Instituto Politécnico de Coimbra

Instituto Superior de Engenharia

GESTVIVEXXI PROJECTO DE UM SISTEMA INTEGRADO DE GESTÃO DAS INSTALAÇÕES E

EQUIPAMENTOS DE UMA VIVENDA

Alípio Manuel Arromba Bernardo

Projecto para obtenção do Grau de Mestre em

Instalações e Equipamentos em Edifícios

COIMBRA

2009

Instituto Politécnico de Coimbra

Instituto Superior de Engenharia

GESTVIVEXXI PROJECTO DE UM SISTEMA INTEGRADO DE GESTÃO DAS INSTALAÇÕES E

EQUIPAMENTOS DE UMA VIVENDA

Orientadores:

Doutor Gilberto Cordeiro Vaz

Professor Adjunto, ISEC

Eng. José Manuel Fresco Tavares de Pina

Professor Adjunto, ISEC

Alípio Manuel Arromba Bernardo

Projecto para obtenção do Grau de Mestre em

Instalações e Equipamentos em Edifícios

COIMBRA

2009

i

A minha dedicatória vai por inteiro para a minha família em particular para a

minha filha que durante mais de dois anos quase não viu um pai cuja aventura do

Mestrado em paralelo com a grande exigência profissional lhe absorveram uma grande

parte do seu tempo e disponibilidade mental para acompanhar o seu crescimento.

Um grande, grande beijinho.

Obrigado

iii

Agradecimentos

As palavras de agradecimento serão poucas para expressar tudo aquilo que sinto e que

senti em cada momento vivido durante os mais de dois anos dedicados ao Mestrado.

Foram momentos de grande esforço e sofrimento, só ultrapassados graças ao apoio de

todos os que são e foram próximos durante tão grande e importante período da minha vida.

As minhas primeiras palavras de agradecimento vão para a minha família, a minha filha e

esposa que sempre me apoiaram nos momentos difíceis, de quase desespero e vontade de

desistir.

Agradeço aos meus colegas, companheiros e amigos do Mestrado, sem eles jamais teria

sido possível arranjar forças e motivação para diariamente lutar contra o cansaço e vencer

cada um dos desafios que nos eram impostos pela exigência própria do Mestrado. Foram

momentos de grande loucura e união mas ao mesmo tempo motivadores e demonstrativos de

que a união faz a força e é com a força de muitos que é possível ultrapassar qualquer barreira

por mais difícil que nos pareça.

Agradeço aos orientadores e a todos os professores cuja dedicação e paciência foram

fundamentais, para conseguirem levar a bom porto a tão difícil tarefa de leccionar para um tão

particular grupo de alunos. Só com a sua compreensão, competência, profissionalismo e

amizade é que foi possível enfrentar este grande desafio, motivando, ajudando, acarinhando e

no fundo contribuindo para a união do grupo em busca de um objectivo maior, aprender e

evoluir, pessoal e profissionalmente.

A todos sem excepção, muito obrigado.

v

Resumo

A Gestão de um Edifício Inteligente é mais do que gerir o conforto, a economia e a

segurança, é sobretudo criar uma plataforma de vida cujos patamares de sustentabilidade

energética e qualidade de vida andam de mãos dadas com o futuro e o presente, permitindo

desta forma e graças á tecnologia que hoje se encontra á nossa disposição criar conceitos de

modernidade, eficiência e mobilidade.

Por esta razão optou-se pela utilização de um sistema multifuncional do tipo Instabus

KNX/EIB, que permitirá integrar, centralizar e gerir todos os sistemas eléctricos e mecânicos

existentes numa vivenda equipada com piscina, numa única plataforma de comunicação local

e remota via TCP/IP, utilizando terminais fixos ou móveis do tipo IPphone.

A implementação de uma ou várias aplicações existentes no mercado no que diz respeito

a software de gestão de energia e monitorização de consumos energéticos, suportados pela

integração de equipamentos de medição do consumo de água, electricidade e gás, permitem a

elaboração de gráficos de consumo e a implementação de medidas de racionalização de

energia, contribuindo para uma maior eficiência com consequências muito positivas na

factura energética e beneficiando o meio ambiente.

No presente projecto, implementaram-se sistemas de controlo de aquecimento e

qualidade do ar, criação e gestão de cenários de iluminação e de conforto visual. Integrou-se o

sistema do tipo solar térmico, possibilitando gerir a produção e consumo de água quente solar,

consumo de água quente para aquecimento do piso radiante e aquecimento da piscina.

Para controlo da segurança da moradia foram considerados terminais de zona que

recebem as informações dos diversos detectores, sensores e botoneiras, que de forma

integrada com o sistema de gestão implementado, activam os vários sistemas de alerta

previamente programados tanto locais como remotos, enviando inclusivamente mensagens de

alerta para qualquer terminal móvel ou empresa de segurança. Na prática, quando um sensor é

actuado, o sistema reage cortando os sistemas de abastecimento de energia ou água e envia

mensagens de alerta internas e externas, que podem ser sob a forma chamadas telefónicas ou

mensagens de alarme para telemóvel.

As persianas serão fechadas em condições climatéricas adversas, por controlo horário ou

quando se activa o alarme da moradia ou ainda para adequar a qualidade e quantidade da luz

vi

interior em função da exposição solar de determinada divisão, proporcionando condições de

conforto visual e térmico.

O sistema está igualmente preparado para monitorizar as condições climatéricas e

analisar as condições do solo permitindo um controlo mais eficiente da rega.

Palavras chave: Sistema Integrado de Gestão, Instabus KNX/EIB, Modernidade,

Sustentabilidade, Eficiência, Conforto, Economia, Flexibilidade, Qualidade, Segurança,

Globalidade, Comunicação.

vii

Abstract

The Intelligent Management of a building is more than just manage comfort, economy

and safety, it is the creation a way of life where the idea of energy sustainability and quality of

life in the present and the future, by the utilization of the most recent technology will create

concepts of modernity, efficiency and mobility.

Considering this statement the application of a multifunctional system Instabus

KNX/EIB, was chosen. This system will integrate, centralize and manage all mechanical and

electrical systems existing in this house with swimming pool in a single platform for local and

remote communication via TCP/IP, using fixed or mobile terminal type Iphone.

A software application monitorises the energy consumption by measuring and recording

of water, electricity and gas; additionally, graphics and implementation of measures of

rationalization of energy are carried out. Implemented control systems of heating and air

quality management, as well as landscape lighting and comfort are implemented. Tthe thermal

solar system, enables, to manage production and consumption of solar hot water, hot water

consumption for heating and swimming pool heating.

For housing security control, zone terminals that receive the information of the detectors,

sensors and contacts are installed; their management is achieved, by the software and buttons

that activate the various prescheduled warning systems. When a sensor turns on, the system

reacts by cutting the energy supply systems or water and sends alert messages.

