Как умните сгради помагат да подобрим сметките ни за ток?

Д-р инж. Лидия Витанова е част от авторския екип на Климатека. Тя е доктор по климатология и инженер-еколог, активно занимаваща се в сферите на градския климат и топлинните острови, с екология и опазване на околната среда, възобновяема енергия и интелигентни технологии. Завършила е магистратура в МГУ Св. Иван Рилски, София, специалност “Екология и опазване на околната среда”. Защитила е докторантура в Цукубски Университет в Япония, специалност “Климатология”. Автор е на многобройни международни научни публикации, свързани с градски климат, моделиране и градско планиране. Участвала е като лектор в различни конференции в Европа, Азия и Америка. 

Статията представя умните сгради, технологиите свързани с тях, начина на използване и връзките им с климатичните промени, както и умните енергийни решения, свързани с домовете и дава яснота какво трябва да се направи, за да се постигне енергийно ефективен дом и как може да се постигне намаляване на разходите на гражданите. В допълнение се фокусира върху темата как и защо умните сгради помагат за подобряване на енергийната ефективност в България, което е ключов фактор за смекчаването на климатичните промени, борбата със замърсяването, повишаването на температурите и влошаването на човешкото здраве.

Добре дошли в ерата на умните градове, транспорт и сгради. Ще ви въведем в света на умните сгради, като разгледаме тяхната еволюция, компоненти, технологии, ползи, предизвикателства и бъдещи тенденции. Докато България все още е на прага на внедряване на тези технологии, в много други държави по света, те вече са част от живота на хората и им помагат не само да улесняват ежедневните им дейности, но и да оптимизират разходите си и подобряват начина им на живот. 

Какво представляват умните сгради?

Умните сгради използват иновативни технологии с цел ефективно и икономично използване на ресурсите, като същевременно създават безопасна и комфортна среда за обитателите. Умните сгради могат да използват широка гама от съществуващи технологии и са проектирани или преоборудвани по начин, който позволява интегрирането на бъдещи технологични разработки. Сензори за интернет на нещата (Internet of things – IoT), системи за управление на сгради, изкуствен интелект (AI) и добавена реалност (Augmented reality – AR) са сред някои от механизмите, които могат да се използват в умната сграда за контрол и оптимизиране на нейната ефективност.

Какви са умните енергийни решения в домовете?

Умните домове са част от умните сгради и градове и са цялостно решение, което свързва дейностите в дома ни и технологията IoT, за да създаде цялостна, безопасна, удобна, комфортна и енергоспестяваща система за интелигентен дом. В днешно време системите и устройствата за умен дом са удобни за ползване и наблягат на цялостното взаимодействие с потребителите. IoT се използват за свързване на различни устройства, включително системи за осветление, регулиране на температурата, контрол на завесите, система за наблюдение и сигурност, аудио- и видеооборудване, компютърно и комуникационно оборудване, кухненски уреди, будилник, почистване и т.н. Потребителите могат да управляват тези устройства от разстояние чрез мобилни телефони, таблети и панели със сензорен екран, което е удобно за управление между ежедневните задължения, домакинските уреди и други устройства за интелигентен дом. Освен това умните устройства са високоефективни, тъй като могат автоматично да се адаптират към променящите се енергийни нужди. Това от своя страна допринася за смекчаване на климатичните промени, и най-вече спомага за решаване на проблемите, свързани с повишаването на температурите в градска среда и начина на живот.

Примери за технологии използвани в умния дом

Устройствата на умния дом са свързани помежду си и могат да бъдат достъпни чрез използването на смартфон, таблет, лаптоп и др. По-долу са изброени примери на най-често използваните технологии свързани с умния дом.

