A három részes cikksorozatban a szerzőnek a MÉGSZ „Nagy épületek, intelligens technológiák” című, 2024. március 20-i szakmai napján tartott előadása szerkesztett, a hallgatói kérdésekre adott válaszok alapján kiegészített és bővített változatát olvashatja.
A cikksorozat 1. része az épületgépészet jelenlegi kihívásait és az MI (mesterséges intelligencia) szerepét és épületgépészeti alkalmazásának alapjait tárgyalja. A 2. részben a nagy épületek specifikus szükségleteiről és a MI ezek kezelésében betöltött szerepéről, valamint a domotika alapjairól lesz majd szó. A 3. rész pedig a létesítményüzemeltetés MI által történő optimalizálását, valamint a környezeti és fenntarthatósági hatásokat fogja tárgyalni.
Különböző építészeti koncepciók
Amikor építészeti, épületvillamossági, épületgépészeti, vagy komplexebb megközelítésben domotikai megoldásokban gondolkodunk, akkor két véglet között kell megtalálnunk azt a megoldást, amivel a megrendelő elégedett lesz, s melyet a megvalósítást követően kellő hatékonysággal tudunk üzemeltetni is.
Az első megoldásnál a külső környezetet minél jobban megpróbáljuk kizárni, az ablakok csak fényáteresztő felületek, s nem lehet őket kinyitni, felesleges a terasz, a bejárati ajtó pedig (szinte) hermetikusan zárható. A megannyi szenzor által közvetített adatok, s az adatokból képzett információk segítségével a mesterséges intelligenciával is támogatott döntési mechanizmusok révén nagyon sok komforttényezőt tudunk a falakon belül befolyásolni, s az ott tartózkodók szubjektív komfortérzetére is kellően pozitív hatást vagyunk képesek gyakorolni. A létesítményben levők kényelmét és jóllétét szolgálja többek között a hangszórókból szóló madárcsicsergés, vagy a tenger morajlása, a szökőkutak, az illatosított levegő, s azok a belső terek, ahol kényelmes fotelekben ülve, a szemünket becsukva hamar a természetbe képzelhetjük magunkat.
A második megoldásnál nem kell magunkat a természetbe képzelnünk, hiszen az épületet eleve a természet közelébe, vagy magába a természetes környezetbe (patakpart, mező, liget, erdő) építették, így magától értetődik, hogy gyakran nyitják ki az ablakokat, vagy ülnek ki a teraszra, a jó levegőre a ház tulajdonosai. Az MI segítségével itt is számos szabályozókör áll a rendelkezésre, hiszen például amikor a házat még jó időben néhány órára elhagyják, de az ablakokat nem zárják be, akkor vihar közeledtével az aktuátorok valamennyi ablakot bezárják, illetve a redőnyöket is leengedik. A második megoldás műszaki-filozófiai értelemben is nagyon eltér az elsőtől: minél inkább a természet részévé akarja tenni az épületet, s jobb esetben az épület a természettel egy organikus egységet próbál képezni. Szép példája ennek Frank Lloyd Wright amerikai építész Vízesés-ház (angolul: Fallingwater), vagy más elnevezéssel Kaufmann-ház munkája, ami 1939-ben került átadásra.
A második megoldás alváltozatának tekintem azokat a kezdeményezéseket, amelyek az önellátást helyezik a fókuszba olyan módon is, hogy leválnak a közművekről. Itt találkozhatunk lelkes amatőrökkel (akik idővel elvesztik lelkesedésüket a folyamatos kudarcok miatt), s profi, mérnöki tudással rendelkező családokkal is (akik viszont tudatosan tervezik és valósítják meg, majd sikeresen üzemeltetik családi léptékben is az energiaellátó és egyéb rendszereiket).
Bármelyik végletet, vagy a köztük levő megannyi egyéb lehetőséget is választjuk tervezőként, kivitelezőként, vagy üzemeltetőként, biztosak lehetünk benne, hogy az elkövetkező években-évtizedekben az épületekkel/létesítményekkel szemben megfogalmazott biztonsági, gazdasági és komfortelvárások miatt az MI megkerülhetetlenné fog válni. Cikksorozatomban az épületgépészet tágabb fókuszában vizsgálom meg az MI lehetőségeit.
