Inteligentná budova – čo to v skutočnosti znamená?

Ak do zle navrhnutej a postavenej budovy pridáme techniku s riadením, dostaneme technicky vyspelú automatizovanú budovu, nie však inteligentnú... Definícia inteligentných budov sa za posledných 30 rokov posunula výrazne vpred. Podľa So a Wonga sa zmienka o inteligentných budovách objavila prvýkrát [1] v 80. rokoch minulého storočia v USA v Americkom ústave pre inteligentné budovy.

 Americký ústav pre inteligentné budovy charakterizoval budovu ako inteligentnú vtedy, „keď zabezpečuje produktívne a nákladovo efektívne prostredie pomocou optimalizácie štyroch základných prvkov – stavebnej konštrukcie, technických zariadení, služieb a manažmentu a ich vzájomných vzťahov“. Táto definícia sa zameriavala najmä na dostupnosť použitých technológií pri vytváraní konštrukcie.

Rôznorodosť pohľadov na definíciu inteligentnej budovy
Súčasnú rôznorodosť definícií inteligentnej budovy zapríčiňujú viaceré faktory, ako sú sociálne prostredie, kultúrne tradície, naturel obyvateľov, ekonomické parametre a iné [2]. Ďalšie pohľady na definíciu inteligentných budov prináša aj fakt, že problematika inteligentných budov nie je samostatnou vednou disciplínou. Navyše, do hry vstupuje často pomýlená asociácia inteligentnej budovy s vysoko automatizovanou budovou. V skutočnosti ide o interdisciplinárny problém na rozhraní oblastí architektúry, stavebníctva, strojárstva, psychológie, sociológie, zdravotníctva či informačných technológií. Tu sú príklady vnímania inteligentných budov z rozličných uhlov pohľadu: Z hľadiska hasiča/bezpečnostného technika je to stavba s najnižšou možnosťou vzniku požiaru, prípadne s možnosťou čo najrýchlejšieho uhasenia požiaru. Z pohľadu lekára je inteligentná budova stavba so zdravým prostredím, ktorá nespôsobí ochorenie svojich užívateľov, resp. je v prípade ochorenia schopná detegovať základné symptómy [3]. Developer považuje za inteligentnú budovu zase takú stavbu, ktorú možno postaviť lacno. Stavbára zaujíma jednoduchá konštrukcia, doprava materiálov, jednoduché stavebné procesy či inštalácia TZB. Poisťovňa vidí v inteligentnej budove takú stavbu, ktorá je zabezpečená proti narušeniu, prípadne dokáže rýchlo a spoľahlivo detegovať narušenie cudzou osobou. Pre informatika ide o stavbu s dômyselným riadiacim systémom, ktorý sa dokáže sám učiť a efektívne prispôsobovať užívateľovým požiadavkám. Ekológ si predstavuje zase objekt s minimálnym vplyvom na životné prostredie a s minimálnou spo­trebou zdrojov (voda, energia a pod.) a agronóm zelenú budovu produkujúcu potraviny pre svojich užívateľov. A užívateľ? Toho bude zaujímať pravdepodobne kombinácia všetkých uvedených prvkov vrátane komfortu, ceny a nízkych nákladov.

Vytvorenie univerzálnej definície inteligentnej budovy
Univerzálna definícia inteligentnej budovy musí v sebe zahŕňať všetky uvedené pohľady (definície) a z nich vyplývajúce požiadavky na budovu. Na základe toho bude potom vyzerať takto: Inteligentná budova je budova zabezpečujúca kvalitné (zdravé, komfortné a bezpečné) vnútorné prostredie pri minimálnej spotrebe zdrojov a minimálnom vplyve na životné prostredie. V definícii absentuje ekonomické hľadisko, pretože cena stavby alebo prevádzky budovy by nemala byť v rozpore s vytvorením zdravého a komfortného vnútorného prostredia. Nízke prevádzkové a investičné náklady vyplynú nepriamo zo splnenia druhej časti definície inteligentnej budovy.

