6.7 Smarthus og bygningsautomasjon

Huset som vet at du er hjemme

Tenk deg at du kommer hjem en mørk vinterkveld. Idet du går inn døra, tennes lyset av seg selv, varmen har allerede skrudd seg opp fra nattsenkingens 18 grader til behagelige 22, og persiennene har trukket seg ned for å holde på varmen. Ingen har trykket på en bryter. Huset gjorde det selv.

Dette er et smarthus -- en bolig der sensorer, aktuatorer og kommunikasjonsnettverk samarbeider om å automatisere belysning, oppvarming, sikkerhet og energistyring. Det samme prinsippet finner du igjen i de store næringsbyggene, bare i langt større skala. Og dette er ikke framtidsmusikk: bygningsautomasjon er et av de raskest voksende fagfeltene i Norge, drevet av strenge krav til energieffektivitet, komfort og sikkerhet.

Som elektrofagarbeider kommer du nesten garantert til å jobbe med denne teknologien. I dette kapittelet skal vi se hvordan et smarthus er bygd opp, hvilke protokoller som lar enhetene snakke sammen, hvordan lys og varme styres automatisk, og hvor mye energi -- og penger -- automasjon faktisk sparer.

Sansene, hjernen og musklene

Et smarthus er egentlig bygd opp som en kropp. Det har sensorer som er sansene: de måler temperatur, bevegelse, lys, fuktighet og om dører og vinduer er åpne. Det har aktuatorer som er musklene: dimmere, releer, motoriserte ventiler og persiennemotorer som faktisk utfører noe. Og det har en sentralenhet -- en hub eller gateway -- som er hjernen, og som koordinerer kommunikasjonen mellom alt. Til slutt styrer du det hele gjennom et brukergrensesnitt, enten det er en app, et veggpanel eller en stemmeassistent.

Men for at alle disse enhetene skal kunne snakke sammen, trenger de et felles språk -- en kommunikasjonsprotokoll. Her finnes det tre store du må kjenne. KNX er den kabelbaserte standarden, en internasjonal ISO-standard som bruker en egen grønn busskabel med to ledere ved siden av strømkablene. KNX er svært pålitelig fordi det ikke påvirkes av trådløs interferens, og det er desentralisert -- enhetene snakker direkte med hverandre uten en sentral server. Det brukes i næringsbygg og dyrere boliger, men krever sertifisert installatør.

De to andre er trådløse. Z-Wave sender på 868 MHz og bygger et mesh-nettverk der enhetene videresender signaler til hverandre, med rundt 30 meter rekkevidde per hopp og maks 232 enheter. Zigbee sender på 2,4 GHz -- samme frekvens som Wi-Fi -- og kan håndtere opptil 65 000 enheter med svært lavt strømforbruk, slik at batteridrevne sensorer varer i årevis. Du finner Zigbee i Philips Hue og IKEA-produkter, men siden det deler frekvens med Wi-Fi, kan det få interferens. Et mesh-nettverk betyr nettopp at enhetene fungerer som repeatere som sender signalet videre, slik at rekkevidden utvides og signalet finner alternative ruter hvis én enhet svikter.

Lys og varme som styrer seg selv

La oss se nærmere på hva huset faktisk gjør. Automatisk lysstyring kan skje på mange måter. Bevegelsessensorer tenner lyset når du kommer og slukker det når rommet er tomt. Dagslyskompensering dimmer det kunstige lyset ned når det er mye dagslys og opp når det blir mørkt ute, slik at lysnivået holdes jevnt. Tidsstyring lar lyset følge klokka eller soloppgangen, og scenekontroll lagrer ferdige innstillinger som «Middag», «Film» og «Natt». I profesjonelle anlegg brukes ofte DALI, en industristandard som lar deg adressere hver enkelt armatur individuelt.

Automatisk varmestyring er like smart. Hvert rom kan ha sin egen sone med eget settpunkt, slik at soverommet er kjøligere enn stua. Nattsenking senker temperaturen automatisk om natten, for eksempel fra 22 til 18 grader. Fraværsmodus skrur ned varmen når ingen er hjemme, basert på bevegelse, GPS eller kalender. Og en vindussensor slår av varmen straks et vindu åpnes -- ingen vits i å varme opp uteluften.

Gevinsten er ikke liten. Smart lysstyring kan kutte 30 til 50 prosent av lysenergien, og smart varmestyring 15 til 30 prosent av varmeenergien. Det er energi -- og penger -- som ellers ville rent rett ut av huset uten at noen merket det.

Når hele bygget styres fra ett sted

I store næringsbygg løftes alt dette opp et nivå med et BMS -- Building Management System. Dette er det sentrale styresystemet som har oversikt over alle de tekniske installasjonene samtidig: ventilasjon og klimaanlegg, belysning, oppvarming og kjøling, adgangskontroll, brannalarm, heiser og energimåling. Alt samles i ett system.

Det er her de virkelig store besparelsene ligger. Behovsstyrt ventilasjon ventilerer bare rom som faktisk er i bruk, målt på CO2-nivå eller bevegelse -- et tomt møterom trenger ikke samme luftmengde som et fullt. Optimal start og stopp sørger for at varmen og ventilasjonen starter akkurat tidsnok til at bygget er klart når arbeidsdagen begynner, ikke et minutt for tidlig. Lastbalansering unngår at alle energikrevende systemer går samtidig og lager dyre effekttopper, og frikjøling bruker kald uteluft til kjøling i stedet for kompressor når det er kjølig nok ute.

La oss regne på det. Et kontorbygg bruker $500\,000$ kWh i året på oppvarming, ventilasjon og belysning. Installerer du et BMS med behovsstyrt ventilasjon, dagslyskompensering og optimal start og stopp, anslås besparelsen til 30 prosent. Det gir $500\,000 \times 0{,}30 = 150\,000$ kWh spart. Med en strømpris på 1,20 kr/kWh blir det $150\,000 \times 1{,}20 = 180\,000$ kr spart hvert eneste år -- altså 1,8 millioner kroner over ti år. Et typisk BMS gir 20 til 40 prosent energibesparelse sammenlignet med manuelt styrte bygg.

Oppsummering

Vi startet med et hus som tente lyset og skrudde opp varmen helt av seg selv, og vi har sett hvordan det faktisk henger sammen. Et smarthus kobler sammen sensorer, aktuatorer og en sentralenhet for automatisk styring av lys, varme og sikkerhet. Enhetene snakker sammen via protokoller: KNX er kabelbasert og svært pålitelig for næringsbygg og nybygg, mens Z-Wave (868 MHz) og Zigbee (2,4 GHz) er trådløse mesh-protokoller som passer godt til ettermontering.

Smart lysstyring med bevegelsessensorer og dagslyskompensering sparer 30 til 50 prosent lysenergi, og varmestyring med soner, nattsenking og fraværsmodus sparer 15 til 30 prosent varmeenergi. I store bygg samler et BMS alle tekniske systemer og gir typisk 20 til 40 prosent energibesparelse -- som i regneeksempelet vårt ble 180 000 kroner i året. Huset som tenker selv, er altså ikke bare behagelig, men også god økonomi og godt for miljøet.