The persians blinds are closed in adverse weather conditions, by checking active time if

the alarm home is activated or to match the quality and quantity of light relatively to sunlight

of a particular division providing conditions for visual and thermal comfort. The system is

also prepared to monitorise climate and soil conditions analysis allowing more efficient

control of watering.

Keywords: Integrated management system, Instabus KNX/EIB, comfort, economy,

flexibility, quality, safety, overall communication.

ix

Índice

Agradecimentos iii

Resumo v

Abstract vii

Índice ix

Lista de Figuras xii

Nomenclatura xv

1 Memória Descritiva e Justificativa de Projecto 1

1.1 Introdução 1

1.2 Caracterização do edifício e da sua utilização 1

1.3 Instalações de utilização da habitação 2

1.3.1 Alimentação. 2

1.3.2 Iluminação. 3

1.3.3 Tomadas de uso específico. 3

1.3.4 Alimentação de equipamentos. 3

1.3.5 Aquecimento. 4

1.3.6 Controlo de som e imagem. 4

1.3.7 Medição de consumos. 5

1.3.8 Sistema de rega. 5

1.3.9 Sistema de detecção de intrusão, incêndio, gás e inundação. 5

1.3.10 Piscina. 7

1.3.11 Descrição da rede de BUS. 7

2 Arquitectura do sistema 10

2.1 Descrição da solução implementada 10

2.1.1 Diagrama do sistema 10

2.1.2 Vantagens 11

2.1.3 Acesso e controlo via Instabus KNX/EIB 11

2.1.4 Acesso e controlo via TCP/IP e Internet 11

2.1.5 Gestão e controlo do Sistema Home Server 3 12

2.1.6 Interface com o utilizador, menus de controlo e visualização. 13

x

3 Integração com outros protocolos e sistemas 15

3.1 Sistema integrado de gestão centralizada 15

3.1.1 Rede de comunicação 15

3.1.2 Integração com sistemas Modbus TCP ou RTU 16

3.1.3 Integração com sistemas VRV da Daikin ou Mitsubishi 17

4 Solar Térmico – integração em KNX/EIB 18

4.1 Gestão e controlo da produção de água quente 18

4.1.1 Mapa de zonas climáticas em Portugal continental 18

4.1.2 Esquema tipo de solar térmico para AQS e piso radiante 19

4.1.3 Esquema tipo de solar térmico para AQS e Piscina 19

4.1.4 Controlo, gestão e monitorização KNX/EIB 20

5 Aquecimento por piso radiante 21

5.1 Controlo de temperatura ambiente 21

5.1.1 Piso radiante hidráulico. 21

5.1.2 Influências internas e externas. 22

5.1.3 Controladores KNX/EIB. 22

6 Sistemas de Gestão de Energia 23

6.1 Integração com KNX/EIB 23

6.1.1 Gestão de energia eléctrica 24

6.1.2 Gestão de consumo de água 24

6.1.3 Gestão de consumo de gás 25

7 Controlo da Qualidade do Ar Interior 26

7.1 Enquadramento legislativo 26

7.1.1 Controlo da qualidade do ar em cada divisão 26

7.1.2 Controlo da qualidade do ar para condutas 27

8 Segurança 29

8.1 Integração dos sistemas de segurança em KNX/EIB 29

8.1.1 Panorâmica geral dos sistemas de segurança. 29

8.1.2 Detecção de intrusão 30

8.1.3 Detecção de incêndio e gás. 30

8.1.4 Detecção de inundação 31

xi

8.1.5 Sinalização de alarme 31

9 Persianas ou estores 32

9.1 Sistema de abertura e fecho de estores, integração KNX/EIB 32

9.1.1 Estação meteorológica 32

9.1.2 Controlo em função das condições climatéricas 33

9.1.3 Conforto e eficiência de energia 33

10 Iluminação 35

10.1 Gestão Integrada de Iluminação 35

10.1.1 Medição dos níveis de iluminação exterior e interior 35

10.1.2 Controlo dos níveis de iluminação 35

11 Sistema de Rega 37

11.1 Implementação de um sistema de rega automático, Integração em KNX/EIB. 37

11.1.1 Monitorização das condições de humidade e temperatura do solo. 37

12 Peças Desenhadas 39

13 Conclusões 63

Referências 65

xii

Lista de Figuras

Fig. 2.1. Networking – via TCP/IP e KNX/EIB [Gira Home Server 3, 2008] pp.3. 9

Fig. 2.2. Gestão Centralizada [Gira Home Server 3, 2008] pp.7. 11

Fig. 2.3. Interfaces de Controlo do Sistema de Gestão Centralizado [Gira Home Server 3, 2008]

pp.8. 12

Fig. 2.4. Painel de Controlo Gira / Proface [Gira Home Server 3, 2008] pp.6. 12

Fig. 2.5. Menus de controlo de funções básicas [Gira Home Server 3, 2008] pp.8. 13

Fig. 2.6. Gráficos, email, som e vídeo vigilância [Gira Home Server 3, 2008] pp.9. 13

Fig. 3.1. Arquitectura de rede [UNITRON UC32, CYLON] MKTG0126_UC32_system_en[1]. 14

Fig. 3.2. Integração de sistemas em MODBUS no controlo KNX/EIB [IntesisBox® KNX / EIB

- Modbus TCP master] data sheet v10 r13 eng. 15

Fig. 3.3. Integração de sistemas em MODBUS no controlo KNX/EIB [IntesisBox® KNX / EIB

- Modbus RTU master] data sheet v10 r13 eng. 15

Fig. 3.4. Integração de sistemas em BACnet IP no controlo KNX/EIB [IntesisBox® KNX / EIB

– BACnet/IP Client] data sheet v10 r12 eng. 16

Fig. 3.5. Integração de Mitsubishi G50 no controlo KNX/EIB [IntesisBox® KNX / EIB –

Mitsubishi Electric G50] data sheet v10 r11 eng. 16

Fig. 4.1. Mapa solar em Portugal Continental [Gama Solar Junkers, 2008] pp.21. 17

Fig. 4.2. Instalação solar para AQS e piso radiante [Gama Solar Junkers, 2008] pp.3. 18

Fig. 4.3. Instalação solar para AQS e Piscina [Gama Solar Junkers, 2008] pp.3. 18

Fig. 4.4. Instalação solar e aquecimento com controlo KNX/EIB [ARCUS - EDS, 2009] 19

Fig. 5.1. Fluxograma de controlo [heating and air conditioning, ABB] pp.8. 20

Fig. 5.2. Piso Radiante hidraulico [heating and air conditioning, ABB] pp.5. 20

Fig. 5.3. Influências internas e externas [heating and air conditioning, ABB] pp.7. 21

Fig. 5.4. Discontinuous PI Control (PWM control) [heating and air conditioning, ABB] pp.11. 21

Fig. 6.1. Facility Web [Lingg & Janke]. 22

Fig. 6.2. Medidores de energia eléctrica para calha DIN [Lingg & Janke, EZ382AB-FW]. 23

Fig. 6.3 Medidores de consumo de água com interface KNX[ARCUS-EDS, KNX water meter]. 23