Умни телевизори – свързват се с интернет, за да имат достъп до съдържание чрез приложения, като например видео и музика по заявка. Някои интелигентни телевизори включват и разпознаване на глас или жестове.
Умни системи за осветление – освен че могат да се управляват дистанционно и да се персонализират, могат да откриват и кога обитателите са в стаята и да регулират осветлението според нуждите. Умното осветление може също така да се саморегулира спрямо наличието на дневна светлина.
Умни термостати – като например Google Nest, са снабдени с интегриран Wi-Fi, който позволява на потребителите да планират, наблюдават и контролират дистанционно температурата в дома.
Умни ключалки – собствениците на жилища могат да използват умните ключалки и устройства за отваряне на гаражни врати, за да разрешават или забраняват достъпа на посетители. Могат също да разпознават кога обитателите са наблизо и да отключват вратите за тях.
Умни камери и системи за сигурност – с помощта на интелигентни охранителни камери и звънци за врата, като например Ring, обитателите могат да наблюдават домовете си, докато са навън. Интелигентните сензори за движение могат да идентифицират разликата между обитатели, посетители, домашни любимци и крадци и могат да изпращат известия до властите, ако бъде засечено подозрително поведение.
Интелигентна грижа за домашни любимци и тревни площи. Грижата за домашните любимци може да бъде автоматизирана със свързани хранилки, а домашните растения и тревните площи могат да се поливат с помощта на свързани таймери.
Интелигентни кухненски уреди – включват интелигентни кафемашини, които могат автоматично да приготвят кафе в програмирано време; интелигентни хладилници, които следят сроковете на годност, правят списъци за пазаруване или дори създават рецепти въз основа на съставките, които са в наличност; бавно готвещи печки и тостери; както и перални и сушилни машини.
Интелигентни домакински монитори – могат например да усетят пренапрежение в електрозахранването и да изключат уредите, да усетят аварии с водата или замръзване на тръбите и да спрат водата, за да не се наводни домът.
Интелигентни щепсели се свързват към стенните контакти, за да трансформират обикновени домашни устройства, като лампи и вентилатори за таван, така че да могат да се управляват дистанционно чрез мобилни приложения и гласови асистенти.

Какви са ползите от умните сгради? 

Въпреки че има определени предизвикателства, свързани с умните сгради, например първоначална инвестиция, сигурност на данните, проблеми със съвместимостта и сложността за употреба, те предлагат множество предимства, включително енергийна ефективност, подобрен комфорт и удобство, повишена безопасност и сигурност, повишена устойчивост и подобрена производителност. По-долу са разгледани най-основните предимства:

Намаляване на потреблението на енергия е едно от най-големите предимства на умната сграда не само по отношение на намалените разходи и въглероден отпечатък, но също така и за смекчаване на последствията от климатичните промени. С подобна сграда използването на енергия може да се контролира и автоматизира за всяка зона, което означава, че нито една част от сградата не се отоплява, охлажда или осветява, когато не се използва и по този начин се решава проблемът с неефективното използване на енергия и неустойчивите практики в стандартните сгради.
Прогнозната поддръжка е от съществено значение за всяко оборудване или система, за да се гарантира, че работи по най-добрия начин и продължава да бъде ефективна, като по този начин се ограничава необходимостта от скъпи подмени. Умните сгради могат да използват данните, събрани от всяка свързана система и нейните сензори, за да предвидят кога всяка част от оборудването се нуждае от проверка и поддръжка.
Автоматизацията е друго основно предимство на умната сграда, както и възможността за въвеждане на персонализирана автоматизация, което помага и да се подобри безопасността на обитателите в случай на авария. 
Осигуряване на ценна информация за сградите – умната сграда непрекъснато събира данни от вътрешните системи, от потреблението на енергия до броя на обитателите и др. Следователно тя може да предоставя ключови модели и тенденции в поведението на работното място, ресурсите и използването на сградата, които след това могат да бъдат използвани за вземане на по-ефективни решения за подобряване на използването на сградата.
Данни в реално време – възможността за получаване на данни в реално време, може да повлияе на извършването на незабавни и ефективни действия. Това води до сграда, която е реактивна и гъвкава към текущото си използване и следователно може да бъде максимално ефективна.
Намаляване на общите разходи – по-ефективната сграда води до намалени разходи, поради по-добро и по-информирано и често автоматизирано вземане на решения.
Подобряване комфорта и благосъстоянието на обитателите – умната сграда дава усъвършенствана способност за управление на ключови фактори на околната среда, като стайна температура и осветление, които могат да подобрят качеството на въздуха в помещенията и нивата на осветление. Освен това могат да бъдат измервани различни показатели като нива на въглероден диоксид и вентилационен поток, за да могат да се постигнат възможно най-добрите условия в дома.
Подобряване ефективността на работата – умната сграда е проектирана да подобри комфорта на обитателите, съответно това може да допринесе за подобряване на работната продуктивност.
Подобрена сигурност – умната сграда може да увеличи максимално ефективността на системата за сигурност и позволява използването на различни интелигентни функции за сигурност и оборудване за наблюдение, управление и защита на сградата, като интелигентни ключалки на вратите, аларми, камери и др. 
Какво е къща с нулева консумация на енергия и обществена сграда с нулево потребление на енергия?

