Освещение

Управление светом и климатом на основе KNX для квартиры 150м*м.

В предыдущих статьях мы выбрали, на основе каких стандартных протоколов будут управляться системы в квартире бизнес класса. Для управления инженерными системами (освещение, привода штор, HVAC) решили использовать оборудование стандарта KNX.

Теперь подберем оборудование, которое сможет решить эти задачи управления, и при этом не выйти за средний уровень бюджета.

Управление освещением

Для квартир, пожалуй, наиболее часто реализуют управление освещением. Даже отдельный светильник с датчиком движения, установленный в коридоре, и включающий свет при обнаружении движения — это уже управление светом, хотя и локальное, без включения его в единую систему управления. В нашем случае все системы управления мы объединяем в единое целое.

Для жилых помещений удобнее и приятнее для обитателей использовать именно диммирование. Оно позволяет плавно менять яркость освещения, создавать множество световых сценариев, и учитывать время суток при запуске сценария, изменяя его яркость и цвет.

В нашем случае световые группы одноцветного освещения расположены следующим образом:

Всего 28 групп осветителей, из них диммируемых 21.

Расположение RGBW светодидных лент выбрано таким образом:

Групп RGBW лент 10 штук.

Оборудование, которые мы будем использовать в качестве исполнительных устройств (диммеров, реле, контроллеров штор и HVAC).

Это продукция испанской компании Zennio. Оборудование хорошего качества, и не столь дорогое, как продукция немецких производителей «первого эшелона».

Диммеры одноцветных ламп — двухканальные устройства Zennio DIMinBOX DX2. Модель универсальная, с возможностью диммирования как ламп накаливания, так и диммируемых светодиодов. Если потребуется управлять более мощными группами освещения (в нашем проекте таких нет), можно использовать эти же диммеры, но в одноканальном режиме.

К этим диммерам можно подключать компактные датчики освещенности и движения (на фото в нижнем ряду). Удобное и экономичное решение, если не требуется сложный и дорогой датчик на множество параметров.

Светодидные летны RGBW для своего управления требуют специальных 4х канальных контроллеров, по одному каналу на каждый цвет. В нашем случае использованы LED контроллеры Zennio Lumento X4. Контроллер очень «умный», с поддержкой множества сценариев, в том числе динамических. На нем можно, скажем, плавно включить светодидную ленту, в момент включения плавно меняя ее цвет с голубого на белый, а выключать, плавно меняя цвет с белого на красный. Ограничение мощности — не более 2.5А на канал. То есть если у вас есть сегмент LED ленты средней мощности длиной более 5м (в нашем проекте есть и 10, и 20 метров), после контроллера надо устанавливать дополнительное устройство — усилитель. У Zennio сейчас есть и другие RGB LED контроллеры, с мощностью до 6А на канал, но в момент подготовки проекта они еще не были доступны к заказу.

Управление шторами

Управление шторами — это часть системы управления освещением. В проекте 3 группы управляемых штор, в гостиной и спальне.

Привода штор использованы от компании Somfy, контроллер управления — Zennio MAXinBOX SHUTTER 4CH.

Управление обогревом

Греть помещения мы можем теплыми полами и батареями. И еще у нас есть 4 кондиционера, которые работают как в режиме охлаждения, так и обогрева.

Зон теплых полов будет 10. В каждой зоне запланирован свой термодатчик, который в добалвение к датчикам в выключателях, сенсорных панелях, и комплексных датчиках, позволит гибко управлять обогревом.

Расположение батарей и кабельные трассы к приводам приведены на предыдущем чертеже.

Управлять батареями будет контроллер Zennio HeatingBOX 230V 8X. Он может управлять 8 независимыми зонами обогрева, в каждой зоне до 5 батарей. Саму процедуру открытия-закрытия клапанов на батареях выполняет термоэлектрический привод клапана AP 561.

Управление кондиционерами

С кондиционерами вышла небольшая накладка. Изначально планировалось устанавливать кондиционеры Daikin, к котороым можно подключиться шиной KNX через шлюз Zennio KLIC-DD. Шлюз подключается на внутреннюю шину кондиционера, и обеспечивает двухстороннюю связь кондиционера с KNX шиной. Мало этого, он рекомендован к применению изготовителем кондиционеров, гарантия на кондиционеры при таком управлении сохраняется.