Fig. 6.4. Medidores de consumo de gás com interface KNX[ARCUS-EDS, KNX meter]. 24

Fig. 7.1. Sensores de qualidade do ar interior [Air Qaulity Sensor, ELSNER] pp.7. 25

Fig. 7.2. Sensores de CO2 em condutas [Duct Air Quality Sensor LK,Thermokon] pp.40. 26

Fig. 8.1. Diagrama geral de segurança [Security and surveillance, ABB] pp.25. 27

Fig. 8.2. Equipamentos de segurança á intrusão [Security and surveillance, ABB] pp.10. 28

xiii

Fig. 8.3. Detector óptico de fumos SOM 2412 e detector de Gás SGL [Security and

surveillance, ABB] pp.17. 28

Fig. 8.4. Detector de inundação SWM 4 [Security and surveillance, ABB] pp.16. 29

Fig. 8.5. Sinalização de alarme de segurança [Security and surveillance, ABB] pp.17. 29

Fig. 9.1. Estação meteorológica para KNX/EIB [SUNTRACER, ELSNER]. 30

Fig. 9.2. Controlo de persianas por condições climatéricas [Blind/Shutter controls, ABB]. 31

Fig. 9.3. Controlo de persianas para eficiência de energia [Blind/Shutter controls, ABB]. 31

Fig. 10.1. Detectores de movimento e luminosidade interior [ABB i-bus KNX, 2009] pp.23. 32

Fig. 10.2. Variação de fluxo em iluminação fluorescente [ABB i-bus KNX, 2009]. 33

Fig. 10.3. Módulos de comando [ABB i-bus KNX, 2009]. 33

Fig. 11.1 Modelos de sondas de medição do solo [Arcus-EDS, série SK01] pp.271. 34

xv

Nomenclatura

Abreviaturas

KNX “Protocolo de Comunicação Standard para controlo de sistemas residenciais e

em edifícios ” Actualmente a KNX é também uma organização cujos membros

contribuem para o desenvolvimento e crescimento deste protocolo de

comunicação em todo o mundo e que teve o seu inicio no EIB.

EIB “European Installation Bus”; Desenvolvido como um sistema para controlo de

cargas, ambiente e segurança, podendo ser instalado em grandes edifícios como

centros comerciais, escolas, hospitais e fábricas, como também em pequenas

vivendas ou apartamentos. A sua função é a monitorização e controlo de

serviços como a iluminação, aquecimento, ventilação e ar-condicionado

(AVAC) e segurança.

A norma EIB foi proposta pela EIBA (European Installation Bus Association).

Esta associação é formada pelos principais fabricantes Europeus de Electrónica e

Automação, tais como Siemens, ABB, Hager, Jung, etc. e conta hoje em dia com

mais de 130 empresas. A EIBA tem como principais objectivos a

regulamentação e promoção do EIB, através da certificação de centros de

formação e da publicação e participação em feiras da especialidade.

TCP/IP “Transmission Control Protocol / Internet Protocol ” conjunto de protocolos de

comunicação entre computadores em rede.

RTU “Remote Terminal Unit” os endereços e valores podem ser representados em

formato binário.

Modbus “Protocolo de comunicação de dados utilizado em sistemas de automação

industrial criado pela Modicon”.

Modbus

/TCP “Os dados são encapsulados em formato binário em frames TCP para a

utilização do meio físico Ethernet (IEEE 802.3)”.

Modbus

/RTU “Neste modo os dados são transmitidos em formato binário de oito bits,

permitindo a compactação dos dados em pequenos pacotes”.

xvi

BACnet “BACnet foi projectado para permitir a comunicação e construção de sistemas

de automação e controlo para aplicações tais como aquecimento, ventilação e ar-

condicionado, controlo de iluminação, controlo de acesso e sistemas de detecção

de incêndio”

BACnet IP “A BACnet / IP é uma coleção de um ou mais sub-domínios IP (IP) que é

atribuído um único número de rede BACnet”

XML “eXtensible Markup Language” é uma recomendação da W3C para gerar

linguagens de marcação para necessidades especiais. É um subtipo de SGML

“Standard Generalized Markup Language”, linguagem padronizada de marcação

genérica, capaz de descrever diversos tipos de dados.

W3C “World Wide Web Consortium” é um consórcio de empresas de tecnologia,

actualmente com cerca de 500 membros. Fundado por Tim Berners-Lee em

1994 para levar a Web ao seu potencial máximo, por meio do desenvolvimento

de protocolos comuns e fóruns abertos que promovem sua evolução e asseguram

a sua interoperabilidade”

VRV “Volume de Refrigerante Variável” do Inglês VRF (Variable Refrigerant Flow).

DALI “Digital Addressable Lighting Interface” é um protocolo de dados de um sistema

de transporte desenvolvido conjuntamente por diversos fabricantes de

equipamentos de iluminação. O DALI permite a ligação de equipamentos

provenientes de diversos fornecedores. Uma rede DALI necessita de uma

alimentação de 24 V DC 250 mA.

AQS “Água Quente Sanitária”.

1

1 Memória Descritiva e Justificativa de Projecto

1.1 Introdução

1.1.1 Enquadramento

A gestão integrada das instalações e equipamentos nos edifícios é, cada vez mais, uma

exigência dos seus utilizadores. A satisfação desta exigência requer um conhecimento

multidisciplinar, na área das Instalações e Equipamentos em Edifícios (“Building Services

Engineering”).

1.1.2 Objectivos

Neste projecto, pretendeu-se desenvolver um sistema de gestão integrado de todas as

instalações eléctricas e mecânicas de uma vivenda unifamiliar com piscina. O aquecimento

ambiente é realizado utilizando pavimentos radiantes, considerando que a temperatura

máxima da superfície do solo da habitação não ultrapassa 28 a 29°C, de acordo com a norma

europeia EN-1264.

O projecto incorpora o controlo e gestão da:

Iluminação interior

Iluminação exterior

Domótica

Controlo integrado dos sistemas de aquecimento

1.2 Caracterização do edifício e da sua utilização

O edifício objecto deste projecto é uma moradia unifamiliar para quatro pessoas,

localizada no distrito de Coimbra e cujos principais aspectos construtivos são:

Orientação de acordo com a planta de localização em anexo.

Paredes duplas com isolamento térmico na caixa-de-ar.

Janelas de vidro duplo e caixilharia em PVC.

2

A referida moradia é caracterizada pelos seus dois pisos, cobertura em telha e uma área

envolvente de jardim com piscina.

Assim destacamos:

Espaços exteriores de jardim e áreas de circulação;

Piscina exterior cujas dimensões são 11x5x2 metros;

Rés-do-chão

o Átrio de entrada

o Sala de estar/jantar

o Instalação sanitária comum

o Cozinha

o Lavandaria

o 1 Quarto

o Escritório

o Garagem

o Arrumo técnico

1º Andar

o 2 Quartos

o Instalação sanitária comum

o 1 Suite com instalação sanitária privativa

o Arrumos

1.3 Instalações de utilização da habitação

1.3.1 Alimentação eléctrica.

A habitação está dotada de um conjunto de quadros eléctricos que alimentarão os

módulos EIB/KNX. Estes módulos serão instalados em calha DIN e deverão ser previstas

alimentações independentes para os diversos módulos de forma a evitar que o disparo de um

disjuntor iniba o funcionamento de uma larga gama de equipamentos.

Os quadros localizam-se em locais de fácil acesso, normalmente zonas de passagem ou

armários técnicos.

3

1.3.2 Iluminação.

A moradia será dotada de iluminação artificial, estando prevista a instalação de vários

pontos de luz.

Prevê-se o comando da iluminação através do sistema EIB destacando-se as seguintes

particularidades:

a) Controlo da iluminação exterior – A sua gestão será realizada e controlada pelo

sistema KNX que, para o efeito, monitoriza o nível de iluminação exterior por intermédio da

central meteorológica bem como a presença de movimento através dos sensores de

movimento instalados no exterior da moradia. Para além destes sistemas, considera-se a

programação horária para desligar esta iluminação a partir de uma determinada hora.

b) Iluminação da garagem – Através de contacto do motor do portão são ligados, a

iluminação da garagem e de presença nos espaços comuns da casa.

c) Iluminação interior – A iluminação interior será dotada de balastros com regulação de

fluxo na sala de estar, quartos e “atelier”. A iluminação dos espaços comuns será feita através

de detectores de movimento com sensor de luminosidade.

d) Iluminação de presença – Logo que seja desligado o sistema de detecção de intrusão,

que sejam abertos o portão da garagem ou a porta de entrada (através da fechadura com

ligação ao EIB), será ligada a iluminação de circulação/presença, de forma a permitir a

circulação facilmente até ser ligada a restante iluminação. Do mesmo modo, logo que seja

activado o sistema de intrusão, serão desligadas todas as luzes que eventualmente tiverem

ficado acesas, a não ser que se pretenda a parametrização de um cenário de segurança

(manutenção de algumas luzes acesas pré-determinadas).

1.3.3 Tomadas de uso específico.

Serão previstas tomadas ligadas a módulos EIB para alimentações específicas,

nomeadamente circuitos de alimentação de candeeiros. Pretende-se que nestes circuitos seja

possível a definição de cenas de iluminação de forma coordenada com a iluminação geral.

1.3.4 Alimentação de equipamentos.

Neste ponto incluem-se as alimentações a diversos equipamentos:

a) Ventiladores de extracção das casas de banho – Os ventiladores das casas de banho

serão ligados através de célula de movimento. Caso se considere oportuno poderá ser

4

considerada ventilação centralizada, quer isto dizer, que se poderá considerar a instalação de

apenas um ventilador para fazer a exaustão de todas as casas de banho.

b) Bomba de retorno das águas quentes sanitárias – A bomba de retorno das águas

quentes sanitárias será activada pelo mesmo detector de movimento que irá controlar a

ventilação das instalações sanitárias. Pretende-se que, quando alguém entrar na casa de banho

seja activada a bomba de retorno, de forma a evitar que seja necessário o seu funcionamento

durante todo o dia.

c) Estores eléctricos – Haverá um comando individual local dos estores das janelas dos

diversos espaços e outro central através da consola táctil instalada no átrio de entrada.

d) Estores de sombreamento – Está previsto um comando individual local dos estores de

sombreamento a instalar nos vãos envidraçados virados a sul. Estes painéis serão também

comandados por sensores crepusculares a instalar dentro dos espaços que regularão a sua

abertura/fecho em função do nível de luminosidade pedido no local.

Por uma questão de segurança, a central meteorológica escolhida tem um anemómetro

que provocará o fecho destes estores de sombreamento no caso da existência de ventos fortes.

1.3.5 Aquecimento.

Os comandos para regulação do aquecimento estarão integrados nos teclados a instalar

nos espaços da casa. Estes equipamentos substituem o tradicional termóstato permitindo a

regulação da temperatura do espaço e a colocação, a partir de certa hora, do sistema em

“standby” ou com temperatura mais baixa, contribuindo para a redução significativa dos

custos associados ao aquecimento de espaços.

1.3.6 Controlo de som e imagem.

A sala de estar será dotada de um sistema de reprodução áudio e vídeo. O sistema de som

poderá ser controlado através do INFODISPLAY a instalar neste espaço. De igual modo o

ecrã de projecção e o projector de vídeo também serão comandados através deste painel. Será,

por exemplo, parametrizado um cenário de iluminação de projecção que ao ser activado faz

com que seja ligado o projector de vídeo, baixe a tela de projecção e seja ligado o som no

volume já predefinido.

5

1.3.7 Medição de consumos.

O projecto considera a instalação de módulos de entradas binárias para a visualização no

sistema de contagens de consumos das diversas fontes de energias. Considera-se a

visualização de consumos de gás e electricidade (dependente do tipo de contadores instalados

pelas operadoras), da energia térmica produzida pelos colectores (painéis) solares térmicos,

actualmente de instalação obrigatória e da energia eléctrica produzida por eventuais painéis

fotovoltáicos.

Prevê-se igualmente a instalação de contadores de água que incorporam “interfaces” para

integração em EIB, permitindo controlar e gerir os consumos de água da piscina, sistemas de

rega e consumos domésticos.

No caso de se detectarem elevados desvios em relação às médias de consumo, o sistema

emitirá um alerta.

1.3.8 Sistema de rega.

Na envolvente da moradia existem diversos espaços de jardim. O projecto prevê a

instalação de um sistema de análise das condições do solo, constituído por uma sonda de

humidade e temperatura com “interface” EIB. Desta forma a evita-se o desperdício de água

bem como o arranque das bombas de rega em alturas de pluviosidade natural.

Contempla-se também a possibilidade do controlo das bombas de rega fora do horário

pré-programado para o seu funcionamento

1.3.9 Sistema de detecção de intrusão, incêndio, gás e inundação.

O projecto prevê todas estas funcionalidades integradas no sistema EIB, permitindo a

existência de um sistema global que evite várias centrais e se interliga facilmente. Caso seja

opção do dono de obra poderá ser considerada a possibilidade de envio dos alarmes por SMS.

a) Detecção de intrusão – A detecção de intrusão é feita recorrendo a detectores

volumétricos instalados na garagem, cozinha, escritório, sala e quartos e aos detectores de

movimento já previstos para a iluminação dos corredores e escadas. Estes detectores de

movimento permitem o envio da informação de presença de intrusão no caso de esta ser

activada.

Em termos de activação/desactivação do sistema de intrusão ele é feito através de um

sensor biométrico na garagem e outro no piso superior, e de um teclado na entrada principal

6

da casa. Os sensores biométricos activarão e desactivarão o alarme através do reconhecimento

da impressão digital e através do teclado, pela introdução de um código pessoal.