Inteligencia budovy – inteligentné a neinteligentné budovy
Podľa uvedenej univerzálnej definície inteligencie budovy, resp. inteligentnej budovy, je zrejmé, že budova môže byť inteligentnou aj bez zložitého riadiaceho systému a elektroniky. Preto je nevyhnutné zadefinovať aj pojmy ako aktívna, pasívna a latentná inteligencia.

Aktívna inteligencia
Aktívnu inteligenciu možno priradiť všetkým prvkom a zariadeniam budovy, ktoré aktívne vplývajú na budovu, t. j. požadujú určitú energiu na svoju správnu funkciu. Zariadenia a prvky aktívnej inteligencie možno rozdeliť do viacerých skupín:

• kvalita vnútorného prostredia (IAQ) – vykurovanie, chladenie, ventilácia a klimatizácia, otváranie okien…,
• osvetlenie – vnútorné a vonkajšie žalúzie, iná tieniaca technika (aktívna), umelé osvetlenie a pod.,
• dopravné zariadenia – výťahy, pohyblivé schody, doprava pošty,
• technika na uľahčenie života hendikepovaným – schodisková plošina, ovládanie hlasovými/pohybovými povelmi a i., 
• ochrana budovy – (elektronický) zabezpečovací systém, požiarna ochrana, hasiace zariadenia,
• zdroje energie a ich dodávka – zariadenia alternatívnych zdrojov energie (veterná turbína, fotovoltika, solárny ohrev a pod.),
• komunikácia a riadenie – meranie a regulácia, riadiaci systém, komunikačné siete, energetický manažment,
• multimédiá – televízia, domáce kiná, rádiá, rozhrania na ovládanie domu, internet.

Pasívna inteligencia
Pasívnu inteligenciu možno priradiť všetkým prvkom stavebnej časti budovy, t. j. prvkom, ktoré nezávisia od externého zdroja energie. Medzi prvky pasívnej inteligencie budovy patria:

• tepelnovýmenný plášť budovy,
• orientácia budovy,
• orientácia a dimenzovanie transparentných plôch,
• dispozičné riešenie,
• bezbariérovosť,
• stavebné materiály,
• pevné vonkajšie tienenie a pod.

Latentná inteligencia
Každý prvok (systém) stavby sa vyrába, pričom táto výroba sa uskutočňuje pomocou určitej technológie a nástrojov, ktoré spotrebúvajú energiu a materiály. Nástroje sa musia takisto vyrobiť pomocou ďalšej technológie, ktorá opäť spotrebuje určitú energiu a materiály. Materiály sú výsledkom spracovania surovín, ktoré sú extrahované z prírody pomocou energie a určitých nástrojov (technológie) a takto môžeme pokračovať donekonečna. Takáto analýza (tzv. posúdenie životného cyklu – LCA) môže odhaliť fakt, že výroba samotných stavebných materiálov alebo technických zariadení budovy môže spotrebovať viac energie, ako prinesú potenciálne úspory (výhody), ktoré použitý materiál (technológia) ponúka. Latentná (skrytá) inteligencia reflektuje najmä ekologické a energetické hľadisko definície inteligentnej budovy. V rámci celého životného cyklu tak bude hodnotiť prvky, ktoré nie sú priamo viditeľné (napríklad množstvo energie uloženej v materiáloch a technológiách v porovnaní s ich prínosmi). Latentnú inteligenciu teda tvoria faktory ako:

• stavebné techniky (energetická a ekologická náročnosť stavebných procesov a pod.),
• použitie materiálov (energetická a ekologická náročnosť výroby a dopravy mate­riálov a pod.),
• množstvo uloženia sivej energie (zviazaná spotreba energie, celková energia, ktorá prešla do produktu),
• lokalizácia a umiestnenie stavby (napojenie na infraštruktúru, vzdialenosti od zdrojov vstupujúcich do budovy, ako aj vzdialenosti od skládok odpadov (výstupov z budovy).