Globális és lokális problémák és kihívások
A nemzetközi adatokhoz hasonlóan Magyarországon is többen élnek a városokban (Budapest, többi város), mint községekben. A KSH legfrissebb adatai szerint a városlakók/községekben lakók aránya megközelítőleg: 70%:30% A városok egyre zsúfoltabbá válnak, ami kedvezőtlenül hat a közlekedésre, a közbiztonságra, a városi levegő minőségére, s egyre komplexebb feladatként jelenik meg a közüzemi szolgáltatások nyújtásának zavarmentes biztosítása. A városok energiafelhasználása az esetek többségében dinamikusabban növekszik, mint a lakosság száma, mivel a városokba költözők, illetve a már ott élők egyre kényelmesebb életet kívánnak élni, ami jelentősen növeli az egyének és a háztartások energiaigényét. Az energiaigény kielégítése pedig az energiahálózatok fejlesztésével, vagy egyéb, lokális megoldásokkal (pl.: napelem a háztetőn) valósítható meg jobb esetben. Rosszabb esetben az energiaellátásban egyre gyakrabban lehet számolni hosszabb-rövidebb szolgáltatáskiesésekkel.
A városok által kínált kényelmesebb élet számos automatizmust kíván meg, melyek – a később említett példák alapján is – nagyobb szubjektív élményt nyújthatnak a lakóknak, de a gazdasági racionalitás fókuszában is megjelennek az automatizmusok: a komfortos irodaépületek nagyobb teljesítményre, míg például a komfortos bevásárlóközpontok (a bérlők megelégedésére is) több vásárlásra ösztönzik az ott tartózkodókat. Az automatizmusok egyre hézagmentesebb összekapcsolása egyre komplexebb rendszereket tételez fel már a lakó- és középületek üzemeltetése területén is, s erre kínál hatékony megoldásokat már most, de az elkövetkező években-évtizedekben egyre markánsabban az MI.
Az épületgépészet jelenlegi kihívásai
Az épületgépészet jelenlegi kihívásai az előző bekezdésekben vázolt problémákból és kihívásokból is levezethetők. A magán- és középületek épületgépészeti értelemben vett fenntartása és üzemeltetése szempontjából egyre fontosabbá válik a minél kisebb karbonlábnyom, az energia minél hatékonyabb, minél kisebb veszteséggel járó felhasználása, az egyes helyiségeknek, s magának a teljes épületnek az egyre magasabb elvárásoknak is megfelelő komfortossága, az alkalmazott épületgépészeti megoldások biztonságossága. Ezeknek az elvárásoknak a teljesítését nehezítheti az elöregedett infrastruktúra, a fejlesztésre nem, vagy csak minimálisan hajlandó tulajdonos, a változó környezeti és jogi szabályozások, s ezeknek való kötelező megfelelési kényszer, a hanyag, pazarló bérlői szemléletmód (különösen, ha annak nincs tényleges anyagi/jogi következménye), az egyes szakágak közötti szakmai kommunikáció hiánya, s ebből adódóan az egyes szakágak nagyon merev lehatárolása. Ez utóbbi egyébként azért is komoly probléma, mert az épületgépészeti technológiai innovációk (pl.: hőszivattyúk, szellőzőrendszerek) az épületgépészeti rendszerek olyan evolúcióját idézik elő, amelyiknél a rendszerek beüzemelésénél az épületgépészeti szaktudás mellett a villamosipari, illetve gyakran már az informatikai szaktudás is elengedhetetlen. Amikor pedig a különböző épületgépészeti, -villamossági, -biztonsági és -informatikai rendszerek összekapcsolásáról beszélünk akkor nem csak a komplex látásmód szükségeltetik, hanem az egyes szakterületek képviselőinek az együttműködése is (jobb esetben domotika szakmérnök/szaktanácsadó közreműködése mellett), mert igazán költség- és energiahatékony, modern, egészséges, biztonságos és komfortos megoldások – melyeket az MI is támogat – csak így születhetnek.
Az MI szerepe és alkalmazásának alapjai az épületgépészetben
Az alábbiakban az MI és az épületgépészet kapcsolatát mutatom be tíz lehetőségen keresztül.
- Új épületgépészeti készülékek tervezése/fejlesztése. A hagyományos igényfelméréshez képest a korábbi készülékek üzemeltetési tapasztalatai, hibajelentései alapján – azokat MI-vel feldolgozva – jobban előre lehet jelezni azokat a fogyasztói igényeket, amelyekre az új készülék megoldást kínál, pl.: határozottabban definiálhatók a berendezés funkciói, logikusabban kialakítható a kezelőfelület.
