловые насосы фирм IVT, MECMASTER, THERMIA (все — Швеция), OCHSNER (Австрия), VAILLANT, VIESSMANN, STIEBEL ELTRON (все — Германия), CLIMAVENETA (Италия), CARRIER, AERTEC (обе — США), PZP KOMPLET, G-MAR (обе — Чехия).Есть и производства России — «ЭКИП», «НПФ ТРИТОН», РЗП, «ЭНЕРГИЯ». Российская продукция простовата по дизайну, но достаточно надежна и дешевле импортной. Так, модель АВТН-28г («НПФ ТРИТОН») нагревает воду в системе отопления до 70°С, и это при хорошей экономичности (φ = 3,3). Фирма «ЭКИП» создала насос ТНСО2-20, работающий на диоксиде углерода (СO2) — экологически безвредном хладагенте, который позволяет нагревать воду до рекордной отметки 85°С при φ = 3,28.
Кроме того, в межсезонье у нас давно используются кондиционеры и чиллеры с режимом «отопление» от таких известных производителей холодильной техники, как HITACHI, DAIKIN (обе — Япония), CARRIER, YORK (обе — США), CLIVET (Италия) и др. Широкий ряд моделей тепловых насосов с мощностью от 2 до 130 кВт способен удовлетворить любые запросы обитателей как маленьких дач, так и больших особняков. Надо только не ошибиться с выбором типа установки

Установки «грунт-вода»

Грунт — это, пожалуй, наиболее универсальный источник рассеянного тепла. Он аккумулирует солнечную энергию и круглый год подогревается от земного ядра. При этом он всегда «под ногами» и способен отдавать тепло вне зависимости от погоды. Ведь на глубине уже 5-7 м температура практически постоянна в течение всего года. Для средней полосы России она составляет 5-8°С. Это очень подходящие условия для работы теплового насоса. Более того, в верхних слоях земли минимум температуры достигается на пару месяцев позже пика морозов — нужда в интенсивном обогреве к этому времени уменьшается. Необходимая энергия собирается теплообменником, заглубленным в землю, и аккумулируется в носителе, который затем насосом подается в испаритель и возвращается обратно за новой порцией тепла. В качестве такого переносчика энергии используют незамерзающую экологически безвредную жидкость (ее называют также «рассолом» или антифризом). Это может быть тридцатипроцентный водный раствор этиленгликоля или пропиленгликоля. Есть и другая схема сбора тепла, когда вместо «рассола» в контуре циркулирует фреон, который превращается в пар прямо в трубах теплосборника.. Но хотя эта схема повышает КПД, ее эксплуатация сложна. Сегодня наиболее популярны системы с «рассолом». В них используются два вида теплообменников: грунтовый коллектор и грунтовый зонд. Оба выполняются из полиэтиленовых труб диаметром 25, 32 или 40 мм (чем больше — тем лучше отбор тепла, но и дороже система).

Грунтовый коллектор (горизонтальный) представляет собой длинную трубу, горизонтально уложенную под слоем грунта. Главное достоинство — универсальность и простота монтажа. Нашел свободную площадку — рой канавки и укладывай. Недостаток — большая потребная площадь под коллектор — 25-50 м2 на 1 кВт мощности (причем площадку можно использовать только под газон или однолетние цветы). Есть разные схемы раскладки трубы: петля, змейка, зигзаг, плоские и винтовые спирали разных форм и т.п. Выбор определяется теплопроводностью грунта и геометрией участка. Производительность теплосбора больше на увлажненных суглинках и меньше на сухих песчаных участках. В среднем 1 м2 поверхности грунта может обеспечить «поставку» 10-35 Вт мощности. Длину трубы в одной петле, причем цельной, без разъемов, стремятся ограничить (не более 600 м), иначе заметно увеличивается расход энергии на циркуляционном насосе. Если нужна большая мощность, петель делают несколько.

У коллекторов есть особенность, доставляющая массу хлопот строителям. Оказывается, температура слоя грунта вокруг труб постепенно снижается, и тем сильнее, чем выше производительность теплового насоса. Она может опускаться ниже нуля, а массив даже промерзать. Поэтому главная забота строителей теплосборника — сделать его за разумные деньги таким, чтобы грунт успевал за лето набрать «тепловой жирок» и при этом продолжал поставлять энергию для подготовки горячей воды. Единых норм здесь нет, ведь грунты и климатические условия районированы.

