Многим знакомо такое направление литературы и киноиндустрии, как научная фантастика и те, кто заострял на ней свое внимание, не могли не отметить, как те или иные появившиеся изобретения (и теперь уже привычные нам средства обихода) будто сошли со страниц произведений [1].
Так, сотовые телефоны и планшеты родились из фантастического фильма «Стар Трек» («Звездный путь», 1979 г., США). Голосовой поиск Гугл и другие голосовые переводчики тоже родом из научной фантастики: «Первый Контакт» (1945 г. новелла Мюррея Лейнстера), «Звездный путь» и «Автостопом по галактике» (Дугласа Адамса, 2005г.). Камеры видеонаблюдения имеют прототип в антиутопии Джорджа Оруэлла «1984» [2], а первый «умный дом» — Сара появился в американском научно-фантастическом телесериале «Эврика» в 2006 году.
И, если с телефоном, планшетом и голосовым поиском многие хорошо знакомы, то «умный дом» известен не всем. Поставив задачу, выяснить, что же такое «умный дом», я столкнулась с проблемой определения этой конструкции или явления как такового. Оказалось, что «умный дом» в самом простом и обобщенном смысле – это явление, при котором возможно дистанционное управление бытовым электрооборудованием в жилом помещении (квартире, доме или даже санатории), обеспечение безопасности и комфортного проживания. Однако пути достижения цели разные. Это может быть один контроллер, к которому через интернет-кабели подключено все оборудование, включая сотовый телефон и планшет, которые и будут являться панелями дистанционного управления (с помощью специальных приложений). А может быть комплект «умного» оборудования, с набором приложений для каждого, установленных на телефон и позволяющих так же управлять дистанционно при помощи заданных программ. Программы могут быть составлены потребителем самостоятельно, а могут быть включены производителем в настройки меню.
«Умные дома» сегодня позволяют не только облегчить быт, но и снизить (или вовсе свести к нулю) количество потребляемых ресурсов, что становится возможным благодаря обмену информацией между различным оборудованием. Более того, учитывая экологическое состояние окружающей среды, использование альтернативных источников электроэнергии (энергии солнца и ветра) в настоящее время не является роскошью, а все больше становится необходимостью, поскольку позволяет снизить траты на отопление и электроснабжение, уменьшить негативное влияние на экологию и обеспечить при необходимости полную автономию.
Под термином «умный дом» обычно понимают интеграцию следующих систем в единую систему управления зданием [3]:
- Системы управления и связи (отвечает за удаленное управление всеми электроприборами, приводами механизмов, механизацию здания, а также управление телефонной связью и локальной сетью здания);
- Система отопления, вентиляции и кондиционирования (обеспечивает благоприятный климат в доме в заданном режиме);
- Система освещения (экономит электроэнергию за счет рационального использования естественного освещения);
- Система электропитания здания (обеспечивает бесперебойное питание, автоматически переключая на альтернативные источники электроснабжения);
- Система безопасности и мониторинга (включает систему видеонаблюдения, систему контроля доступа в помещения, охранно-пожарную сигнализацию, автоматическую блокировку водоснабжения при протечке и заливе помещения, удаленное управление системами дома через телефон).
Также для сведения тепловых потерь к нулю необходимо обеспечить эффективную изоляцию. Во-первых, необходимо утеплить стены, кровлю и пол, что в дальнейшем будет способствовать экономии до 40 % потребляемой энергии. Во-вторых, способствовать сохранению тепла с помощью низкоэмиссионных стекол. В-третьих, снизить теплообмен с окружающей средой и сосредоточить его в помещении позволит система вентиляции с рекуперацией (пластинчатый рекуператор, который, в среднем, обладает эффективностью 50 %, способен вернуть 2.4 кВт*ч энергии, что позволяет снизить затраты на отопление дома практически в два раза) [3].
Каким образом применяют альтернативные источники в системе «Умный дом»? Солнечные батареи могут быть использованы для уличного освещения; солнечные коллекторы — для нужд горячего водоснабжения, солнечные панели и/или ветровые станции – в качестве источника электроэнергии для основных потребителей. Система геотермального отопления благодаря поддержанию теплового режима позволит круглый год чувствовать себя комфортно. Дождевая вода может использоваться для технических нужд.
Этому имеется практическое подтверждение. Так, в Дании уже есть районы, застроенные исключительно «умными домами» (рис. 1).
Рис. 1. Датский поселок Стенлесе Юг-результат проекта строительства экспериментального энергоэффективного поселения, ставшего крупнейшим в Европе [4]
Особенность дома (рис. 2) — большие окна, обращенные на юг. В этих окнах стоят низкоэмиссионные стекла. Аргон, закаченный внутрь стеклопакета не дает окисляться и темнеть внутреннему напылению на основе серебра (оно имеет высокую плотность атомов и не пропускает излучения длинноволнового спектра).
Рис. 2. Один из первых домов, построенный с момента начала проекта
Таким образом, свет проникает внутрь помещения, нагревает воздух и предметы, однако тепло, излученное этими предметами, отражается стеклом обратно в комнату.
В помещении площадью 30 м2 возможна экономия до 0,7 т.у.т. в год. Рекуперативная вентиляция в доме является отличным решением для кухни. Она откачивает отработанный теплый воздух и использует его тепло для нагрева свежей порции. Крыша оборудована стоками, которые собирают дождевую воду в трубу, пропускают ее под землей через фильтр и скапливают в резервуаре.
В центре Копенгагена построен самый чистый дом – «Зеленый маяк» (принадлежит копенгагенскому университету, факультету естественных наук (рис.3)). Энергоэкономии (до 75 %) способствует не только оборудование, но и архитектура самого здания: стены образуют круг, что способствует постоянному проникновению солнечного света.
Рис. 3. «Зеленый маяк» – ориентир будущих построек в Дании с 2020 года.
Внутренняя окраска, текстура стен, конструкция здания подобраны таким образом, чтобы максимально рассеивать проникающий туда свет (рис.4). Отсутствие сплошных перекрытий между этажами способствуют свободной циркуляции воздуха и освещению помещений с восхода до заката (рис. 5). [5].
Рис. 4, Рис. 5. Внутренняя архитектура «Зеленого маяка»
Постоянный мониторинг температуры, влажности, уровня углекислого газа и освещенности помещений производится с помощью специальных датчиков и позволяет задавать и поддерживать наиболее комфортный климат. Сенсорные датчики определяют направление и интенсивность солнечного потока и в нужный момент, при необходимости, приглушают его (специальными жалюзи). На крыше расположены ряды солнечных батарей и коллекторов, энергия которых используется на отопление и горячее водоснабжение.
Также для отопления и кондиционирования «Зеленого маяка» используется система геотермального отопления (рис. 6): 5 больших преобразователей, вкопанных на 25 метров могут собирать тепло из большого обьема окружающей земли (на этой глубине температура земли остается со знаком плюс даже зимой). В контур системы закачен специальный сжиженный газ (может использоваться так же жидкость с антифризом или обычная вода), который имеет низкую температуру кипения. Пар, образующийся при кипении, сжимает компрессор под сильным давлением, в результате газ в контуре нагревается до 100 градусов и выше.
Рис. 6. Система «геотермальное отопление»
Таким образом и отапливается помещение. Летом систему можно переключить в обратный режим и она будет работать в режиме кондиционирования.
Инновационный «умный дом» построен и в загородном поселке в пригороде Москвы (рис. 7). Основа – теплоизолирующие и абсолютно герметичные стены (герметичность проверяется под давлением). Стены утепляются по особой технологии: укладкой изолирующей ваты в несколько слоев под углом в 45 градусов по отношению к стене и встречно по направлению слоев друг к другу, что предотвращает утечку тепла в местах стыка с деревянными элементами конструкции) Дополнительно стены оклеивают изнутри металлизированной пленкой, которая позволяет сохранять тепло.
Рис. 7. Загородный дом в пригороде Москвы
В Омской области с 2012 года в Русско-Полянском районе также практикуется использование альтернативной энергетики в качестве источников электроэнергии (пока еще дополнительной). Такой способ энергоснабжения позволяет вдвое уменьшить плату за электроэнергию [6].
Однако рассмотренные случаи на территории России единичны и, к сожалению, не нашли широко применения. Причина — в низком уровне информированности потенциальных заказчиков о технологиях и преимуществах автоматизации, а также о тех реальных выгодах и улучшениях, которые она несёт [7]. Популяризовать систему «умный дом» можно несколькими способами: путем снижения стоимости системы до уровня жилья с традиционной бытовой техникой (на начальной стадии это возможно путем государственного поощрения или снижения эксплуатационных расходов) или строительством жилья, сдаваемого внаем (что позволит упростить окупаемость инвестиций) [8].
Литература:
- 15 научно-фантастических предсказаний, воплотившихся в реальной жизни // big.picture URL: http://bigpicture.ru/?p=319393 (дата обращения: 04.12.2016).
- Научная фантастика, ставшая реальностью // nakonu.com URL: http://nakonu.com/2015/08/18389 (дата обращения: 04.12.2016).
- Тиханова Ю. А., Алешина А. С. Энергосбережение в «умном доме» // Неделя науки СПБГПУ. — 2014. — С. 175–177.
- В Дании построили полностью энергоэффективный посёлок // ОЛИМПСТРОЙ — инновации в строительстве URL: http://sc-os.ru/energyefficiency/169-v-danii-postroili-polnostyu-energoeffektivnyy-poselok.html (дата обращения: 05.12.2016).
- Умный дом за два дня // youtubeURL: https://www.youtube.com/watch?v=0Og_i5euB28 (дата обращения: 04.12.2016)
- В Русско-Полянском районе обживают «умный дом» // gtrk-omsk URL: http://gtrk-omsk.ru/news/93900/ (дата обращения: 04.12.2016).
- Попова М. Ю., Сысоев А. А. Проблемы и перспективы развития системы «умный дом» в РФ // Наука, образование, общество: проблемы и перспективы развития. — Тамбов: ООО «Консалтинговая компания Юком»,, 2015. — С. 76–78.
- Харке, В. Умный дом. Объединение в сеть бытовой техники и систем коммуникаций в жилищном строительстве. — М.: Техносфера, 2006. — 292 с.