- Új épületgépészeti készülékek tesztelése. A prototípusok tesztelésénél a hagyományos fizikai világban történő tesztelést ki lehet egészíteni szimulációs tesztekkel, amikor a szimulációs szoftverek az MI segítségével sokkal komplexebb és extrémebb viszonyok között is tudnak tesztelni, így például a tervezett avulásra vonatkozó vállalati döntést is megalapozottabban tudják meghozni. A jelenlegi realitás az, hogy ugyan a szimulációs, szoftverkörnyezetben történő tesztelés egyre fontosabb, a hagyományos, fizikai környezetben történő tesztelést a legtöbb esetben nem lehet elhagyni.
- Domotika rendszerre szabott épületgépészeti rendszerintegráció. A jól működő domotika rendszerek – ahogy arról még később részletesebben fogok írni – folyamatosan monitorozzák az épületet a szenzorjaik révén, de a különböző beavatkozásokról is megannyi adat és annak feldolgozásaként, információ áll rendelkezésre. Ezek az adatok és információk a mesterséges intelligencia segítségével egy olyan kapcsolódási felületet hoznak létre, melynek alapján a tömegtermelésben gyártásra kerülő épületgépészeti berendezés működési és működtetési paraméterei jobban az adott domotika rendszerre szabhatók.
- Adatok és tanulóadatok. Az épületet, valamint környezetét, mint rendszert értelmezve, azt mondhatjuk, hogy folyamatosan rendelkezésünkre állhatnak adatok és információk, melyek révén a különböző vezérlő/szabályozó körök működnek, s biztosítják fűtési-hűtési és légtechnikai elvárásoknak megfelelő rendszerállapotokat. Az adatok felhasználásánál nincs szükség feltétlenül MI-re, de ha az MI képes a rendszer korábbi állapotaiból (adataiból) tanulni, akkor eredményesebben tudja a jelenben működtetni a rendszert, illetve előre jelezni a jövőt. Az ilyen működésnek akkor van különösen nagy jelentősége, amikor több, egymástól független hőtermelő és/vagy hőleadó rendszert (pl.: elektromos falfűtés, fan-coil, hőszivattyúról táplált padlófűtés) kell költség-, illetve energiahatékonyan működtetni.
- Környezeti hatások és fenntarthatóság. A hazai és a nemzetközi jogi gyakorlatban egyre hangsúlyosabban jelennek meg a létesítmények üzemeltetésével kapcsolatos környezeti hatások, pontosabban a káros környezeti hatások mérséklése. Azzal, hogy a létesítmények nem villamos hőtermelő berendezéseinek a károsanyag kibocsátását monitorozzák, majd ezeket az adatokat MI segítségével elemzik, a kibocsátott károsanyagok szűrőberendezéseinél a szűrők cseréje előre tervezhető, vagy akár rámutathatnak például egy pályázatban egy új hőtermelő beszerzésének a szükségességére.
- Prediktív (előrejelzésen alapuló) karbantartás és hibaelőrejelzés. Ha a rendszer korábbi működéséről, állapotáról és meghibásodásáról kellően sok adat áll rendelkezésre, akkor prediktív MI modell segítségével meghatározható előre, hogy mikor érdemes még a meghibásodás előtt a szükséges alkatrészcserét elvégezni. Ez a karbantartás-tervezés különösen ott fontos, ahol elvárás a (közel) folyamatos üzem, s nem megengedett a nem tervezett meghibásodások miatti több napos leállás.
- Intelligens időjárás-alapú szabályozási rendszerek. A bevezető részben már utaltam a kétféle megközelítésre az épületek kapcsán. Mivel a gyakorlatban nem lehet az épületet teljesen hermetikusan elzárni, ezért a környezetnek (pl.: időjárás) érezhető a hatása az épületben is. A lokális időjárási adatok MI-vel történő figyelése költséghatékony, és működésében is hatékonyabb megoldást kínál. Pl.: a kert öntözése minden nap egy adott időben megtörténik, ha a talajszenzor adatai alapján a föld nedvessége nem megfelelő, de ha az öntözési időszakban eső várható, akkor az öntözés aznap elmarad.
- Helyiségspecifikus szabályozás és felhasználói viselkedés. A komfortelmélet szerint a különböző helyiségekben azok rendeltetése alapján eltérő az emberek komfortigénye, illetve az egyes emberek komfortigénye is változó például a testi aktivitástól függően A helyiségek hőmérsékletének a beállítása viszonylag egyszerű feladat, s a programozható termosztát révén költséghatékonnyá is tehető. Ugyanakkor, MI segítségével figyelembe vehető a családtagok eltérő életvitele (mikor tartózkodik otthon, mi a napi/heti rutinja, stb.), s ilyenkor még hatékonyabb szabályozás érhető el akár a fő fűtési rendszerrel párhuzamos másik (lokális) rendszer (ideiglenes) be/ki kapcsolásával.