Consideraram-se cinco zonas de acção, sendo elas as seguintes:

1 – Zona exterior;

2 – Garagem;

3 – Escritório;

4 – Rés-do-chão;

5 – 1º Andar;

Deste modo, poderão ser activadas outras zonas que não a ocupada no momento. Damos

como exemplo a possibilidade de ligar o alarme de intrusão em período nocturno em toda a

moradia, com excepção da zona dos quartos. Caso seja necessário descer à cozinha neste

horário, bastará colocar o dedo no sensor biométrico localizado ao cimo das escadas. Do

mesmo modo se procederá no regresso ao quarto. A activação deste sensor biométrico

implicará também a ligação das luzes de presença dos espaços comuns.

No exterior, de forma a aumentar a segurança, serão instalados detectores de movimento

ligados ao sistema de intrusão localizados na varanda, terraços, entrada da garagem e entrada

principal, conforme indicado nas peças desenhadas. Os detectores de movimento ligarão toda

a iluminação exterior em caso de alarme na intrusão.

Tal como já foi referido no ponto que diz respeito à iluminação, cada vez que se liga o

sistema de detecção de intrusão, todas as luzes interiores se apagam, salvo se houver uma

parametrização determinada para isso não acontecer, e cada vez que se desliga esse sistema,

liga-se a iluminação de presença nos espaços comuns.

b) Detecção de incêndios – A detecção de incêndios é constituída por detectores ópticos

de fumos na maior parte dos espaços de utilização e detectores termovelocimétricos na

garagem e na cozinha. Em caso de sinistro, actuará sobre electroválvula de corte geral de gás.

c) Detecção de gás – A detecção de gás será realizada através de um detector colocado na

cozinha que comandará a electroválvula de corte de gás em caso de alarme.

d) Detecção de inundação – Foi prevista a colocação de detectores de inundação nas

instalações sanitárias de forma a prevenir possíveis danos decorrentes de inundações por fuga

de água nestes espaços, essencialmente em períodos de ausência prolongados. Foi prevista

também a instalação de um detector deste tipo no “atelier” devido à sua localização, isto é,

7

tratando-se da zona mais baixa da casa, a ocorrência de algum problema com entrada de água

resultará na inundação deste espaço.

Em caso de actuação deste sistema será fechada a electroválvula de corte do

abastecimento de água

1.3.10 Piscina.

O projecto prevê o controlo e monitorização da qualidade da água da piscina e controlo

da temperatura da água e abertura e fecho da cobertura.

O referido controlo será realizado pela integração no sistema KNX/EIB:

a) Sensor de qualidade da água – De forma a racionalizar a energia gasta evitando a

programação horária para colocação das bombas da piscina em funcionamento durante um

largo período do dia, poderá ser instalado um sensor de qualidade da água para renovação da

água da piscina com a colocação das bombas em funcionamento.

b) Sensor de temperatura de imersão – O controlo da temperatura da água poderá ser

regulado no painel táctil instalado no piso do rés-do-chão sendo a temperatura da água da

piscina medida através de uma sonda de imersão na tubagem de retorno da água.

c) Comando da cobertura – Existe igualmente a possibilidade de comandar a abertura e o

fecho da cobertura da piscina.

1.3.11 Descrição da rede de BUS.

A instalação base inclui todos os dispositivos de sistema com os quais se poderá

controlar até 128 entradas, interligadas por um cabo de BUS alimentado através de uma fonte

de alimentação 29 V DC. A comunicação com a linha de BUS para programação, diagnóstico

e manutenção da instalação será realizada através de um “interface” USB.

O cabo da rede de BUS, JY(ST)Y 2x2x0,8, deverá percorrer toda a habitação e ser ligado

em conectores apropriados, com o máximo de 4 entradas por conector.

Os elementos sensores (teclados, detectores, etc…), ficam encastrados em caixa

aparelhagem, enquanto os actuadores serão instalados nos quadros eléctricos, tal como já

referido anteriormente.

8

A instalação em causa deverá verificar as seguintes condições:

a) Máximo comprimento da linha de BUS – 1000 m;

b) Distância máxima entre fonte de alimentação e entrada mais desfavorável – 350 m;

c) Distância máxima entre 2 entradas – 700 m;

d) Distância entre fontes de alimentação na mesma linha – 200m;

9

10

2 Arquitectura do sistema

2.1 Descrição da solução implementada

Optou-se pela instalação de um sistema do tipo Home Server da Gira que permitirá

integrar numa única plataforma de comunicação, todos os sistemas de medida e controlo

instalados na moradia.

Este sistema permite a comunicação com o sistema Instabus KNX/EIB.

Permite a comunicação remota com qualquer equipamento que comunique via TCP/IP.

É possível armazenar e gerir diversos dados, sejam de consumo de energia, condições do

ar ou outros e desta forma criar programas de funcionamento automático que aumentem a

eficiência do funcionamento das instalações eléctricas ou mecânicas.

2.1.1 Diagrama do sistema

Na figura 2.1, representa-se o digrama funcional do sistema implementado na moradia,

representando as interacções entre os vários sistemas e plataformas de comunicação.

Fig. 2.1. Networking – via TCP/IP e KNX/EIB [Gira Home Server 3, 2008] pp.3.

11

2.1.2 Vantagens

As principais vantagens do sistema de gestão centralizado são:

Controlo da moradia a partir do interior e do exterior

Máxima mobilidade e flexibilidade

Controlo remoto das várias funções do edifício através de softwares standard,

browsers da Internet.

Operação simples e intuitiva através de gráficos de visualização ou menus de

controlo

Possibilidade de facilmente alterar ou melhorar os menus de controlo através de

“upgrades” de software.

Facilidade de aumentar e estender o controlo a outras funções ou equipamentos

que venham a ser instalados/adquiridos

2.1.3 Acesso e controlo via Instabus KNX/EIB

A gestão, visualização e controlo centralizado do Home Server 3, podem ser realizadas

através da instalação do interface Gira/Pro-face Server Client15 ou dum computador, a partir

do qual o utilizador terá acesso a todas as funções de operação, regulação e arquivo de dados.

Poderá também receber e enviar emails, bem como aceder a serviços online

disponibilizados pela Gira.

2.1.4 Acesso e controlo via TCP/IP e Internet

A GIRA disponibiliza um portal, homeserver.gira.com, que permite aceder a qualquer

instalação do tipo Instabus KNX/EIB em qualquer parte do mundo, sem necessidade de

qualquer software adicional. Bastará obter um acesso disponibilizado pela GIRA após

solicitação do utilizador.

Desta forma o utilizador poderá aceder ao seu edifício através de um outro computador

ou telemóvel com acesso à internet.

É também possível visualizar remotamente as imagens captadas pelas câmaras de vídeo-

vigilância com ligação IP ligadas em rede.

O sistema tem capacidade de gravar mensagens de alarme que serão depois enviadas por

email ou SMS, para os endereços ou números previamente definidos.