В последните години проблемите свързани с климатичните промени и глобалното затопляне нарастват все повече, което налага подходи и методи свързани с нулева енергия и декарбонизация. Когато говорим за възобновяема енергия, включително производство на слънчева енергия, следва да разгледаме две ключови концепции – къща с нулева консумация на енергия и сграда с нулево потребление на енергия. Те се отнасят до енергоспестяващ дизайн и структура на сгради и е доказано, че могат да намалят годишното потребление на енергия практически до нула.

Къща с нулево потребление на енергия (Zero Energy House – ZEH)

Това е къща, която постига значителни икономии на енергия, като същевременно запазва качеството на вътрешната среда чрез значително подобряване на изолационните характеристики на фасадата и въвеждане на високоефективни системи за оборудване, както и чрез въвеждане на ВЕИ, като например фотоволтаично производство на енергия. Целта на къщата с нулево потребление на енергия е да се постигне нулев годишен баланс на потреблението на първична енергия.

Сграда с нулево потребление на енергия (Zero-energy building – ZEB)

Сградата с нулево потребление на енергия има за цел да постигне нулев енергиен баланс. Тъй като не е възможно да се прекрати работата на осветлението, климатизацията, офис оборудването и производствените съоръжения, количеството консумирана енергия се намалява чрез пестене на енергия. Потреблението на енергия, което не може да бъде напълно намалено, може да бъде покрито от възобновяема енергия.

Основното предимство на сградата с нулево потребление на енергия е, че може да увеличи ефекта от намаляването на разходите за комунални услуги. Ако се постигне висока степен на изолация и херметичност чрез обновяване на сградата, лесно може да се намали времето, през което се използва климатичната инсталация. Освен това, ако има създадена структура, която позволява лесното навлизане на слънчева светлина, е възможно да се намали честотата на използване на осветителни уреди. Сградата с нулево потребление на енергия не само пести енергия, но и води до балансирано управление на околната среда чрез намаляване на парниковите газове. Подобно управление и дейности могат да подобрят стойността на сградите.

Примери за умни сгради от света

Интелигентните сгради символизират напредъка на съвременната инфраструктура и нейното взаимодействие с автоматизираните системи за управление, обработката на данни и изкуствения интелект. Умните сгради стават все по-разпространени, тъй като предоставят разнообразни полезни услуги. По-долу са посочени няколко примера за умни сгради от Европа, Азия и Америка. 

Edge, Амстердам, Холандия, тип офис. Edge е сграда с „нулево нетно съдържание“, което означава, че 100% от енергията ѝ идва от възобновяеми източници. Нейните 4200 квадратни метра слънчеви панели, повечето от които са разположени на покривите на близките сгради, осигуряват цялата енергия на сградата. Сутеренът е оборудван със зарядни станции за електрически автомобили и има 500 паркоместа за велосипеди. 

800 FULTON MARKET, Чикаго, Илинойс, тип смесено предназначение. Това е една от най-умните сгради в Чикаго. Дизайнът ѝ е спечелил LEED Platinum, WELL Gold и платинени сертификати от двата стандарта за интелигентни сгради: SmartScore и WiredScore. Притежава повече от 8000 IoT сензора за записване на данни за заетостта и платформа за управление, която е базирана на облак и свързва 12 отделни сградни системи и това са само няколко от интелигентните функции, които сградата може да предложи. 

Algenhaus, Хамбург, Германия, тип жилищна сграда. Хамбург е домът на първата сграда в света, която е оборудвана с фасада от биореактори. Сградата разполага с фасада, която едновременно изолира и произвежда енергия. В сградата се отглеждат водорасли, които произвеждат биогаз, който може да се използва като гориво или за отопление.