тепловой насос грунт умный домгрунтовый зондГрунтовые зонды (вертикальные коллекторы) — это система длинных труб, опускаемых в глубокую скважину (50-150 м). Здесь нужен всего пятачок земли, зато требуются дорогостоящие бурильные работы (от $20 за 1 пог. м). На глубине всегда одинаковая температура — около 10°С, поэтому зонды мощнее горизонтальных коллекторов. Метр их длины поставляет от 30 до 100 Вт тепловой мощности, в зависимости от грунта. Известен с десяток разных конструкций зондов, порой весьма необычных (например, в виде труб, замурованных в сваи фундамента дома). Но наиболее применимыми являются две: труба в трубе и U-образная. По одной линии «рассол» подается циркуляционным насосом вниз, по другой им же поднимается вверх, к испарителю. В глубоких скважинах сборку всегда защищают обсадной трубой, в мелких не всегда.
Для улучшения теплопередачи и повышения прочности зонда зазор между землей или обсадной трубой и рабочими трубами заполняется бетонитом или бетоном. Если нужно получить большую мощность, таких теплосборников делают несколько. Расстояния между ними — 5-7 м.

У вертикальных коллекторов, помимо дороговизны, есть еще одно слабое место, о котором ничего не говорится в фирменных буклетах. Как показали исследования, равновесие процессов отбора тепла и восстановления «питающей» способности грунта (вокруг зонда земля захолаживается) наступает лишь через 4-5 лет эксплуатации. Поэтому насос в проект надо закладывать помощнее. Насколько — способны сказать только специалисты.
А вот что действительно может доставить массу хлопот, так это получение от службы воднадзора разрешения на бурение глубокой скважины под зонд. Ибо вероятное обмерзание грунта способно нарушить поведение водоносных слоев. Поэтому для небольших коттеджей можно закладывать вместо одной глубокой несколько более мелких (25-35 м) скважин, поскольку на них одобрения чиновника не требуется.

река тепловой насосУстановки «вода-вода»

Источником тепла могут быть поверхностные (реки, озера) или почвенные воды (скважины), а также сбросовая вода технологических установок. Сами насосы почти не отличаются от тех, которые работают с «рассолом». Но благодаря более высокой температуре теплоносителя зимой годовая эффективность применения устройств типа «вода-вода» оказывается наивысшей. Жаль, что эта техника хороша в основном лишь для промышленного применения. Слишком редко возникают подходящие условия для частника. Но если рядом течет незамерзающая речка, вы можете уложить петлю трубы с антифризом на дно (притопив грузами) и обогреваться практически даром. Конечно, если водоохранная служба даст добро.

Со скважиной сложнее. Воду из нее (из расчета около 0,25 м3/ч на 1кВт тепловой мощности) скважинным насосом подают прямо в испаритель, а сливают… во вторую скважину, удаленную от первой вниз по течению воды в подземном слое на 15-20 м. При этом водоносный слой должен принять и отвести слитую воду, иначе маленькое наводнение вам обеспечено. Ясно, что такие пласты на малой глубине встречаются не везде, а для артезианских скважин получить разрешение у нас непросто. И еще надо защитить испаритель от загрязнения и коррозии. Фильтрование и анализ воды обязательны. Если в ней слишком много солей, придется обустроить промежуточный теплообменник, между ним и топливным насосом будет циркулировать деаэрированная чистая вода.

умный дом тепловой насосУстановки «воздух-вода»

По универсальности применения в наших климатических условиях этот тип насосов занимает пока второе место. И сами насосы дешевле, и труб (с неизменными земляными работами) не требуется. Недостаток один, но существенный: из морозного воздуха много тепла не отберешь. Устойчиво, хотя и с уменьшенной мощностью, эти устройства работают до -15 °С, а затем надо включать другой котел. Когда речь идет о выборе «воздушных» агрегатов, полезно учитывать два важных обстоятельства, обычно умалчиваемых в статьях. Во-первых, приводимое в паспорте значение номинальной мощности относится к определенной температуре уличного воздуха. У каждой фирмы она своя. Это может быть и 0, и 2, и 10, и даже 25°С. Значит, по эффективности все машины надо сравнивать при одинаковой температуре наружного воздуха. Во-вторых, с усилением холодов тепловой насос развивает заметно меньшую (иногда втрое) мощность, поэтому дополнительный обогреватель нужен обязательно. Конструктивно устройства типа «воздух-вода» выполняются по двум компоновочным схемам: сплит и моно. В первом случае установка состоит из двух блоков, соединенных коммуникациями. Один, наружный, включает мощный вентилятор и испаритель (монтируется на участке недалеко от дома). Второй, внутренний, содержит конденсатор и автоматику и устанавливается в помещении. Компрессор может располагаться или снаружи, чтобы не шумел в доме, или во внутреннем модуле. В моноблоках все элементы собираются в общем корпусе и монтируются в доме, а с улицей соединяются гибким воздуховодом. Они поставляются большинством фирм, но обладают ограниченной мощностью — обычно 3-16 кВт. Есть моноблоки, допускающие как наружный, так и внутренний монтаж. В последние годы, в связи с ухудшением вентиляции жилья из-за широкого применения новых герметичных окон со стеклопакетами, тепловые насосы «воздух-вода» получили дополнительное развитие. Помимо отопления и подготовки горячей воды, некоторые модели «научились» не только работать в системах вентиляции, но еще использовать тепло отработанного (отточного) воздуха помещений.

Источник: http://www.rdom.com.ua

Имитация жизнедеятельности или имитация присутствия.

Что же это все-таки такое за понятие, как имитации жизнедеятельности или имитация присутствия.

В отличие от других инженерных систем это понятие весьма творческое и артистическое. Практически все компании, занимающиеся умным домом, вам предложат стандартные наборы функций, такие как работа со светом и звуком. Что позволит вам получить функции Имитация пробуждения и Отхода ко сну.

Однако наиболее эффективна реализация таких систем с учетом индивидуальной специфики жилища. Во первых она как правило не повторима, а значит и эффективна от тех для кого предназначена.

рободог, имитация присутствия животных

Рободог, имитация присутствия животных

Но эффективность достигается конечно с учетом логики сценария, например зимой в загородном доме есть не большой смысл имитировать отход ко сну и пробуждение если по сугробам понятно что тут не было никого 3 месяца (хотя и это эффективно если недоброжелатель не может приблизится близко или же это случайный вор). Для того чтобы это решение было эффективным применяются отапливаемые дорожки.

Также очень важно понимать что если случайный вор не планирует свои действия за ранее то есть профессионалы в этом деле, которые могут выяснять обстановку неделями и тут конечно будет многое зависеть от окружающих факторах.

Попробуем все же разобраться, что мы можем применить на конкретном примере загородного умного дома зимнее состояние.

Комплексный подход с использыванием:

  • Управление освещением.
  • Управление звуковой системой.
  • Телефон (по старинке воры обзванивают дома проверяя их наличие)
  • Имитация присутствия животных. Рободог одно из самых эффективных функций.
  • Работа механики (жалюзи, ставни и любые возможные исполнительные механизмы)
  • Присутствие вне дома (обогрев дорожек и т.д.)

Большинство требуемых элементов уже присутствуют в Умном доме поэтому дело касается только датчиков и управления.

Итак, как может развиваться сценарий реагирования умного дома на контакт с «недоброжелателями».

Вечер: включился свет на кухне, бубнит радио, в окне маячат блики от телевизора.

Недоброжелатель в замешательстве – А стоит ли? Когда в других домах темно и относительно безопасно для «черных дел».

Ночь: Свет и звук выключился, горит только ночник.

Недоброжелатель по каким либо причинам все же решается и подходит к забору и там

срабатывает датчик присутствия , включается в непосредственной близости светильник и слышится приближающийся звук Гав-Гав-Кусь-Кусь-Ням-Ням. После чего включается свет в доме срабатывает механизм приоткрытия жалюзи и записанный конкретный злющий мужской голос спросит — Кто там? А для достоверности жена будет спрашивать — Ты чего-нибуть видишь?

Майкрофт Холмс имитирует движения восковой фигуры Шерлока Холмса, Шерлок просто не знал что на ebау можно купить робота для такой опасной работы.

Но скорее всего недоброжилатель этого не услышит, потому что он будет уверен, что это не в его интересах, он будет быстро шагать подальше.

Но даже если он и разгадает эту загадку, то любой здравомыслящий недоброжелатель будет понимать что в доме для него уготовлена, как минимум сигнализация с посылкой информации о вторжении в нужные места, да и корабельный ревун тоже ничего хорошего для его психики не дает.

Но все же если он все-таки залезет в дом то времени на хищение у него будет немного.

В отличи от других не «Умных домов» домов где они неделями могут сидеть в домах ничего не боясь.

Что я все недоброжелатель да недоброжелатель, пидоры они, дайте бомбу!!!

Умный дом для престарелых.

Поговорите с кем угодно о пожилом возрасте и почти всегда эти разговоры сведутся о чувстве беспокойства  и  чувстве неуверенности.  Практический всегда встанет вопрос как лучше заботиться о родителях и о друг друге в преклонном возрасте.

В последнее время производители электроники разработали технологии на этом направлении рынка. Это позволяет надеется на то что  пожилые люди в будущем смогут самостоятельно жить до глубокой старости не обременяя окружающих заботой о себе и давая уверенность членам их семей что такая жизнь не будет тяжела и будет всегда проходить под контролем окружающих.

По данным медицинской статистики,  основываясь на докладе июня 2009 Института политики, население  старше 65 лет по прогнозам, в период с 2007 по 2030 год вырастет на 89 процентов, а с 2030 по 2050 год на 118 процентов,

Если не случиться «бэби-бума» в ближайшее время, то ситуация будет развиваться именно таким образом, это связанно с тем что средний возраст населения постоянно растет из-за отлично работающей социальной политики развитых стран из-за постоянного улучшения уровня жизни развивающихся стран, которые тоже в свое время развивают социальную политику основываясь на заботе о здоровье граждан.

Рано или поздно даже сфера услуг по уходом за пожилыми столкнётся  с нехваткой рабочей силы и ее дороговизной, некоторые медицинские аналитики считают, что цифровая индустрии здравоохранения  вырастет с $ 2 млрд до $ 20 млрд к  2020 году. И львиная часть это будет услуги умного дома по уходу за престарелыми.

Как и любую молодую отрасль здравоохранения  —  умный дом для престарелых, сегодня в основном развивают малые  компании, хотя и крупные имена, такие как GE, Intel и Philips тоже являются теми кто понимает необходимость  участия в этом процессе. И сейчас идет взаимодействие между производителями и интеграторами в результате чего рождаются решения и технологии которые реально облегчают быт  и удовлетворяют потребности стариков.

Что нам стоит умный дом построить!

У истоков умного дома.

Впервые о возможностях «умных» домов заговорили в США, где в 50-х годах ХХ века люди состоятельные стали активно оборудовать свои жилища электроникой. Для современного человека это уже не диковинка, ведь встроенные бытовые приборы, видео- и аудиотехника на дистанционном управлении — сегодня привычные вещи для каждого.

Умный дом начало

Начало автоматизации и рождение понятия Умный дом

На заре активного внедрения в быт электротехники звание «интеллектуальных» зданий (Intelligence Buildings) получали те строения, которые были оснащены структурированными кабельными сетями.
Иными словами, кабеля использовались для потребностей телефонии, компьютерной сети, системы безопасности и прочего. Позже появились системы мультиплекс, позволяющие не просто использовать один кабель, а передавать по нему различную информацию одновременно.

Однако практика показала, что стремительное развитие информационных технологий делает любой проект к моменту его внедрения морально устаревшим. С другой стороны развитие данного направления открывало большие перспективы и сулило прибыльность, что стимулировало активные финансовые вливания в разработку технологий умного дома .

Год 1978 ознаменовался прорывом – компании Х10 USA и Leviton представили решение задачи, презентовав технологию управления бытовой электроникой посредством проводов бытовой электросети. Однако в России, а в то время в СССР она не получила распространения по той простой причине, что была рассчитана на 110 В напряжения и 60 Гц частоты сети, не говоря о том что это было практически невозможно из–за множества специфических моментов начиная с того что оборудование нельзя было толком ввести, заканчивая тем что разработкой аналогов и развитием никакое НИИ бы не занималось, так как прямое надобности применения этой технологии в военной сфере не было. Ну самое главное то что в стране на тот момент было не до умного дома потому что не было доступно простейших материальных вещей не говоря о том что сама квартира или загородный дом был вопрос весьма не простой. Как бы там ни было, а в проекции на сегодня, технология Х10 уже устарела, так как поддерживает всего шесть команд управления только электроосветительными приборами. Согласитесь, этого по сегодняшним меркам недостаточно, тем более, чтобы именовать систему «умным» домом. Взять хотя бы аудиотехнику, которая требует как минимум десяток команд для регулировки уровня громкости, смены каналов, управления воспроизведением и прочего. При этом современное жилище требует дополнительного контроля над системами отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC).

Унифицированное решение данной задачи стало возможным только после создания Ассоциации электронной промышленности (EIA), которая занимается модернизацией единого стандарта шины бытовой техники CEBus (Consumer Electronic Bus), принятого в 1992 году, и объединяет в себе многих производителей. CEBus подразумевает передачу управляющего сигнала по проводам обычной бытовой электросети, коаксиальному кабелю или витой паре, в инфракрасном или радиочастотном диапазоне. Упомянутый стандарт является открытым, что позволяет любой компании выпускать оборудование, в котором используется протокол CEBus. Это позволяет выбрать в каждом отдельном случае наиболее приемлемый способ передачи управляющего сигнала: для видеооборудования это будет коаксиальный кабель, для осветительного – электросеть, для цифровых устройств – витая пара. Что же касается инфракрасных лучей и радиосигналов, то они вообще универсальны.

Взаимодействие устройств-исполнителей достигается посредством роутеров и мостов (data bridges), которые и соединяют носители данных и управляющих сигналов. Сравнивая морально устаревшую технологию Х10 и CEBus, стоит отметить еще и преимущества в скорости передачи данных, которая достигает 10 кбит/с, причем независимо от типа носителя. Такая скорость обеспечивает нужную быстроту реакции системы малое время состояния активности узлов.

Однако на сегодняшний день наиболее приемлем термин «интеллектуальный дом» относительно системы, созданной компанией Echelon, которая разработала и предложила протокол LonWorks (также известный под именем LonTalk). Каждый узел сети, согласно новому протоколу, обеспечивается собственным микропроцессором Neuron 3120, 3150 Chip или Motoroa 68H360, а также микросхемами, сконструированными в Echelon и производимыми Motorola и Toshiba.

LonWorks – это коммуникационный семиуровневый протокол, который поддерживают большинство процессоров, позволяющий сохранять настройки и базу данных мониторинга сенсоров на компьютере, и в определенных случаях реагировать соответствующим образом. Доступ к базам данных можно осуществлять посредством Ethernet и модемных линий. Поддерживает базы данных LonWorks программное обеспечение Intellect.

Технологии нового поколения, актуальные сегодня, пошли еще дальше. Сравнивая Х10 с американской PowerLine или европейской Instabus, можно говорить о существенно более высоких мощностях и комплексных решениях в автоматизации. Единственным существенным недостатком этих систем является то, что их проектирование и монтаж необходимо предусматривать еще до начала строительства дома, так как в готовые здания внедрить их не представляется возможным. Учитывая тот факт, что все устройства подключаются к единой шине данных, то в этом случае бывает достаточным предусмотреть свободный доступ к шине.

В настоящий момент рынок систем «интеллектуальных» домов предлагает несколько различных технологий, разобраться в отличиях которых можно, углубившись в технические моменты.

Технологическая «кухня» умного дома

Х10 — сегодня это существенно модернизированная технология, вобравшая в себя актуальные решения. На данный момент Х10 предполагает возможность подключения по различным интерфейсам, которые также активно применяются и в иных технологиях.

Применяемая в этом случае шина RS-485 (C-Bus, ComBus) позволяет соединять узлы по произвольной схеме, тотальная длина шины может достигать 2000 метров, а с применением репитеров и больше. Практически со всеми популярными протоколами — CEBus, LonWorks, DMX512 и EIB – существуют интерфейсы для обмена данными, скорость передачи которых достигает 9600 бод, а этого более чем достаточно для мощнейшей системы автоматизации дома. Возможности системы определяются контроллером. Так RS-485 используют следующие контролеры:

- Ocelot, Leopard – в сеть могут быть объединены до 128 модулей, число узлов может достигать 2048, скорость прохождения петли программы – не более 1 с;

- HomeVision – сеть позволяет объединять до 224 узлов, а время прохождения петли программы — 120 мс.

Последовательный порт RS-232 позволяет подключить контроллеры для автоматизации дома. Простейший из них — СМ17 Firecracker — подключается к СОМ-порту и передает сигналы посредством протокола RFC, которые в свою очередь принимаются и преобразовываются в сигналы стандарта Х10 радиотрансиверами. Возможно и обратное решение задачи – к порту подключается МР (JR) 26, позволяющий принимать сигналы от радиодатчиков в протоколе RFC. Ассортимент существующего для данных устройств программного обеспечения огромен. Под управлением Linux может быть произведена автоматизация на Ocelot и Leopard, в то же время не гарантируется стабильная работа системы под управлением Windows.

Управление посредством инфракрасного канала имеет как позитивные, так и негативные аспекты, которые объясняются свойствами точечных сигналов ультракоротких волн. Инфракрасный контроллер, выпускаемый Х10, распознает и передает команды по 10 каналам. При этом стоит отметить, что далеко не в каждом жилище предусмотрены 10 групп освещения. Контроллеры Ocelot и Leopard оснащены памятью на 1000 команд, чего вполне достаточно для обеспечения автоматизации домашнего хозяйства. При этом недостаток количества команд восполняется последовательным подключением нескольких контроллеров. К слову, зачастую именно так и поступают, оборудуя каждое помещение дома своим контроллером и своими же инфракрасными сигналами. Контроллер Home Vision способен принимать и передавать 255 инфракрасных команд.

Принцип работы Х10 заключается в посыле сигнала передатчиком от управляющего устройства посредством силовых проводов. В свою очередь бытовые приборы подключаются к розетке электропитания через приемник, который передает команды Х10. Управления питанием отдельно взятого устройства осуществляется путем присвоения ему уникального адреса (одного из 256). Логично предположить, что посыл одинаковых сигналов к различным устройствам предполагает присвоение им одинакового адреса.

Передатчиком выступает контроллер, приемником – релейный модуль, выполняющий команды включения и выключения (в том числе и полного выключения), и ламповый модуль, выполняющий команды включения и выключения, а также регулировки яркости освещения. С целью преобразования 110В в 220В применяются трансформаторы.

Простота и относительно невысокая стоимость реализации проекта – основные преимущества технологии Х10. Сюда же можно добавить отсутствие необходимости для подключения к адаптеру применения проводов и использование множественных совместимых устройств. Говоря о минусах, стоит отметить необходимость напряжения в 110В, а также допускаемые помехи на линии.

Сегодня оборудование, совместимое с Х10, производят, помимо собственно компании Х10, такие фирмы как Leviton, Stanley, IBM, JDS, ACT, Homepro и прочие. Контроллеры Х10 позволяют управлять противопожарными датчиками, системами видеонаблюдения, сигнализацией, а также осуществлять взаимодействие с аудио- и видеотехникой, мультимедийными устройствами стандарта 802.1 lg. Так D-Link презентовала мультимедиа-центр DSM-320, управление которым можно осуществлять посредством пульта. Справедливости ради, стоит отметить, что центр требует ручной настройки каждого адаптера, а это не позволяет назвать его «интеллектуальным» в полном смысле этого слова.

Относительно недавно стало возможным совмещать котроллеры Х10 с беспроводными компьютерными мышами и клавиатурами, а также системами распознавания голоса. Правда, реализованных решений на практике пока мало.

Если говорить о стоимости, то в среднем цена на контроллер колеблется в пределах от $20 до $250.

Бесспорно одними из наиболее актуальных на сегодняшний день среди систем «умных» домов являются системы PowerLine и Instabus, а ткже компании Intel, претендующая на свою нишу на данном рынке с идеей цифрового дома.

Так система PowerLine рассчитана на взаимодействие различных устройств посредством бытовой электропроводки, а Instabus – посредством специально проложенной шины, от которой также питаются маломощные устройства (для более мощных предусмотрены дополнительные источники питания от электросети).

Отличительной особенностью системы Instabus являет то, что каждое устройство в нее входящее не подключено к единому центру управления. Таким образом, каждый прибор выполняет свою функцию как бы автономно, оповещая о событии прочие устройства только в том случае, если есть такая необходимость. Как результат, получается довольно гибкая и вполне «интеллектуальная» система.

Если рассмотреть в качестве примера датчик движения, то он срабатывает и сообщает об этом остальным устройствам. Как результат его посыла, включается осветительный прибор. При этом управлять последним может не только датчик движения, но и датчик уровня освещенности.

Механизм работы и взаимодействия различных устройств схож с работой компьютеров. Каждый из них имеет уникальный адрес, по которому оно получает команды. Каждое из устройств-исполнителей имеет перечень адресов, команды из которых они выполняют. В то же время устройства-управляющие имею список адресов, по которым они рассылают команды. Так нажатие одной клавиши спровоцирует рассылку сигналов о включении лишь света над столом, в то время как нажатие другой – включение всех осветительных приборов в помещении, например.

Таким образом, чтобы наладить управление устройствами, достаточно применить простейшие алгоритмы для каждого из них, что обеспечит в свою очередь их слаженную работу в общем.

Если предположить, что управление системой – централизованное, то это повлечет за собой множество сложностей в настройке, однако даст массу преимуществ в процессе эксплуатации. Сложность заключается в том, что для каждого помещения в этом случае необходимо составить сложный алгоритм, предусматривающий слаженность работы всех устройств системы. Вот почему децентрализованная система пользуется большим спросом. К тому же, в последнем случае систему «умный дом» можно применить лишь по отношению к отдельным помещениям, каковых может быть сколь угодно много. Простоту настройки обеспечивает однотипность механизмов работы каждого из них.

Нельзя не упомянуть о том, что подобная схема позволяет к шине Instabus подключить компьютер и сенсорный экран, что позволит превратить систему в ультрасовременную. В этом случае для компьютера потребуется специальное программное обеспечение, которое будет отображать текущее состояние всех устройств системы и управлять ими. Несмотря на то, что наличие компьютера в системе «умный дом» не является обязательным, все же это позволяет существенно упростить управление и открыть доступ к удаленному управлению.

Подытоживая, можно сказать, что наименее скоростной технологией принято считать Х10. Для управления на более высоких скоростях (5 – 10 кбит/с) применяются LonWorks (EIA 709) и CEBus (Е1А 600).

В то же время на данный момент HomePlug Alliance и комитет R7.3 работают над продвижением стандартов, которые обеспечат передачу данных по электросетям на скорости свыше 1 Мбит/с.

Альянс HomePlug принял стандарт HomePlug PowerLine 1.0 еще несколько лет назад. Этот стандарт позволяет передавать данные по бытовой электросети на скорости 14 Мбит/с и на расстояние до 500 метров. При этом стоит помнить, что данные могут быть переданы только по той фазе, к которой собственно и подключено устройство HomePlug. Подобные непростые условия передачи заставили компании, входящие в HomePlug , применять различные алгоритмы обеспечения передачи данных: обнаружение ошибок, автоповтор запроса, интерливинг и тому подобные. С целью защиты от злоумышленников применяется 56-битное шифрование на МАС-уровне.

Работают адаптеры HomePlug PowerLine без применения драйверов и ПО на аппаратном уровне, что делает их совместимыми со всеми операционными системами Windows.

Говоря о технологиях, обеспечивающих работу системы «умный дом», стоит упомянуть и о HomePNA (HPNA), позволяющей передавать сигнал и обеспечивать взаимодействие устройств посредством телефонной линии. На данный момент стандарт HPNA 3.0 обеспечивает скорость передачи данных до 128 Мбит/с, а также поддержку quality of service. Устройств, поддерживающих работу HomePNA и HPNA на сегодняшний день достаточно.

Внимания заслуживает и еще одна, уже упоминавшаяся технология «цифрового дома» (Digital Home), разработанная компанией Intel и предусматривающая объединение всех цифровых устройств дома вокруг единого центра – стандартного персонального компьютера. Взаимодействие устройств между собой обеспечивается посредством беспроводной связи, для чего к каждому из них подключается хаб, контактирующий с роутером.

Система расширяет возможности цифровых устройств и делает их использование более разнообразным. Для ее внедрения не требуется прокладка кабелей, вполне достаточно оборудования ПК и медиасистем устройствами радиопередачи. Российский обыватель уже имел возможность познакомиться системой ближе, когда в 2003 году представительство Intel в Москве провело презентацию «Карнавал цифровых технологий» во всех крупнейших городах Федерации. В частности в Москве презентация состоялась на Горбушке, где ведущий управлял устройствами удаленно посредством беспроводных адаптеров. Он при помощи Tablet PC с установленной на нем Windows СЕ включал и выключал вентилятор, соковыжималку, кофемолку, чайник. Управление осуществлялось при помощи несложного программного обеспечения и «умных» розеток отечественного производства для питаний устройств.

Получив команду на включение или выключение определенного прибора, модуль посылает розеткам по стандартной электросети специальный сигнал, заставляющий прибор работать или не работать. Беспроводные сети Wi-Fi являются неотъемлемой составляющей изложенной концепции. В то же время в будущем КПК на базе процессора XScale с рабочим названием Bulverde откроют больше возможностей для портативных технологий.

В 2004 году Intel представила концепцию Entertainment PC, также относящуюся к технологиям «цифрового дома» и являющую собой ПК для хранения и воспроизведения медиаконтента. Компьютер объединяет в себе функции аудио- и видеоцентра, HDTV-тюнера, а также наряду с клавиатурой и мышью снабжен пультом дистанционного управления.

Вместе с тем Intel инициировала выпуск микросхем LCOS (Liquid Crystal on Silicon), применяемых в проекторах и проекционных дисплеях, и намерена запустить массовое их производство, а в дальнейшем и производство HDTV-дисплеев, невзирая на высокую стоимость чипов.

Не сложно предугадать, что со временем все эти решения найдут свое отображение в системе «цифрового дома». На сегодняшний же день мультимедиаплатформа, созданная на основе чипсета i915/925 с применением технологии Matrix RAID, открывает возможности доступа нескольких пользователей к удаленному просмотру цифрового видео. Иными словами, если один из пользователей желает начать смотреть фильм, который смотрят в текущий момент другие, сначала, ему достаточно просто начать просмотр на другом дисплее. Несльзя не упомянуть о такой важной составляющей новой платформы, как High Definition Audio — высококачественный восьмиканальный 32-битный звук с частотой дискретизации 192 кГц.

Что же ждет технологию «умного» дома в будущем? Спрогнозировать направление ее развития не сложно, учитывая сегодняшние реалии. Так в России на сегодняшний день количество предложений пот организации «умных» домов много и этот показатель растет. По своей сути технология недорогая, так как предусматривает беспроводные сети или применение силовых кабелей, однако настройка системы, тем более компьютеризированной, обходится не дешево, так как требует специальных знаний и не доступна для простого обывателя.

Говоря об «умном» доме, необходимо учитывать и особы дизайн таких помещений. Легче всего реализовать полноценную «интеллектуальную» систему на базе частного дома или коттеджа, офиса крупной компании. Стоимость содержания таких строений подразумевае6т, что владельцам по карману окажутся и затраты на обеспечение системы «умный дом».

Разумеется, новейшие системы традиционно будут появляться в домах самых зажиточных людей. Интересно отметить, что на сегодняшний день звание владельца самого «интеллектуального» жилища удерживает за собой магнат Microsoft Билл Гейтс. Его «умный» дом оценен в 53 млн. долларов. В стенах особняка все управляется сложнейшими компьютерами. Им подчинена вся техника – от бытовой до серьезных климатических систем. Дом Билла Гейтса включает пришедшим гостям музыку и свет, сопровождая их по всем многочисленным комнатам.

Для контроля микроклимата дома хозяину не требуется прилагать никаких усилий – температурный режим поддерживается автоматически на предварительно заданном уровне. Обеспечивает процесс «интеллектуальная» система, в которой предустановленны комфортные для хозяина параметры окружающей среды.

Однако для простого обывателя выглядит скорее как фантастика. Ему необходимы решения более приземленные. И в этом ключе система «умного дома», предложенная компанией Intel, видится как наиболее подходящая. Она позволит просто и экономично осуществлять контроль и управление всеми устройствами – от бытовой техники до мультимедиа развлечений.

Таким образом, на сегодняшний день путей решения задачи воссоздания системы «умного» дома в каждом отдельном случае предостаточно. Обывателю остается лишь подобрать для себя наиболее подходящую.

Legos

Legos — отечественный производитель оборудования, предназначенного для построения интегрированных систем безопасности, диспетчеризации здания и создания технологий Умного Дома. Legos — модульная адресная система управления объектом. Название Legos происходит от латинских слов Lego (собирать) и Securitas (безопасность). В этом названии заложена главная идея системы — обученный специалист на базе основных 10-15 элементов Legos создает уникальную и эффективную систему управления безопасностью и автоматикой.

Все системы базируются на основных компонентах:

  1. Универсальные многофункциональные контроллеры.
  2. Адресные управляющие (измерительно-преобразующие) микрочипы.
  3. Универсальное программное обеспечение (ПО).

На основе Legos можно создать:

  • Пожарная сигнализация и пожаротушение
  • Охранная сигнализация
  • Контроль доступа
  • Интегрированные системы безопасности
  • Диспетчеризация зданий
  • Универсальный офис
  • Контроль персонала
  • Видеонаблюдение
  • Умный Дом

Все эти системы создаются на основе оборудования Legos.

Почему это выгодно?

При инсталляции, за счет особой архитектуры системы, уменьшаются расходы на:

  • проектные, монтажные и пусконаладочные работы;
  • подбор оборудования;
  • расходные материалы (экономия проводов).

При эксплуатации уменьшаются расходы за счет:

  • высокой надежности системы;
  • увеличенного периода регламентных работ;
  • автодиагностики неисправностей;
  • снижения требований к численности и квалификации персонала.

Legos также отличается:

  • быстрой модернизацией оборудования;
  • возможностью быстрой разработки новых устройств.

BACnet

BACnet (Building Automation and Control Networks) — открытый коммуникационный протокол для автоматизации и диспетчеризации зданий, который разрабатывался специально для управления инженерными системами зданий. Отличительной особенностью BACnet является то, что он позволяет объединять в одном проекте оборудование и программное обеспечение от различных производителей, предоставляя собственникам зданий свободу выбора и независимость поставщиков решений и интеграторов. Протокол BACnet является международным стандартом ISO 16484-5.

BACnet — это не программное средство или аппаратное решение. На самом деле, это — книга (методология), в которой описано, как должна работать система автоматизации здания, включая оборудование и ПО, чтобы быть совместимым с аналогичным оборудованием других BACnet-производителей и выполнять все функции, которые необходимы во время эксплуатации инженерных систем зданий.

Чаще всего протокол BACnet применяют на верхнем уровне системы автоматизации (уровень управления) и среднем (уровень автоматизации). В США есть разработчики, представляющие решения и для нижнего (полевого) уровня, но в России это встречается крайне редко.

Благодаря своим преимуществам BACnet чаще всего применяется в системах автоматизации крупных зданий со сложной инженерной инфраструктурой, когда на объекте присутствует оборудование от несколько производителей (и систему нужно построить таким образом, чтобы они работали совместно), на территориально распределенных объектах.

В качестве примера наиболее сложного и масштрабного российского BACnet-проекта можно привести комплекс «Федерация»: одна башня функционирует на системе автоматизации от Johnson Controls, другая — на Sauter. Каждая из башен имеет свою диспетчерскую (главная и резервная), в случае «падения» одной, вторая диспетчерская сможет управлять всем комплексом.

BACnet-устройство — это устройство системы автоматизации (контроллер, датчик, исполнительный механизм), поддерживающее протокол BACnet.

Сеть BACnet — промышленная сеть, состоящая из BACnet-устройств.

Разработка протокола BACnet началась в июне 1987. Цель разработки состояла в создании унифицированного, независящего от производителей оборудования, стандарта для передачи данных в системах автоматизации здания. BACnet стал в 1995 году стандартом ASHRAE/ANSI (135), а в 2003 году стандартом ISO (16484−5). Стандарт постоянно совершенствуется в различных рабочих группах.

BACnet гарантирует возможность взаимодействия между устройствами различных производителей, если алгоритмы этих устройств реализованы на основе стандартных функциональных блоков BIBB (BACnet Interoperability Building Block). Блоки BIBB используются для обмена данными между устройствами. Они разработаны, для упрощения работы инженеров, которым достаточно написать краткие спецификации, описывающие требования к взаимодействию различных устройств, входящих в систему BACnet. Поддерживаемые блоки BIBB для каждого устройства BACnet перечислены в PICS (Protocol Implementation Conformance Statement). PICS это документ, детально описывающий тип данного устройства BACnet, и его возможности к взаимодействию с другими устройствами.