Vplyv umiestnenia stavby na zložky inteligencie budovy
Je zrejmé, že existuje množstvo rôznych faktorov závislých od polohy na zemeguli, ktoré ovplyvňujú stupeň pasívnej, aktívnej či latentnej inteligencie. Pomer zložiek pasívnej, aktívnej a latentnej inteligencie tak bude určite iný pri stavbe situovanej v tropickej oblasti a iný v polárnej oblasti. Na Zemi existujú napríklad aj miesta s priemernou ročnou teplotou 20 °C (293,15 K) pri 50-percentnej relatívnej vlhkosti vzduchu, ktoré a priori nepotrebujú žiadne systémy na chladenie či vykurovanie.

Vzťahy medzi aktívnou, pasívnou a latentnou inteligenciou pri vytváraní inteligentnej budovy
Podľa uvedenej definície inteligentnej budovy sa latentná inteligencia prejaví najmä v časti spotreby zdrojov a vplyvu na životné prostredie. V rámci úvah v tomto článku budeme uvažovať o budove umiestnenej v strednej Európe, t. j. o budove, pri ktorej sa predpokladá použitie vykurovania aj chladenia.

Vytvorenie kvalitného vnútorného prostredia
Tepelná pohoda
Orientácia budovy, zasadenie do reliéfu, riešenie hmoty budovy, dispozičné riešenie, ako aj okolitá zástavba a flóra ovplyvňujú vo veľkej miere dynamiku tepelných procesov budovy. Na vytvorenie tepelnej pohody je pasívna inteligencia oveľa dôležitejšia ako tá aktívna. „Správne“ navrhnutému architektonickému konceptu budovy bude úplne postačovať „štandardný“ vykurovací/chladiaci systém s minimálnou požiadavkou na riadenie. 

Vlhkostná pohoda
Fyziologicky je pre človeka najvhodnejšia relatívna vlhkosť okolo 50 %. Vlhkostná pohoda je veľmi dôležitá, pretože dlhodobý pobyt človeka v suchom alebo vlhkom prostredí sa prejaví na jeho zdraví. Aktívna inteligencia – riadené zabezpečenie vlhkostnej pohody – je technicky relatívne zložitá záležitosť sprevádzaná mnohými nežiaducimi účinkami (plesne, kondenzácia a pod.). Pasívne sa dá dosiahnuť požadovaná vlhkostná klíma relatívne jednoducho – použitím vhodných stavebných materiálov. Vlhkostná pohoda je však veľmi citlivá záležitosť. Pri menších budovách sa dá elegantne vyriešiť vhodnou voľbou stavebných materiálov (pasívna inteligencia), pri väčších budovách je už nevyhnutné použiť riadenie vlhkosti vzduchotechnikou (aktívna inteligencia) alebo iným systémom (rôzne zvlhčovače).
 
Hygienická pohoda
Okrem pachov vydávaných ľuďmi sa v budove objavujú aj výpary z nábytku, kobercov, tapiet, náterových farieb a stavebných materiálov, ako aj z procesov spaľovania a vykurovania, čistiacich prác, z nevyčisteného vonkajšieho vzduchu, ktorý sa dostane dovnútra najmä v priemyselných oblastiach a v uliciach s intenzívnou dopravou, či z prípravy jedál. Vo všeobecnosti prirodzená infiltrácia (nové budovy majú takmer hermetický plášť) nedokáže zabezpečiť požadovanú intenzitu výmeny vzduchu. Vo väčšine budov je preto potrebná vzduchotechnika na zabezpečenie predpísanej výmeny vzduchu, t. j. požadovanej kvality.

Svetelná pohoda
Pre človeka je najvhodnejšie prirodzené denné osvetlenie, to je však charakteristické svojou premenlivosťou, preto sú požadované svetelné podmienky (rôzna intenzita v kanceláriách, chodbách a pod.) splnené väčšinou len niekoľko okamihov počas dňa. Vďaka premenlivosti intenzity osvetlenia majú veľkosť transparentných plôch, použitie pevnej tieniacej techniky, ako aj voľba vonkajšej flóry (listnaté stromy – cez leto tienia, cez zimu prepúšťajú svetlo) významnú funkciu, pri dosahovaní rôznych svetelných podmienok (kancelária, výrobná hala) sa však javí ako nevyhnutné použitie svetelnej techniky a ovládateľnej tieniacej techniky.

Bezpečnosť
V zásade ju môžeme rozlíšiť na požiarnu bezpečnosť a ochranu proti cudziemu narušeniu (vniknutiu).
Použitie nehorľavých stavebných materiálov, dispozičné riešenie (kotolňa vedľa archívu), dimenzia a voľba únikových trás, použitie zariadení s minimálnou možnosťou vzniku požiaru (samozhášavé elektrické rozvody a pod.) ovplyvnia v najväčšej miere vznik a šírenie požiaru. Elektronický požiarny systém (riadené odvetrávanie, smerovanie ohňa, núdzové osvetlenie, požiarne klapky a dvere, hasiace zariadenia atď.) je rovnako dôležitý, pri vzniknutom požiari však už upravuje to, čo sa podcenilo v rámci pasívnej inteligencie.
Pevnosť (odolnosť) konštrukčných prvkov (dverí, okien) a dispozičné riešenie (trezor v podzemí) výrazne ovplyvnia bezpečnosť vzhľadom na neželané narušenie (pasívna inteligencia). Mechanické systémy, elektronické/prístupové systémy, trezory a podobné zariadenia možno zaradiť do triedy bezpečnosti proti narušeniu, principiálne ich priradíme k prvkom aktívnej inteligencie. V bežných objektoch (s nízkou pravdepodobnosťou vzniku požiaru, ako aj narušenia cudzími osobami) sa bezpečnosť (požiarna aj ochrana proti vstupu cudzích osôb) dá vyriešiť kvalitným architektonicko-stavebno-konštrukčným riešením. Pri objektoch so zvýšenou možnosťou vzniku požiaru alebo s požiadavkou na vyššiu ochranu majetku alebo osôb je nevyhnutné na zabezpečenie požadovanej úrovne bezpečnosti implementovať špecifické systémy zmienenej aktívnej inteligencie (EPS, kamerový systém, EZS atď.)

Uľahčenie života hendikepovaným ľuďom
Rezidenčné i komerčné budovy by mali byť čo najviac ústretové k ľudom s akýmkoľvek fyzickým hendikepom. Z tohto pohľadu sa javia ako dôležité architektonický koncept, ako aj technologické prvky. Pri väčších budovách je nevyhnutné rozšíriť bezbariérové stavebno-konštrukčné riešenie o dopravné zariadenia – či už vertikálne, alebo horizontálne. K istým hendikepom sa tak dajú priradiť zodpovedajúce technológie, ktoré uľahčujú život.

Multimédiá a zábava
Výhľad z okna budovy na prírodnú scenériu alebo scenériu betónovej džungle (+ štebot vtákov) bude zrejme jednou z mála alternatív, ktoré nám pasívna inteligencia v rámci multimédií a zábavy ponúka. Všetky ostatné prvky – televízia, rádio, internet a pod. môžeme zahnúť do oblasti elektronického vybavenia domu, t. j. následne do oblasti aktívnej inteligencie.

Komfort 
Komfort je veľmi subjektívne a ťažko kvalitatívne hodnotiteľná oblasť, keďže závisí v najväčšej miere od užívateľových potrieb a požiadaviek. Vo všeobecnosti sa na celkovom komforte podieľajú všetky aspekty spomenuté vyššie (od tepelnej pohody až po multimédiá). Niekomu stačí na plne komfortné užívanie domu splnenie tepelnej a hygienickej pohody, iný požaduje prepojený multimediálny systém. Prax ukazuje silnú koreláciu medzi „výškou“ komfortu a investičnými nákladmi.

Vplyv budovy na životné prostredie
Rozvoj vedeckej technológie viedol k vytvoreniu štandardu budov, ktoré míňajú 70 % vyrobenej elektrickej energie, 12 % našej vody, produkujú takmer 70 % všetkých odpadov a viac ako 30 % emisií skleníkových plynov. Segment budov tak predstavuje najväčšieho konzumenta zdrojov a najväčšieho znečisťovateľa planéty [9]. Tento štandard bývania nedrancuje len planétu Zem, ale aj ľudského ducha. Tretinu života študujeme, aby sme sa nasledujúcich 30 rokov zadlžili práve pre bývanie. K tisícom kWh spotrebovanej energie pripadajúcej na dom (byt) tak môžeme pripočítať niekoľko desaťročí energie (práce) človeka potrebnej na nadobudnutie domu.Dôsledok prevádzky budov je ľahko badateľný – spustošená príroda, vyčerpané zdroje, nepokoj a dezintegrácia ľudského ducha. Je očividné, že princípy návrhov „civilizovaných“ ľudských stavieb nie sú udržateľné.

Čo je teda inteligencia budovy?
Budova ako zdravé, produktívne a nákladovo efektívne prostredie musí reflektovať zdrojovú energetickú efektívnosť a hospodársku opodstatnenosť v rámci celku, ako aj v rámci jednotlivých častí (stavebnej konštrukcie, technických zariadení, služieb/manažmentu a ich vzájomných vzťahov). Optimálny návrh budovy zahŕňa požiadavky z oblastí elektrotechniky, informatiky, strojárstva, technických zariadení budov, psychológie, sociológie, architektúry, ergonómie a mnohých iných disciplín. Takýto návrh preto predstavuje veľmi náročnú optimalizačnú úlohu. V nadväznosti na to si treba uvedomiť, že nevhodne (architektonicky a technologicky) navrhnutá budova so špičkovými technickými zariadeniami (a riadením) bude stále zlá budova s výborným riadením, vykazujúca horšie charakteristiky ako optimálne navrhnutá budova s jednoduchým technologickým vybavením bez riadiaceho systému (alebo s jednoduchým RS). Povedané inými slovami, ak do zle navrhnutej a postavenej budovy pridáme akúkoľvek techniku s riadením, dostaneme technicky vyspelú automatizovanú budovu, nie však inteligentnú budovu.

TEXT: Ing. Stanislav Števo, PhD.
Autor pôsobí ako výskumník na Fakulte elektrotechniky a informatiky a na Stavebnej fakulte STU v Bratislave. V súkromí sa venuje návrhom udržateľných stavieb.
Foto: thinkstock.com

Literatúra
1.    So, A. – Wong, A.: A New Definition of Inteligent Buildings for Asia, 1999;  www.emerald-library.com.
2.    Puškár, B.: Quo vadis inteligentné obytné budovy. In: Eurostav, roč. 15, č. 3, 2009, s. 28 – 31.
3.    Števo, S. – Vnuk, M.: Contactless Detection of the Disease Symptoms in Buildings. In: Posterus, november 2011, www.posterus.sk.
4.    Števo, S. Hodnotenie životného cyklu budov. In: iDB Journal, roč. 1, č. 5, 2011, s. 30 – 32.
5.    Minke, G.: Příručka hliněného stavitelstvì. Bratislava, Pagoda: 2009, str. 58.
6.    Števo, S.: Nulový dom. Realita alebo fikcia? In: Eurostav, roč. 17, č. 9, 2011, s. 25 – 29.
7.    MacKay, D.: Sustainable Energy, http://www.withouthotair.com/, 24. Feb. 2010.
8.    Azzopardi, B. – Mutale, J.: Life Cycle Analysis for Future Photovoltaic Systems Using Hybrid Solar Cells. The University of Manchester UK, October 2009, http://www.sciencedirect.com.
9.     Westphalen, D. – Koszalinski, S.: Energy Consumption Characteristics of Commercial Building HVAC Systems. U.S. Department of Energy, April 2001, Cambridge.

Článok bol uverejnený v TZB Haustechnik.