- Biztonsági rendszerek intelligens integrációja. Épületgépész szakmai körökben magától értetődik az a kijelentés, hogy a különböző (nyomásalatti) rendszerek biztonságos megtervezése, kivitelezése, üzemeltetése és továbbfejlesztése első számú prioritást kell, hogy élvezzen. Ugyanakkor a biztonsági rendszerek MI-vel történő integrációja jelenkorunk lehetőségei közé tartozik. Nézzünk egy példát: Adott egy biztonsági lefúvató, ami a megadott nyomásérték felett azonnal működésbe lép, s csökkenti a zárt fűtési körben a nyomást. Így megvédi a fűtési kört a további károsodástól. De a hőtermelő berendezés (amit rendszerint egy termosztát vezérel) erről nem „tud”, tehát továbbra is bekapcsol, amikor az adott helyiségben egy bizonyos szint alá süllyed a hőmérséklet. Az eredmény: nem hatékony és rossz működés. Ha e két szabályozónak az állapotáról integráltan állnának rendelkezésre adatok, akkor az ilyen problémák elkerülhetők lennének: a biztonsági lefúvató működésbe lépésekor üzenetet kap a felhasználó a telefonjára, s akár a mesterséges, akár a humán intelligencia döntést hozhat a hőtermelő további működtetéséről.
- Az MI által vezérelt felügyeleti és diagnosztikai eszközök fejlesztése. Az előző ponthoz kapcsolódóan: minél több felügyeleti és diagnosztikai eszközt integrálnak az MI-vel támogatott domotika rendszerbe, annál inkább elérhető egy biztonságos, a rendszer (szinte) valamennyi területére kiterjedő megbízható működés.
Dr. Kollár Csaba
Fogalommagyarázó megjegyzések:
A domotika (német: domotik”, angol: „domotics” ) az épületek automatizálási, vezérlési és irányítási rendszereinek az elmúlt időszakban divatossá váló megnevezése . Mozaikszó, a latin domus (ház) és a robotika szavak összekapcsolásával.
A domotika az otthonok eszközeinek automatizálásából és egységes rendszerbe gyűjtéséből áll, melynek célja az energiagazdálkodás, a biztonság, a jólét és a kommunikációs szolgáltatások javítása. Ezért elmondható, hogy a domotikus otthon egy okos otthon. (https://eu.wikipedia.org/wiki/Domotika) Az építőiparban az épületautomatizálás (GA=Gebäudeautomation) vagy a domotika az épületek felügyeleti, vezérlési, szabályozási és optimalizálási eszközeinek összességét jelenti. Az ellátási technológia részeként a GA a műszaki energiagazdálkodás fontos része. A fő cél gyakran a funkcionális folyamatok keresztirányú, független (automatikus) megvalósítása meghatározott beállítási értékek (paraméterek) szerint, vagy azok működésének, monitorozásának egyszerűsítése. E cél elérése érdekében az épületben található összes érzékelő, aktuátor, vezérlés, fogyasztó és egyéb műszaki rendszer hálózatba van kapcsolva. A folyamatok forgatókönyvekben foglalhatók össze. Megkülönböztető jellemzője az automatizálási állomások (AS=Automationsstationen) decentralizált elrendezése és a kommunikációs hálózaton vagy buszrendszeren keresztül történő következetes hálózatépítés. (https://de.wikipedia.org/wiki/Gebäudeautomation)
Dr. Okányi Sándor
A domotika fogalmáról az ÉPÜLETGÉPÉSZ 2024/1. számában, és itt is olvashat:
Kollár Csaba
A közgazdaságtudományok doktora (PhD), a katonai műszaki tudományok habilitált doktora (Dr. habil.). Kutatási területe többek között az ember-robot interakció, az okosváros, a mesterséges intelligencia, a domotika, a komfortelmélet, a beteg épület szindróma (SBS). Az Óbudai Egyetem tudományos főmunkatársa, a domotika szakmérnök/szaktanácsadó képzések vezetője, az MTA IX. Osztály Hadtudományi Bizottsága által minősített Biztonságtudományi Szemle szerkesztőbizottságának tudományos titkára, az Egyetem Biztonságtudományi Doktori Iskolájának és az NKE Katonai Műszaki Doktori Iskolájának az oktatója, témavezetője.
Kiemelt kép: Canva / AI
A cikksorozat további részei:
