Budoucí uživatel objektu velmi často stojí před otázkou, zda využít klasickou, nebo systémovou elektroinstalaci. Stojí za to poznamenat, že tato otázka je poměrně často kladena předčasně. Nejdříve by totiž měly zaznít jiné dotazy: Co je potřebné pro uživatele v jeho objektu? Jakými funkcemi má být tento objekt vybaven? Jakou představu má uživatel o ovládání jednotlivých funkcí? A co vzdálené přístupy? A řada dalších upřesňujících dotazů, doprovázených případnými náměty z praxe projektanta.
Na počátku rozhovorů, týkajících se vybavení objektu nemusí být vůbec zřejmé, zda budeme hovořit o instalaci klasické, nebo systémové. K rozhodnutí o nejvhodnějším uspořádání elektrické instalace může dojít teprve po více či méně rozsáhlých rozhovorech s budoucím uživatelem objektu. Je tedy potřebné řešit nejdříve otázky požadované vybavenosti objektu a také speciální přání investora. Teprve na základě znalosti odpovědí na všechny otázky je možné předběžně navrhnout optimální řešení elektrické instalace.
Doposud značně rozšířené laické povědomí považuje za klasickou elektrickou instalaci pouze silové světelné a zásuvkové rozvody. Laik si přitom obvykle neuvědomuje, že elektrická instalace může zahrnovat i mnoho dalších funkčních oblastí, jakými jsou řízení provozu vytápění, chlazení, vzduchotechniky, stínicích prostředků, audio- a videotechniky. A systém může zahrnovat také elektronické zabezpečení objektu, požární signalizaci, může poskytovat vizualizace nebo vzdálené přístupy a mnoho dalších funkcí.
V první části přípravy projektu je proto potřeba zjistit, jakými funkčními oblastmi má být objekt vybaven. Znázornění možných požadavků uživatele na potřebné funkce zásuvkových a sdělovacích rozvodů je na obr. 1.
Poté, co jsou definovány základní funkce instalace, je důležité prodiskutovat a podrobně popsat způsoby jejich činnosti. V tomto kroku obvykle narazíme na speciální požadavky zákazníka, které podmiňují určitou vzájemnou provázanost činností různých funkcí. Může to být na první pohled jednoduchý úkol, jakým je zajištění správné tepelné pohody, a to nezávisle v jednotlivých místnostech a současně ve vazbě na jejich okamžité využívání. Vyřešení tohoto zadání vyžaduje použití prostorových termostatů s regulátory, z nichž každý tvoří součást regulační smyčky pro danou místnost. Na konci každé smyčky bude vhodný akční člen regulující přívod tepla (např. termoelektrický ventil). Dále je třeba vyřešit vhodný způsob vazby na okamžité využívání místnosti. Při mnohdy časově vymezeném používání je možné přepínání mezi pobytovým (komfortním) režimem a úspornými režimy podle časového harmonogramu. Vždy však lze upravit řízení i s vazbou na přítomnost, kdy je možné dosáhnout skutečně optimální spotřeby tepelné energie.
Když jsou zpracovány popisy požadovaných činností a způsobů ovládání všech funkcí použitých v objektu, nastává ta pravá chvíle k rozhodnutí, zda použít instalaci klasickou, či systémovou. To znamená posoudit, zda autonomní systémy, které jsou navzájem nezávislé, nesouvisející, a tedy nespolupracující, zvládnou plnění všech požadavků. Protože na trhu existuje široká škála takovýchto relativně levných, specializovaných systémů, je možné zvolit právě toto relativně nejvýhodnější řešení. Při výběru je přitom nutné pamatovat na to, aby zvolený dílčí systém zvládl řízení podle všech požadavků uživatele, včetně případných vazeb na koordinaci činnosti s dalšími funkčními oblastmi. Je potřeba vzít do úvahy také reference na vybíraný systém.
V tomto okamžiku narážíme na hranici pro rozhodování, zda použít klasickou, nebo systémovou instalaci. Jestliže zmíněné lokální řídicí systémy již nejsou schopny zajistit potřebné vazby na další funkce, nezbývá než využít některou ze systémových instalací.
Jak se rozhodnout?
Relativně rozšířená je domněnka, že systémové instalace jsou vhodné jen pro velké objekty a že použití systémové instalace se týká výhradně rozsáhlých elektrických instalací. Není to tak. Porovnejme si dva praktické příklady malých instalací, u nichž se rozhodovalo mezi klasickou a systémovou instalací.
Příklad 1
Majitelka dvoupokojového bytu v panelovém domě požadovala cenové porovnání systémové instalace s již zpracovaným projektem rekonstrukce stávající klasické instalace. V tomto projektu byla uvažována cena instalace cca 50 000 Kč. Přitom projekt vycházel pouze z náhrady hliníkových vodičů v soustavě TN-C za měděné v soustavě TN-S (TN-C-S), výměny zásuvek a spínačů a doplnění nových rozvaděčových přístrojů – kromě jističů také proudový chránič a svodič přepětí. Nebylo uvažováno žádné rozšíření funkcionalit oproti předchozímu stavu.
Jelikož není uvažováno spínání některých zásuvek, v systémové instalaci budou zásuvkové obvody zcela shodné, jako v instalaci klasické. Neuvažuje se ani se stmíváním některého ze svítidel. V systémové instalaci samozřejmě budou použity stejné jističe, proudové chrániče i svodiče přepětí, jako v instalaci klasické. Co se týče silových vodičů, uvažujme opět přibližně shodné množství, i když ve skutečnosti bude poněkud jednodušší zapojení. Naopak pro připojení ovládacích přístrojů použitých namísto klasických elektromechanických spínačů potřebujeme doplnit sběrnici. V souhrnu lze říci, že vodičů bude stejné množství v klasické i systémové instalaci.
Budeme tedy porovnávat ceny kompletních projektů elektrických instalací vybavených pouze zásuvkovými a světelnými obvody, tedy bez zřizovacích předmětů (svítidel, popř. infrazářiče v koupelně). V klasické instalaci jsou pro tento účel použity elektromechanické spínače s jednotkovou cenou kolem 100 Kč. V systémové instalaci je nutné použití tlačítkových rozhraní (binárních vstupů) s klasickými tlačítky na ovládací straně a spínacích akčních členů na straně výkonové. Pořizovací náklady na jeden spínaný kanál by v tomto případě dosáhly výše kolem 1000 Kč. Nelze se ovšem dopustit zjednodušené kalkulace, tedy porovnání ceny klasického spínače s cenou přístrojů potřebných pro činnost jednoho kanálu v systémové instalaci a říci, že systémová instalace by byla 10x dražší než instalace klasická. Je potřeba do kalkulace zahrnout všechny další položky (vodiče, zásuvky, rozvaděčové přístroje). Takto dospějeme k výsledné ceně kolem 75 000 Kč. Přitom jsme navíc získali pouze možnost doplnění o centrální funkci, která ovšem v tomto případě jakožto nadstandardní nebyla požadována. Výsledkem porovnání tedy zůstává jednoznačné rozhodnutí pro instalaci klasickou.
Ukazuje však tento příklad, že každopádně je systémová instalace v malých objektech dražší a také z hlediska uživatele nepřinášející nic nového? Abychom zjistili, že i v malém objektu může být použití systémové instalace výhodné, nahlédněme na jiný příklad z praxe.
Příklad 2
Na činnost elektrické instalace v zasedací místnosti se čtyřmi okny s venkovními žaluziemi a čtyřmi okruhy zářivkového osvětlení jsou kladeny následující požadavky: svítidla mají být v jednotlivých okruzích samostatně spínána a stmívána, žaluzie mají být individuálně ovládány. Současně však musí být zajištěno souběžné ovládání všech svítidel a všech žaluzií, musí být možné spínat předem zvolené různé kombinace provozních stavů svítidel i žaluzií – scén (pro poradu, pro přednášku s projekcí, pro přestávku apod.). Kromě toho je požadována centrální funkce pro současné vypnutí všech svítidel a svinutí žaluzií. Ovládání má být možné manuální i dálkovým ovladačem.
Z tohoto stručného popisu činnosti funkcí je patrné, že požadované činnosti nelze zajistit pouze klasickými elektromechanickými spínači. To znamená, že i v klasické instalaci se pro splnění požadovaných činností nelze obejít bez použití náročnějších elektronických spínačů a stmívačů. Pokud bychom poněkud slevili z požadavků na činnost všech funkcí (rozdělení kombinací provozních stavů na scény světelné a různých nastavení žaluzií a také dvě centrální funkce – jednu pro svítidla, druhou pro žaluzie), je možné řešení v klasické instalaci.
Ovšem bez jakéhokoli omezení, navíc s možností jednoduchého rozšiřování funkcionality (např. doplnění o řízení režimů činnosti vytápění/chlazení ve vazbě na způsob provozu v zasedací místnosti) lze splnit veškeré požadavky podle zadání v instalaci systémové. Přitom se výrazně zjednoduší silové propojení – bude zapotřebí menší množství vodičů, čímž se také sníží montážní pracnost.
Cenové srovnání zjednodušíme na pouhé porovnání cen přístrojů v klasické a v systémové instalaci. V daném případě je cena přístrojů v systémové instalaci jen o několik málo procent vyšší než cena přístrojů pro klasickou instalaci.
Z tohoto příkladu je patrné, že rozhodnutí o použití klasické nebo systémové instalace vůbec nezávisí na velikosti objektu, ale na požadavcích na funkcionality v něm a na požadovaných způsobech ovládání.
Kterou z celé řady systémových instalací použít?
Na trhu je k dispozici poměrně široká škála systémových instalací, z nichž značná část je vybavena tzv. centrální řídicí jednotkou. Patrně každá z nich by určitým způsobem dokázala splnit požadavky podle předchozího příkladu. Ovšem je nutné vzít do úvahy, že tyto relativně jednodušší systémy jsou určeny pouze pro méně rozsáhlé instalace, jakými jsou byty, rodinné domy, menší komerční objekty. Jejich společnou nevýhodou je velmi často fakt, že jsou vyráběny pouze jediným výrobcem. Další nevýhodou může být neschopnost zajistit splnění velmi náročných požadavků na činnost široké škály funkcí.
Máme-li uvažovat, že systémovou instalaci do objektu pořizujeme na dobu několika desítek let, měli bychom také zvážit, zda po této době budou k dispozici přístroje pro rozšíření o nové činnosti, zda příslušný výrobce bude i nadále nabízet prvky pro tento systém.
Systémy jednoho výrobce mívají další nepříjemnou vlastnost. Jen málo z nich dokáže spolupracovat s jinými systémy, zpravidla specializovanými na řízení jednoho souboru funkcí (vytápění, klimatizace apod.) a vybavenými možností komunikace s tzv. otevřeným protokolem (KNX, LON, TCP IP, BACnet, M-bus atd.).
Naznačená negativa lze velmi snadno vyřešit použitím jediného celosvětově normalizovaného systému určeného pro řízení všech funkcí v budovách (ČSN EN 50090, ISO/IEC 14543).
Uživatel podle obr. 2 může ovládat všechny funkce a také kontrolovat jejich aktuální provozní stavy připojením všech potřebných prvků ke společné KNX sběrnici.
Výhody systémové instalace KNX
Celosvětová normalizace systému KNX napomohla také k jeho celosvětovému rozšíření. V budovách je tato elektroinstalační soustava využívana ve stále širší míře a počty těchto instalací v jednotlivých zemích se prudce navyšují. Je to zásluhou stále vyšších nároků uživatelů na různorodost funkcí, jimiž jsou objekty vybavovány, a možnosti vytvářet KNX instalace plně vyhovující těmto vzrůstajícím požadavkům.
Na výrobě prvků pro KNX instalace se ve světě podílí více než 400 producentů – členů Mezinárodní asociace KNX (KNX Association cvba). Všechny KNX výrobky těchto firem mohou spolupracovat ve společných instalacích a vzájemně se podporovat při zajišťování provozu všech požadovaných funkcí. Při takto vysokém počtu výrobců má každý zákazník možnost širokého výběru potřebných přístrojů, které vyhoví právě jeho potřebám pro ovládání všech požadovaných činností.
Výrobci svoje výrobky označují logem KNX (obr. 3) na základě povinného odzkoušení v některé z akreditovaných zkušeben. Kromě zkoušek elektrické bezpečnosti a elektromagnetické kompatibility výrobky podstupují náročné prověřování vzájemné komunikace v systémové KNX instalaci.
Ve více než 140 zemích napomáhá k využívání systému již téměř 70 000 certifikovaných partnerů – systémových integrátorů. Každý z nich byl vyškolen v některém z více než 400 oficiálních školicích center rozmístěných v přibližně 60 zemích.
Tři takováto školicí centra působí také v naší republice: V Jablonci nad Nisou (ABB), ve Zlíně (Baťova univerzita) a v Ostravě (VŠB-TU). Probíhají jednání o otevření dalšího školicího centra v Brně. Převážná část certifikovaných partnerů nejen z České republiky (je jich zaregistrováno kolem 450), ale také ze Slovenské republiky a část partnerů z Gruzie či Běloruska, byla vyškolena v těchto centrech.
Podporu systémovým integrátorům i uživatelům systémových instalací KNX zajišťují národní skupiny KNX. Také u nás působí spolek KNX národní skupina České republiky, který se významně podílí na šíření informací o této systémové elektrické instalaci. Pořádá workshopy pro začínající elektroinstalatéry, v přednáškách na konferencích poukazuje na přednosti systému a na veletrzích a výstavách předvádí jeho činnost. Svou expozici měla národní skupina například na veletrhu AMPER 2016 v Brně. Sídlo spolku je v areálu VUT FEKT v Brně. Členy spolku jsou zástupci některých výrobců přístrojů KNX, systémoví integrátoři a také vysoké školy.
Hlavní výhody systémové instalace KNX lze shrnout do následujících bodů:
– Jediná celosvětově normalizovaná soustava pro řízení funkcí v budovách.
– Ve společné instalaci spolehlivě pracují přístroje různých výrobců.
– V instalaci lze řídit všechny funkce používané v objektu.
– Vzdálené přístupy v libovolném rozsahu.
– Je možný jak automatický provoz funkcí, tak i jejich manuální ovládání.
– Výrazně nižší spotřeba vodičů ve srovnání s klasickou instalací.
– Snadné změny v uspořádání instalace i při doplňování o další funkce.
– Spolehlivá spolupráce přístrojů starších se zcela novými.
– Vysoká životnost a spolehlivost.
– Operativní servis i přeprogramování instalace prostřednictvím vzdálených přístupů.
Všichni výrobci neustále zdokonalují svoje výrobky, které tak mohou vykonávat stále složitější úkoly. V případě potřeby, především při vzdálených přístupech, mohou být použity také přístroje se zabezpečenou komunikací.
Jaké jsou náklady na KNX systémovou instalaci?
Bude-li v budově požadováno pouze spínání osvětlení, pořizovací náklady na ovládací prvky budou nižší v klasické instalaci než v instalaci KNX. Ovšem na druhou stranu je nutné poznamenat, že jen výjimečně se vyskytují objekty, v nichž je pro systémovou instalaci požadováno jen prosté spínání osvětlení. Instalace je obvykle použita i pro řízení dalších funkcí jako:
– stmívání osvětlení, řízení světelných a podobných scén,
– ovládání stínicí techniky (žaluzie, rolety, markýzy apod.),
– ovládání pohonů oken, vrat, dveří,
– zajištění tepelné pohody v jednotlivých místnostech (vytápění, ventilace, klimatizace),
– řízení provozu různých spotřebičů, spínání silových zásuvek,
– zábrana vytvoření ledového povrchu na chodnících a vyhřívání okapových žlabů,
– automatické závlahy na zahradách,
– simulace přítomnosti,
– systém zabezpečení budovy,
– požární signalizace a zabezpečení,
– spolupráce s různými specializovanými systémy,
– ovládání audio- a videosystémů,
– vizualizace a vzdálené přístupy atd.
Čím vyšší počet funkcí je v objektu zapotřebí, tím výhodnější je využití systémové instalace KNX ve srovnání s instalací klasickou, využívající specializované, vzájemně nespolupracující systémy. S rostoucím počtem zajišťovaných funkcí rostou pořizovací náklady v systémové instalaci přibližně lineárně, zatímco v klasické instalaci až exponenciálně, jak je znázorněno na obr. 5.
Uživatel může definovat svoje požadavky na činnosti jednotlivých funkcí podle své potřeby. Potom v každé místnosti může být např. vytvořen optimální režim provozu vytápění, zajišťující požadovanou tepelnou pohodu vždy v době jejího využívání. Po ostatní dobu bude topení převedeno do úsporného režimu, což znamená vysokou úsporu provozních nákladů.
Vysoká rozmanitost řízených funkcí s libovolnými vzájemnými vazbami
Jen pro názornost uveďme příklady možností řízení osvětlení v KNX instalacích. K prostému spínání osvětlení přistupuje řada dalších funkcí, jakými jsou:
– stmívání osvětlení,
– řízení intenzity s důrazem na stálou osvětlenost,
– vazba provozu osvětlení na přítomnost osob,
– centrální funkce,
– předem nastavené hodnoty intenzity osvětlení pro různé účely (pro běžný provoz, pro úklid, pro strážní službu),
– scénický provoz,
– logické vazby (řízení osvětlení ve vazbě na jiné činnosti),
– časově zpožděné samočinné vypnutí,
– zablokování v předem určeném stavu,
– vazba na určité měřené hodnoty,
– odesílání aktuálních hodnot.
Mnohé z uvedených funkcí, jejichž realizace by v klasické instalaci byla velmi drahá a pracná, se v KNX instalacích vytvářejí velice jednoduše, protože aplikační softwary používaných přístrojů to dovolují. V klasice náročná, ale v KNX jednoduchá je např. realizace centrálních funkcí, což je otázkou pouze přiřazení komunikačních adres ke všem dílčím funkcím. Potom např. při odchodu z budovy budou vypnuta všechna svítidla, žaluzie se nastaví do předem definovaných poloh, vytápění bude převedeno do úsporného režimu, určené zásuvky a spotřebiče budou vypnuty.
Snadné je také vytváření scén – předem definovaných provozních stavů různých spotřebičů (nejčastěji svítidel, ale také žaluzií, režimů vytápění apod.) pro různé příležitosti.
Nejen už zmíněné, ale i mnohé další funkce mohou být realizovány při použití současných KNX přístrojů jejich vhodným naprogramováním. K nastavení jejich součinnosti s dalšími prvky v systémové instalaci KNX často nejsou potřebné přídavné komponenty, postačí využít možností aplikačních programů již nainstalovaných přístrojů.
Řízení na stálou osvětlenost v kancelářských a podobných objektech je zdrojem významných úspor energie na osvětlování. Ještě vyšší úspory energie zajistí přidaná vazba na přítomnost osob v takto osvětlovaných prostorách. A ihned se nabízejí vazby na řízení dalších funkcí, především na vytápění a chlazení. V klasických anebo jednoduchých systémových instalacích byl režim řízení teploty navázán pouze na časové programy. Ovšem ty nemohou snadno postihnout fakt, že až 30 % časově řízených místností v komerčních a podobných budovách zůstává prázdných. A v nich je zbytečně udržována teplota na úrovni vytvořené pro příjemné pracovní prostředí, přičemž by plně postačilo teplotu udržovat na pohotovostní hodnotě, tedy s nižší energetickou náročností. V KNX instalaci se proto podle časového programu přepínají individuálně nastavené termostaty pouze mezi úsporným a pohotovostním režimem, přepnutí do komfortního režimu provozu zajišťuje vazba na přítomnost. Potom lze např. na vytápění ušetřit nejméně dalších 8 % z provozních nákladů.
Kancelářské a podobné místnosti bývají běžně vybavovány i stínicími prostředky – především venkovními žaluziemi pro zabezpečení osob před oslněním přímým slunečním světlem. Pro zajištění maximální energetické efektivity je ale potřeba, aby žaluzie byly řízeny zcela automaticky – lamely se samočinně natáčejí a do vnitřního prostoru směrují co nejvíce přirozeného světla, ovšem bez oslňování, přičemž současně odrážejí tepelné záření dovnitř (při spolupráci s topením – úspora energie na vytápění až 15 %) nebo do venkovního prostoru (při spolupráci s chlazením – úspora energie na chlazení až 30 %).
Všechny naznačené vazby lze v KNX instalaci snadno realizovat využitím vhodně nastavených softwarových vazeb mezi jednotlivými přístroji, zabezpečujícími požadované funkce, ve spolupráci se snímači povětrnostních údajů (např. podle obr. 6) a specializovaného logického modulu v rozvaděči.
Při řízení provozu venkovních žaluzií, ale také markýz, střešních oken apod., je totiž důležité svázat činnost těchto zařízení s okamžitými povětrnostními podmínkami, aby nedošlo k jejich poškození silným větrem, namrzajícím deštěm, což zároveň předchází případným škodám na majetku, například následkem vnikajícího deštěm apod. K tomu jsou mj. potřebné povětrnostní stanice. Ty svými snímači sledují okamžité povětrnostní podmínky a předávají potřebné informace na sběrnici. Začne-li foukat silnější vítr, než je stanovená mez pro venkovní žaluzii nebo markýzu, svine se stínicí prostředek do zabezpečené polohy a v ní zůstane zablokován, dokud trvá větrný poplach.
V instalacích KNX je poměrně snadné naprogramovat libovolně složité vazby pro řízení všech funkcí a do regulačních procesů zahrnout veškeré fyzikální veličiny, které mohou mít dopad na spotřebu energie v budově. Jen je nezbytné umět správně definovat požadavky. Teprve na tomto základě je projektant schopen správně navrhnout řešení celé instalace KNX.
Závěr
I přes stále se vyskytující nedůvěru ke všemu progresivnímu se i v České republice systém KNX využívá stále častěji. Vždyť se jedná o jedinou celosvětově normalizovanou soustavu určenou pro řízení všech funkcí v budovách. A její neocenitelnou výhodou je možnost spolupráce prvků různých výrobců ve společné instalaci, s programováním jedním společným softwarem ETS®, což umožňuje také jednoduché dodatečné změny a doplňování uspořádání instalace.
JOSEF KUNC
foto archiv autora
Literatura a odkazy:
1) KUNC, J. Elektroinstalace krok za krokem, 2., zcela přepracované vydání. Praha: Grada, 2010.
2) KUNC, J.: Rekonstrukce elektroinstalace. Praha: Grada, 2013.
3) KUNC, J.: Články v časopisech AZ Elektro, Elektroinstalatér, Elektrotechnika v praxi, Světlo.
4) www.knx.org, www.knx.org/cz, www.knxcz.cz.
Ing. Josef Kunc (*1945)
absolvoval obor technická kybernetika na Elektrotechnické fakultě VUT v Brně. V současné době působí jako poradce při projektování a zprovozňování KNX systémových instalací. Pracuje jako sekretář ve spolku KNX národní skupina ČR.