Но на момент установки кондиционеров выяснилось, что кондиционеры были куплены хоть и Daikin, но бюджетной серии, подлючить к которой KLIC-DD невозможно. Пришлось поменять уже купленные шлюзы на ИК модели IRSC. Но у этих моделей связь односторонняя, а приобретенные кондиционеры не имеют раздельных ИК команд на включение и выключение. Чтобы в системе управления можно было «узнать», включен ли сейчас кондиционер, дополнительно потребовались модули учета энергопотребления Zennio KES.

Управление вентиляцией

Заказчиком была выбрана многозонная вентиляционная система среднего ценового диапазона. Управление ею возможно по протоколу ModBUS. Довольно простой протокол управления, широко распространенный на промышленных объектах. Чтобы связать его с нашей KNX системой потребовался достаточно сложный шлюз. Сложный потому, что принципы работы ModBUS и KNX сильно отличаются, и нужен свободно программируемый контроллер (по сути — микрокомпьютер), который бы мог правильно преобразовывать команды. После долгих раздумий и анализа возможных вариантов (дорогих вариантов, надо отметить) таким шлюзом в нашем проекте стала Logic Machine 5 компании Embedded Systems.

Устройство очень интересное и многофункциональное. Часто его применяют как универсальный шлюз «из чего угодно во что угодно». KNX и IP, DALI и DMX, ModBUS и BacNET. Но это малая толика того, что умеет LM5. Так, ее можно использовать для визуализации измеряемых в жилище параметров, построении графиков изменения, например, влажности или качества воздуха, и анализировать имеющиеся тренды.

Интерфейс Mosaic. Изображение с сайта logicmachine.net.ru

В нашем проекте мы планируем использовать LM5 как шлюз между KNX, ModBUS, BacNET и IP. Кроме этого устройство будет источником времени для KNX устройств, что позволит динамически модифицировать сценарии освещения в зависимости от времени суток.

Для корректного управления вентиляцией мало получить возможность посылать ModBUS команды. Надо еще понимать, когда их посылать и какие именно. Нам нужны сенсоры физических величин, особенно сенсоры качества воздуха VOC.

Включать вентиляцию лучше не по уровню углекислого газа CO2 в помещении, а по уровню летучих органических примесей (VOC — volatile organic compounds). Для измерения этого параметра потребуются специфичные датчики.

Учитывая, что измерять надо и температуру, и влажность, и уровень освещения, а встраивать в потолок жилого помещения ряд датчиков в кажую комнату не хотелось бы, мы использовали комплексные датчики, которые измеряют сразу множество параметров.

Это датчики производства немецкой компании Esylux. Левый, более простой датчик PD-ATMO 360i/8 A, измеряет:
— температуру,
— влажность,
— уровень шума,
— уровень освещения,
— является датчиком присутствия.

В правом датчике PD-ATMO 360i/8 O к этому списку добавлено измерение летучих примесей VOC. На основе этих данных и будет работать вентиляционная система.

Упомянутый выше датчик присутствия, и датчик движения — это разные датчики. Если человек сел в кресло и читает книгу, почти не двигаясь, датчик движения «считает», что в комнате никого нет, и посылает команду на выключение света. Датчик же присутствия, будучи существенно более чувствительным устройством, распознает присутствие сидящего человека.

Если в помещении требуется только датчик присутствия и оценки уровня освещения, можно использовать более компактные и дешевые модели Esylux PD-C360i/8 mini.

Сравнительные размеры датчиков.

Выключатели и настенные панели

К внешнему виду щитового оборудования редко предъявляют специальные требования. Главное, чтобы работало надежно. Внешний вид датчиков должен отвечать одному требованию — незаметности. А вот внешний вид настенных сенсорных панелей и выключателей должен удовлетворять целому ряду противоречивых требований. Подходящего дизайна, не маркие, надежные, и просто красивые.

Если речь идет о внешнем виде и дизайне, итальянские дизайнеры признаны во всем мире. И в нашем проекте настенные выключатели и панели выбраны от итальянского бренда Ekinex (компания SRS). Появился он на нашем рынке в прошлом году, отечественные компании — инсталляторы пока еще «присматриваются» к бренду, и стараются применять продукцию этой компании в не очень крупных проектах. Наш проект — один из таких. Заказчик согласился с нашим выбором компании — производителя, и подобрал выключатели минималистичной безрамочной серии FF с использованием какого-то особенного пластика. Посмотрим, как этот материал поведет себя во время эксплуатации.

Сенсорная панель с дополнительными механическими кнопками. В ней настраивается все, вплоть до повышении яркости подсветки экрана при приближении к нему.

Пара фотографий выключателей в интерьере с сайта производителя

Стоимость оборудования

KNX оборудование никогда не было дешевым, но в последние годы цены стали заметно падать. Возможно, это объясняется повышением конкуренции, и выходом на рынок большого числа производителей этих компонентов.

Вот спецификация использованого в проекте оборудования и его розничные цены.

Как можно заметить, сумма за оборудование получилась около 20 тысяч евро.

Из этой суммы выключатели и настенные панели составили около 4 тысяч евро. Много ли это для 150м*м квартиры бизнес класса, каждый решит для себя самостоятельно. На оборудовании топовых немецких производителей цена была бы в 1.5-2 раза выше, на китайских компонентах — заметно ниже. Как и надежность.

Не забываем, что мы управляем 28 группами одноцветных светильников, 10 группами RGBW лент, 3 шторами, 4 кондиционерами, 8 батареями, 10 зонами теплого пола. И в системе есть возможность гибкой настройки сценариев, изменения их в зависимости от времени суток, анализа графиков изменения физических величин, и в качестве бесплатного бонуса имеется встроенная система визуализации.

По поводу визуализации — не думаю, что она будет использоваться. Разьве что графики посмотреть. В проекте запланирована другая система, которая кроме визуализации будет управлять аудио-видео мультирум системой с поддержкой современных видео и аудио стандартов, система Savant.

Термостаты KNX: интеллект в управлении отоплением

Децентрализованный характер KNX делает его идеальным для управления отоплением, особенно в системах с множеством зон и типов устройств как источников тепла. Интеграция UFH (Underfloor heating — тёплые полы) с радиаторами для доводки температуры, наряду с кондиционером и оконными контактами для его отключения, всё это звучит как-то сложно, но на самом деле довольно просто благодаря интеллекту, заложенном в большинстве термостатов KNX. Тем не менее, хотя KNX стандартизирован, контроль температуры в помещении является одной из областей, где между производителями климатического оборудования существуют большие разрывы с точки зрения функциональности и пользовательского контроля. Тем не менее, существуют общие точки соприкосновения для всех производителей, поэтому давайте сначала рассмотрим эти аспекты.

Управление температурой

Есть два основных варианта исполнения термостатов KNX:

1. Клавиатурная панель со встроенным датчиком температуры и возможностью её регулировки, что позволяет выдавать требуемый сигнал на основе заданной температуры. Клавиатурная панель может иметь свой дисплей для отображения заданного значения или в качестве альтернативы, это может быть установлено даже из другого пользовательского интерфейса.
2. Клавиатурная панель без дисплея только со встроенным датчиком температуры. Значения температуры будут отправляться отдельному регулятору, часто находящемуся в управляющем контроллере коллектора, который будет использовать их для внутреннего использования. Это свободно работает без отображения значений температуры, но если потребуется пользовательский интерфейс может быть организован в другом месте системы для изменения заданного значения температуры и для обратной связи.

Термостат, как правило, устанавливается рядом с дверью, что стоит заметить не идеально с учётом воздушного потока, но есть несколько способов это компенсировать:

1. Калибровка: все датчики температуры KNX имеют возможность в настройках компенсировать температуру. Это значит, что после получения точной температуры в помещении значение датчика можно откалибровать в параметрах устройства.
2. Внешний датчик температуры позволяет комбинировать температуру из любой точки комнаты с термостатом или даже заменять ее. Поскольку большинство выключателей/переключателей KNX теперь имеют встроенный датчик температуры, вы можете получать температуру из различных точек помещения, создавая более репрезентативные показания температуры.

Несколько этапов

Большинство регуляторов отопления KNX поддерживают 4 этапа нагрева и охлаждения:

1. Базовое отопление
2. Дополнительное отопление
3. Базовое охлаждение
4. Дополнительное охлаждение

Каждая ступень имеет отдельный выход и определенные пороги для использования. Например, двухэтапная ситуация с нагревом может быть определена следующим образом:

1. Уставка = 20ºС
2. Дополнительная полоса = 2ºС
3. Первичный источник = UFH
4. Вторичный = Радиаторы

Если температура падает ниже заданного значения за вычетом дополнительной полосы (20ºС — 2ºС = 18ºС), тогда радиаторы в дополнение к UFH будут использоваться для повышения температуры. Таким образом, температура в помещении будет постоянно поддерживаться максимально удобным способом.

Между нагревом и охлаждением также будет так называемая “мертвая зона”, чтобы две системы охлаждение и отопление не могли конкурировать друг с другом. Система может быть настроена на автоматическое или ручное переключение между обогревом и охлаждением.

Изменения в относительном режиме

Принципы использования режимов для регулировки заданного значения вместо непосредственного изменения заданного значения давно являются особенностью термостатов KNX. Он предоставляет простой способ уменьшения заданного значения для всего здания без определения конкретных заданных значений в каждой комнате или зоне. Стандартный формат использует смещение от базовой температуры.

Стандартный формат для температурных режимов

Режим	Значение температуры	Триггер
Комфортный / Comfort	20ºC	1
Экономный / Economy	снижение на 2ºС (примерно 18ºС)	2
Ожидающий / Standby	снижение на 4ºС (примерно 16ºС)	3
Сбережение / Protection	снижение до 7ºС	4

Эта концепция работает очень хорошо, когда заказчик осознает, что система должна быть переведена в комфортный режим перед изменением заданного значения температуры. Тем не менее, многие клиенты изо всех сил пытаются понять эту концепцию, особенно в той местности, где изменение заданного значения является обычным методом. Это побуждает интеграторов предлагать заказчику как функцию изменения режима, так и возможность регулировки заданного значения.

Для того, чтобы это работало правильно, термостат должен быть переведен в базовый — комфортный режим до того, как будет установлено заданное значение, в противном случае заданное значение будет нарушено. Обычно клиенту нужно понять, что другие действия будут иметь неоднозначные результаты.

Есть несколько решений для этого, но именно в этом мнения различных производителей о лучшем решении могут отличаться. Фактически, это серьезное напоминание о некоторых проблемах, обнаруженных в системах, которые не имеют такой строгой стандартизации, как KNX!

Сдвиг уставки (Setpoint)

Этот метод использует значение приращения/уменьшения для смещения уставки вверх или вниз без фактического указания точного значения температуры. Это работает очень хорошо и безусловно, является самым простым решением, однако производители могут реализовать это по-разному, например, используя 1-битный объект с 0 (ноль) для уменьшения и c 1 (единица) для увеличения, аналогичным образом они также используют 1-байтовое значение для повышения или уменьшения. Было бы большим шагом вперед, если бы это стало стандартизированным в плане DPT (DataPoint Type), так что мы надеемся, что кто-то из ассоциации KNX это прочитает.

Абсолютные режимы

Другой подход заключается в использовании фиксированных значений для каждого режима вместо того, чтобы заданное значение возвращалось обратно к базовому, комфортному заданному значению. Это в некоторой степени упрощает задачу для клиента, так как он может изменять заданное значение по желанию, но трудно управлять «мертвой зоной» при использовании автоматического переключения между нагревом и охлаждением, поэтому применение этого должно быть ограничено. Такое поддерживается только несколькими производителями, поэтому могут создаваться проблемы, если вы хотите использовать визуализацию для управления заданными значениями.

Упрощенное управление

Некоторые производители вводят упрощенные изменения режима, которые позволяют вам уменьшить количество режимов, предоставляемых клиенту, или просто позволяют изменять заданное значение. Фактически, это решение часто предлагается интеграторами, особенно в современных, хорошо изолированных зданиях с большим количеством тепловой массы. Поскольку для потери тепла или обогрева здания требуется достаточно много времени, зачастую более эффективно поддерживать фиксированное заданное значение в течение 24 часов, а не уменьшать заданное значение в течение ночи. Затем система может быть переключена с поддерживаемой температуры на защитную температуру, когда здание пустует в течение более длительных периодов, поэтому требуется всего два режима.

Дополнительная логика

Большинство проблем с вышеописанным вызвано при интеграции с визуализацией или сторонними системами AV. Некоторые системы идут дальше, чем другие, и имеют разные профили в зависимости от используемых в системе термостатов, но в любом случае, пока у вас есть логический контроллер в системе, вы будете иметь возможность интегрировать различные типы режимов или преобразовывать значения из одного типа в другой.

Вывод

Хотя этот аспект контроля температуры с KNX может быть сложным, он не должен умалять тот факт, что KNX по-прежнему предлагает одно из самых гибких решений для управления HVAC. Благодаря встроенной интеграции многих типов устройств, включая UFH, радиаторы, фанкойлы, кондиционеры, охлажденные потолки, электрические обогреватели, и это только самые очевидные из них, а также самый широкий спектр пользовательских интерфейсов в бесконечном множестве конструктивных дизайнов. KNX остается лучшим вариантом для большинства инсталляций.