Умни къщи във Фуджисава, Япония. Инфраструктурата на град Фуджисава представлява умна мрежа, която свързва всяка сграда с централна енергийна мрежа в реално време. Всяка къща е оборудвана със слънчеви панели за генериране на електричество, система за топла вода, задвижвана от термопомпа “ECO-CUTE”, и първия в света домашен генератор “ENE-FARM” с горивни клетки. След това те се подават към саморазпределящата се система за управление на домашната енергия (“SMARTHEMS”), която преразпределя енергията около къщата.

Какво се случва в България и има ли умни сгради у нас?

Примерите за умни сгради в България, за съжаление, не са често срещано явление, тъй като застрояването и закупуването на подобен имот изисква първоначално по-големи инвестиции, но за сметка на това на по-късен етап умните сгради позволяват висока възвращаемост, свързана с енергийна ефективност и оптимизацията на потреблението на енергия. Предполага се, че с въвеждането на новите регламенти на ЕС от 2030 г., всички нови сгради ще трябва да бъдат нетно нулево въглеродни (сгради с нулево потребление на енергия, които произвеждат достатъчно възобновяема енергия, за да отговорят на собствените им изисквания за годишно потребление на енергия.), а от 2050 г. всички съществуващи сгради ще трябва да бъдат такива. 

По-долу са представени добри примери от пионерни умни жилищни, офисни и общински сгради в България.

Smart tower в София е съвременен жилищен комплекс с визия за промяна в усещането за живот в града, който предлага удобства от типа “Home Without Borders”. Сградата използва концепция за умно зелено и устойчиво строителство, решения за ефективно използване на водата и електроенергията, както и решения за намаляване на въглеродните емисии. Smart tower планира предоставянето на персонално приложение на всички живущи и работещи в сградата, което включва услуги, които да бъдат управлявани лесно и достъпно посредством мобилно устройство, позволяващо контрол на умния дом, достъп до видеонаблюдение и услугите в сградата, както и персонифицирана информация свързана с битовите сметки и плащания. 

NV Residence e офисно-жилищен проект в София, който следва най-актуалните градоустройствени и архитектурни тенденции: многофункционалност, обширни споделени пространства в различни зони на сградата, богато озеленени покриви и фасади, архитектурен силует, съобразен с контекста на средата, в която е ситуиран. Сградата e с троен стъклопакет, тритръбна отоплителна и вентилационна система и система за управление и мониторинг на процесите в сградата. Сградата ще бъде сертифицирана със сертификат LEED Gold, глобално признат символ за постигнати стандарти в зелени и устойчиви сгради.

В София е внедрена първата умна детска градина и система за производство на зелена енергия и умни комунални услуги. Това в най-голямата детска градина в София и България – 76 ДГ „Сърничка“, в кв. Младост. Проектите са пилотни и са част от Програмата „Пясъчник за иновации“ на Столичната община и звеното за дигитализация, иновации и икономическо развитие “Иновативна София”.
Жилищен проект в кв. Витоша София е първата жилищна сграда в България сертифицирана по стандарта за устойчиво строителство „EDGE“. За изграждането на сградата се споменава използването на архитектурна комбинация от висок клас минерална мазилка, в комбинация с вентилируема фасада от HPL плоскости, PVC дограма Schüco и стъклопакет с най-високи енергийно-ефективни характеристики. Отоплението и охлаждането е предвидено чрез геотермална инверторна термопомпа с вградени циркулационни помпи, външен модул за активиране на охлаждане, управление на системата и др. Изборът на дизайн, направен за този проект, предвижда спестяване на енергия в диапазона от 43% до 50%, спестяване на вода в диапазона от 34% до 37% и спестяване на въплътена енергия в диапазона от 23% до 30%.

Какво трябва да направим, за да имаме енергийно ефективен дом и да намалим разходите си?

Да изолираме домовете си – това е особено важен въпрос за по-старите къщи, които са с лоша изолация. Колкото по-слабо изолиран е домът ни, толкова повече възможности има за изтичане на енергия. С подходяща изолация домът може да бъде защитен и да се намали потреблението на енергия. 
Да си набавим умен измервателен уред – това е устройство, с което може да се следи потреблението на енергия в дома. За разлика от традиционните измервателни уреди, интелигентните измервателни уреди предоставят много по-подробни резултати за използването на енергия в дома. Най-вече те предоставят показания за енергията по много по-бърз и по-точен начин. С почасовите отчети за потреблението на енергия в дома, интелигентните измервателни уреди дават подробна представа за това колко енергия е използвана и могат да ни помогнат да оптимизираме потреблението и съответно разходите си. 
Да използваме модернизирани соларни системи – въпреки че все още не са толкова финансово достъпни, цената им намалява с напредъка в разработването им и с увеличаването на потребителското търсене. С течение на времето подобренията, свързани с ВЕИ, могат да намалят сметките на потребителя на енергия и в зависимост от това къде е локацията на жилището ни, може да се окаже, че сметките за енергия са значително по-ниски. Избирането на соларни панели може да бъде сложен процес, затова консултация със специалисти как да се оптимизира използването на енергия с помощта на възобновяеми източници е важна. 
Да подобрим прозорците си – прозорците могат да окажат влияние върху количеството енергия, което се използва. Ако прозорците са стари или изолацията им не е добра, има вероятност от пропускане на топлината, което води до намаляване ефективността на енергия. Според експерти, модернизирането на прозорците, като например поправяне на проблемните места, се оказва по-рентабилно понякога от това да подменим изцяло прозорците. При планирана смяна на прозорците си, е хубаво да се фокусира върху енергийно ефективна марка.
Да изключим неизползваните уреди от контакта – уреди, които не се използват, могат да бъдат изключени от електрическата мрежа и по този начин да се намали потреблението на енергия в дома и да се запази енергийната ефективност.
Да заменим остарелите уреди – много от старите уреди не отговарят на настоящите енергийни стандарти и изискват повече средства заради повишената консумация на енергия. Поради тази причина подмяната на уредите гарантира намалено използване на енергия, оптимизиране на сметките и по-ефективно използване на енергия. 
Да помислим как да модернизираме осветлението си – по-новите и енергийно ефективни осветителни уреди могат да намалят потреблението на енергия, като същевременно осигуряват още по-ярко и мощно осветление. В съчетание с другите по-горни препоръки, модернизирането на осветлението може да осигури възможност за ефективно пестене на енергия.
Да вземем енергиен сертификат на сграда ни – сертификатът за енергийните характеристики на сградите дава най-точна информация за енергийното състояние на съществуващите сградите и бъдещото състояние на тези, които са в процес на проектиране. Целта е да се определят конкретните приложими възможности за намаляването на потребената енергия и да се препоръчат мерки за повишаване на енергийната ефективност.

Има ли необходимост от въвеждането на допълнителни политики и мерки относно умните сгради в България?

Както беше споменато, според новите регламенти на ЕС от 2030 г., всички нови сгради трябва да бъдат въглеродно неутрални, а от 2050 г. всички съществуващи сгради трябва да бъдат вече въглеродно неутрални. Това поставя въпроса дали България е готова за прехода към неутралност и за разглеждането на допълнителни мерки и политики с цел ускоряване и насърчаване към енергийна ефективност и активното включване на местните власти.

За тази цел е препоръчително прилагането на следните мерки:

Насърчаване на развитието на иновациите и новите технологии
Насърчаване на цифровизацията и отворените данни относно информацията за емисиите на парникови газове за насърчаване на декарбонизацията на корпоративното управление
Създаване на план/система за акредитация за насърчаване на бизнеси, които допринасят за декарбонизацията, използвайки регионални възобновяеми ресурси
Засилването на опитите за намаляване на цялостната зависимост от изкопаемите горива чрез ускоряване на развитието и приложението на възобновяеми енергийни източници.

Намаляване на търсенето на енергия чрез подобряването на енергийната ефективност в индустрията, както и в частния и обществения сграден фонд
Увеличаване ролята на общините с цел те да осигурят засилване на политиките в сферата на енергетиката, ВЕИ и климата на местно равнище, както и да подсигурят по-засилена координация помежду си.

С усъвършенстването на умните сгради и технологии, ние не само приемаме иновациите и удобството, но и предприемаме проактивна стъпка към опазване на околната среда. Тези умни решения са в съответствие с целите за устойчивост, като допринасят за намаляване на въглеродните емисии и за един по-екологичен и добре балансиран климатичен свят.