12

2.1.5 Gestão e controlo do Sistema Home Server 3

Através do sistema de gestão centralizado do tipo representado na figura 2.2, será

possível gerir e controlar toda a tecnologia instalada na moradia associada ao controlo da

iluminação, estores, aquecimento, ventilação e segurança.

Serão implementados programas de aquecimento por divisão que permitirão ter em cada

momento a temperatura desejada, em função das condições climatéricas exteriores e

utilização desses espaços, numa lógica de eficiência energética.

Serão definidos cenários de luz e som, que proporcionarão a melhor sensação de conforto

em cada momento do dia e em função do estado de espírito do utilizador desse espaço.

A implementação de cenários de luz e definição dos níveis de iluminação de cada espaço

em função no nível de luz no interior, radiação e orientação solar, permitirão reduzir os

consumos de energia associados à iluminação.

Outros cenários serão criados, desde o controlo da rega do jardim passando pelo controlo

da presença de pessoas em casa e pelo controlo da posição das câmaras IP.

Fig. 2.2. Gestão Centralizada [Gira Home Server 3, 2008] pp.7.

13

2.1.6 Interface com o utilizador, menus de controlo e visualização.

O utilizador poderá aceder a todos os menus de controlo e visualização cujos exemplos

são apresentados nas figuras 2.4; 2.5 e 2.6, os quais serão disponibilizados pelo sistema

através do painel táctil, do seu IPhone ou de qualquer computador representados na figura 2.3.

Fig. 2.3. Interfaces de Controlo do Sistema de Gestão Centralizado [Gira Home Server 3, 2008] pp.8.

Fig. 2.4. Painel de Controlo Gira / Proface [Gira Home Server 3, 2008] pp.6.

14

Fig. 2.5. Menus de controlo de funções básicas [Gira Home Server 3, 2008] pp.8.

Fig. 2.6. Gráficos, email, som e vídeo vigilância [Gira Home Server 3, 2008] pp.9.

15

3 Integração com outros protocolos e sistemas

3.1 Sistema integrado de gestão centralizada

A evolução tecnológica dos diversos equipamentos e sistemas presentes no mercado foi

acompanhada pelo desenvolvimento de plataformas de comunicação próprias, que variam de

marca para marca.

Surgiu assim a necessidade de encontrar uma forma de integrar todos estes sistemas e

protocolos numa única rede de comunicação.

3.1.1 Rede de comunicação

A figura 3.1 representa a integração de diversos protocolos e redes numa única

plataforma de comunicação.

Fig. 3.1. Arquitectura de rede [UNITRON UC32, CYLON] MKTG0126_UC32_system_en[1].

16

3.1.2 Integração com sistemas Modbus TCP ou RTU

A instalação de sistemas de climatização hidráulicos, de medição de energia e outros, que

utilizam protocolos de comunicação do tipo MODBUS na presente moradia obrigará à

instalação de “interfaces” (gatways) que permitem o comando e controlo destes sistemas

através de KNX/EIB.

As figuras 3.2 e 3.3 representam a integração do sistema KNX/EIB com as linguagens de

comunicação mais utilizadas pelos sistemas de produção de água refrigerada e tratamento de

ar existentes no mercado.

Fig. 3.2. Integração de sistemas em MODBUS no controlo KNX/EIB [IntesisBox® KNX / EIB -

Modbus TCP master] data sheet v10 r13 eng.

Fig. 3.3. Integração de sistemas em MODBUS no controlo KNX/EIB [IntesisBox® KNX / EIB -

Modbus RTU master] data sheet v10 r13 eng.

17

3.1.3 Integração com sistemas VRV da Daikin ou Mitsubishi

O recurso a sistemas de climatização centralizada recorrendo a sistemas de ar

condicionado, nomeadamente a sistemas centralizados do tipo VRV, da Daikin, ou da

Mitsubishi, obrigará à instalação de “interfaces” (gatways) que permitem o comando e

controlo destes sistemas através de KNX/EIB.

A figura 3.4 representa a integração com a linguagem BACnet IP, desenvolvida e

utilizada pelos sistemas da Daikin enquanto na figura 3.5 podemos observar a integração com

a linguagem da Mitsubishi do tipo XML.

Fig. 3.4. Integração de sistemas em BACnet IP no controlo KNX/EIB [IntesisBox® KNX / EIB –

BACnet/IP Client] data sheet v10 r12 eng.

Fig. 3.5. Integração de Mitsubishi G50 no controlo KNX/EIB [IntesisBox® KNX / EIB – Mitsubishi

Electric G50] data sheet v10 r11 eng.

18

4 Solar Térmico – integração em KNX/EIB

4.1 Gestão e controlo da produção de água quente

Na moradia será instalado um sistema do tipo solar térmico para aquecimento de águas

quentes sanitárias, piso radiante e piscina.

Para garantir uma gestão centralizada de todos os sistemas com o objectivo de melhorar a

eficiência energética e monitorização de consumos, realizou-se a integração com o sistema

KNX/EIB.

4.1.1 Mapa de zonas climáticas em Portugal continental

O número de horas e nível de radiação solar horizontal representado na figura 4.1 varia

consoante a região do País, razão pela qual a escolha dos painéis solares deve ter em atenção

este facto bem como o número de pessoas da habitação.

Fig. 4.1. Mapa solar em Portugal Continental [Gama Solar Junkers, 2008] pp.21.

19

4.1.2 Esquema tipo de solar térmico para AQS e piso radiante

A figura 4.2 representa um esquema tradicional de produção de água quente sanitária e

aquecimento por piso radiante, recorrendo a um sistema de colectores solares que utilizam

diferentes controladores de temperatura para a produção de água quente e para o aquecimento.

Fig. 4.2. Instalação solar para AQS e aquecimento por piso radiante [Gama Solar Junkers, 2008] pp.3.

4.1.3 Esquema tipo de solar térmico para AQS e Piscina

A figura 4.3 representa um esquema tradicional de produção de Água Quente Sanitária e

Aquecimento da água da piscina utilizando um sistema de painéis solares, funcionando, neste

caso a piscina como dissipador de temperatura dos painéis.

Fig. 4.3. Instalação solar para AQS e Piscina [Gama Solar Junkers, 2008] pp.3.

20

4.1.4 Controlo, gestão e monitorização KNX/EIB

A figura 4.4 representa de forma esquemática a integração, controlo e monitorização de

um sistema de produção solar térmica e aquecimento através do sistema de Gestão KNX/EIB.

Para o controlo do sistema solar térmico, temperaturas, grupos circuladores e válvulas de

3 vias, seleccionaram-se os módulos da Arcus-eds para integração e controlo no sistema

KNX/EIB.

Instalaram-se medidores de temperatura do tipo Dialog WZ-CD / HY que juntamente

com o integrador em KNX, permitem a leitura e monitorização remota através do Home

Server e comandar as válvulas e circuladores em função das temperaturas medidas nos painéis

e depósito. Assim, é possível gerir a produção e consumo de água quente solar, consumo de

água quente para aquecimento do piso radiante e aquecimento da piscina, esta ultima a

funcionar como dissipador de energia.

Instalaram-se contadores de água e gás da mesma marca que permitem controlar os

respectivos consumos dos diversos locais, permitindo a realização de gráficos e a

implementação de medidas de racionalização

Fig. 4.4. Instalação solar e aquecimento com controlo KNX/EIB [ARCUS - EDS, 2009]

21

5 Aquecimento por piso radiante

5.1 Controlo de temperatura ambiente

Para controlo da temperatura do piso radiante optou-se para aplicação dos módulos de

controlo da ABB representados na figura 5.1 e que serão associados aos terminais locais de

operação e visualização de temperatura da Gira.

Fig. 5.1. Fluxograma de controlo [heating and air conditioning, ABB] pp.8.

5.1.1 Piso radiante hidráulico.

O piso radiante hidráulico representado na figura 5.2, funciona através da instalação de

uma rede de tubos instalados no pavimento. A água que circula nestas tubagens é de baixa

temperatura, com regulação entre 25ºC a 45ºC, o que permite a utilização do solar térmico em

aquecimento.

Fig. 5.2. Piso Radiante hidraulico [heating and air conditioning, ABB] pp.5.

22

5.1.2 Influências internas e externas.

A temperatura ambiente é normalmente influenciada por diversas fontes de calor internas

e externas, representadas na figura 5.3, pelo que é importante escolher o equipamento que

permita controlar a temperatura ambiente em função do “set point” definido sem grandes

oscilações ou falsas informações. Desta forma é possível evitar grandes flutuações ou

amplitudes térmicas muito variáveis.

Fig. 5.3. Influências internas e externas [heating and air conditioning, ABB] pp.7.

5.1.3 Controladores KNX/EIB.

Os módulos da ABB seleccionados permitem a realização de um controlo do tipo PWM

(Pulse With Modulation), cujos algoritmos de controlo foram especialmente desenvolvidos

para o aquecimento por piso radiante funcionando de acordo com os gráficos da figura 5.4.

Fig. 5.4. Discontinuous PI Control (PWM control) [heating and air conditioning, ABB] pp.11.

23

6 Sistemas de Gestão de Energia

6.1 Integração com KNX/EIB

A gestão de energia e a eficiência energética da moradia será realizada através de

sistemas de medição associados a cada fonte energética bem como a consumidores

específicos de energia, onde serão implementados sistemas de medição de caudal para análise

e racionalização de consumo da água.

Todos os sistemas são compatíveis com KNX/EIB, permitindo uma gestão centralizada

de consumos, como representado na figura 6.1.

Fig. 6.1. Facility Web [Lingg & Janke].

24

6.1.1 Gestão de energia eléctrica

Para efectuar a gestão de energia eléctrica, serão instalados contadores de energia

desenvolvidos pela Lingg e Janke, que integram os sistemas de medição de consumo eléctrico

no sistema KNX/ EIB tornando possível obter gráficos que permitirão optimizar e racionalizar

o consumo energético.

Consideraram-se os contadores modelo EZ382-FW representados na figura 6.2, cuja

possibilidade de comunicação e integração de dados no sistema KNX é conseguida através do

“interface” incorporado.

Fig. 6.2. Medidores de energia eléctrica para calha DIN [Lingg & Janke, EZ382AB-FW].

6.1.2 Gestão de consumo de água

Para efectuar a gestão do consumo de água, serão instalados contadores de água do tipo

ARCUS-EDS Water Meter, representados na figura 6.3, com interface Bus KNX/EIB. Desta

forma é possível ler e monitorizar remotamente os consumos de cada sector.

Fig. 6.3 Medidores de consumo de água com interface KNX[ARCUS-EDS, KNX water meter].

25

6.1.3 Gestão de consumo de gás

Para efectuar a gestão do consumo de gás, serão instalados contadores de gás com

interface Bus KNX/EIB, representados na figura 6.4.

Fig. 6.4. Medidores de consumo de gás com interface KNX[ARCUS-EDS, KNX meter].

26

7 Controlo da Qualidade do Ar Interior

7.1 Enquadramento legislativo

Para controlar e monitorizar a qualidade do ar interior de acordo com o Regulamento dos

Sistemas Energéticos de Climatização em Edifícios e Qualidade do Ar Interior (RSECE),

serão instalados sistemas de medição de concentração de CO2 nos espaços e em condutas dos

sistemas de climatização.

7.1.1 Controlo da qualidade do ar em cada divisão

Para o controlo da qualidade do ar interior em cada divisão, implementaram-se os

sensores de qualidade do ar ELSNER, representados na figura 7.1.

Estes sensores medem a concentração do CO2 em cada espaço e através do sistema KNX

em associação com outras sondas da qualidade do ar exterior permitem actuar sobre os

sistemas de registo, circulação e renovação de ar da moradia.

Fig. 7.1. Sensores de qualidade do ar interior [Air Qaulity Sensor, ELSNER] pp.7.

27

7.1.2 Controlo da qualidade do ar para condutas

A implementação de sistemas de recuperação de energia do ar e de renovação de ar dos

espaços na moradia com recurso a unidades de conduta, resultaram na selecção de

equipamentos de medição da qualidade do ar, do tipo representado na figura 7.2, permitindo

em cada momento monitorizar a qualidade do ar novo ou do ar reaproveitado para climatizar

cada espaço.

Associando os sensores instalados nos espaços e os sensores associados aos sistemas de

condutas conseguimos decidir em cada momento os volumes de ar novo ou ar recirculado a

insuflar no espaço.

Para controlo da qualidade nas condutas dos sistemas de recirculação de ar, instalaram-se

sondas de medição de CO2 de conduta com interface para KNX da THERMOKON modelo

LK.

Fig. 7.2. Sensores de CO2 em condutas [Duct Air Quality Sensor LK,Thermokon] pp.40.

28

29

8 Segurança

8.1 Integração dos sistemas de segurança em KNX/EIB

Para controlo da segurança da moradia seleccionaram-se os equipamentos e módulos da

ABB integrados no sistema KNX/EIB.

Considerou-se que as câmaras de vídeo-vigilância cuja comunicação se faz através de

TCP/IP.

8.1.1 Panorâmica geral dos sistemas de segurança.

A figura 8.1 representa de forma esquemática, os diversos sistemas de segurança

considerados para a moradia, integrados no Sistema de Gestão Centralizado.

Fig. 8.1.Diagrama geral de segurança [Security and surveillance, ABB] pp.25.

30

8.1.2 Detecção de intrusão

Para a protecção contra roubo ou intrusão da vivenda serão instalados nos quadros

eléctricos terminais de zona do tipo MT/S que recebem as informações dos diversos

detectores e sensores do tipo representados na figura 8.2, instalados em locais previamente

definidos como de risco.

Os referidos terminais de zona, geridos pelo software do Home Server 3, activam os

vários sistemas de alerta previamente programados e cuja comunicação é realizada através do

“Bus” do KNX/EIB.

Os detectores a utilizar serão do tipo contacto magnético em portas e janelas acessíveis

pelo exterior, e detectores de movimento nos volumes a proteger (comuns ao controlo da

iluminação).

Serão ainda instalados botoneiras de pânico nos quartos e sala de estar.

Fig. 8.2.Equipamentos de segurança á intrusão [Security and surveillance, ABB] pp.10.

8.1.3 Detecção de incêndio e gás.

Para a protecção de pessoas e bens contra o risco de incêndio, serão instalados detectores

representados na figura 8.3, ópticos de fumos da ABB modelo SOM 2412 na cozinha,

garagem e sala de estar (equipada com uma lareira) e detectores de gás na cozinha e sala da

caldeira.

Fig. 8.3.Detector óptico de fumos SOM 2412 e detector de Gás SGL [Security and

surveillance, ABB] pp.17.

31

8.1.4 Detecção de inundação

Para protecção da vivenda contra eventuais inundações provocadas por ruptura nas

canalizações, serão instalados sensores de inundação do tipo representado na figura 8.4 nas

casas de banho e cozinha que fecham automaticamente, após temporização pré programada, o

abastecimento, quando detectam uma fuga de água.

Fig. 8.4.Detector de inundação SWM 4 [Security and surveillance, ABB] pp.16.

8.1.5 Sinalização de alarme

Associado aos sistemas de protecção indicados nos pontos anteriores, serão

implementados sistemas de alarme acústico e luminoso, internos e externos do tipo

representado na figura 8.5, que terão como objectivo alertar os proprietários de eventuais

ocorrências e/ou alarmes.

Serão também emitidas diversas mensagens de alerta pré-programadas, via email, SMS

ou em formato de chamada telefónica para os endereços ou números previamente definidos

pelo proprietário.

Fig. 8.5.Sinalização de alarme de segurança [Security and surveillance, ABB] pp.17.

32

9 Persianas ou estores

9.1 Sistemas de actuação de estores/persianas integrados em KNX/EIB

A arquitectura definiu a utilização de estores/persianas como meio de protecção contra os

agentes atmosféricos e de segurança para todas as janelas da vivenda. Para além das funções

de segurança, estas terão uma função de sombreamento, contribuindo para o aumento da

eficiência energética e conforto térmico do edifico como também para o controlo dos níveis

de iluminação e conforto visual desejável para cada divisão.

Para o seu accionamento e controlo, seleccionaram-se os módulos de comando da ABB

que actuam sobre os motores das persianas em função dos cenários criados para cada divisão.

As persianas serão fechadas em condições climatéricas adversas, por controlo horário ou

quando se activa o alarme da moradia.

Outro cenário previsto para controlo das persianas surgiu da necessidade de adequar a

qualidade e quantidade da luz interior em função da exposição solar de determinada divisão

proporcionando condições de conforto visual e térmico.

9.1.1 Estação meteorológica

O sistema de gestão e algoritmos programados, devem analisar em cada momento as

condições climatéricas exteriores e orientação solar e actuar sobre cada sistema em função

dessas condições e da sua variação ao longo do dia ou do ano.

Para a análise das referidas condições climatéricas exteriores e orientação solar, optou-se

pela instalação de uma estação meteorológica representada na figura 9.1 do tipo

SUNTRACKER da ELSNER. Esta estação tem integrado um sensor de chuva, sensor de

vento e sensor de luminosidade para além do sensor de temperatura.

33

Fig. 9.1. Estação meteorológica para KNX/EIB [SUNTRACER, ELSNER].

9.1.2 Controlo em função das condições climatéricas

Em situações de velocidade do vento ou chuva intensa representadas na figura 9.2 o

sistema reage actuando sobre os estores de sombreamento exteriores, fechando-os e evitando

desta forma a sua destruição.

Fig. 9.2. Controlo de persianas por condições climatéricas [Blind/Shutter controls, ABB].

9.1.3 Conforto e eficiência de energia

O controlo das persianas representado na figura 9.3, permite que em função da orientação

e intensidade da luz solar combinada com a leitura da intensidade de luz no interior de cada

divisão, se criem as condições ideais de conforto e eficiência de energia necessária ao

desenvolvimento de uma actividade.

Com a gestão integrada de todos os sistemas é possível criar e elaborar todo o tipo de

cenários de acordo com a utilização e actividade que iremos realizar numa determinada

divisão, um exemplo dessa capacidade é a possibilidade de baixar as persianas e actuar sobre

a iluminação artificial até se obterem os níveis de iluminação adequados à visualização de um

filme.

34

Fig. 9.3. Controlo de persianas para eficiência de energia [Blind/Shutter controls, ABB].

35

10 Iluminação

10.1 Gestão integrada de iluminação

A eficiência energética da vivenda resultará, em grande parte, da optimização da

utilização da luz artificial e de um adequado aproveitamento da luz solar.

Para a concretização desses objectivos, considerou-se a instalação de uma estação

meteorológica do tipo SUNTRACER KNX/EIB da ELSNER que realizará a análise dos

níveis de iluminação e direcção solar e cujos dados serão utilizados pelo sistema de gestão

centralizada.

10.1.1 Medição dos níveis de iluminação exterior e interior

Para além da estação meteorológica atrás referida, serão instalados internamente e em

cada divisão sensores de luminosidade ou detectores de movimento com sensor de

luminosidade integrada do tipo representado na figura 10.1.

Fig. 10.1. Detectores de movimento e luminosidade interior [ABB i-bus KNX, 2009] pp.23.

10.1.2 Controlo dos níveis de iluminação

A escolha do sistema de controlo de iluminação da vivenda teve por base a selecção dos

diferentes tipos de luminárias escolhidas pelo responsável do projecto de arquitectura, no

entanto o sistema tem a facilidade de em qualquer momento se realizar a integração de

qualquer outro módulo de controlo em função das alterações introduzidas pelo proprietário.

Para o controlo e regulação da iluminação realizada por lâmpadas fluorescentes, optou-se

pela implementação dos dois tipos de controlo representados na figura 10.2, recorrendo aos

módulos representados na figura 10.3.

36

Para a variação electrónica de fluxo optou-se pela instalação de módulos de saídas

analógicos com sinal de saída de 0 a 10 Volt. Os módulos serão alojados nos quadros

eléctricos respectivos e localmente em função do tipo de luminária e distância ao quadro

eléctrico.

Aplicou-se um módulo KNX/DALI para controlo das luminárias com balastro de

controlo de fluxo desse tipo. A utilização deste módulo permite o controlo individual de até

80 equipamentos de iluminação, simplificando e diminuindo a quantidade de necessária para a

realização da instalação de iluminação.

A possibilidade do cliente vir a instalar alguma iluminação decorativa localizada e

proceder á variação do seu nível de luz, considerou-se também a instalação de módulos com

dimmer, controlados pelo KNX/EIB.

Fig. 10.2. Variação de fluxo em iluminação fluorescente [ABB i-bus KNX, 2009].

Fig. 10.3. Módulos de comando [ABB i-bus KNX, 2009]

37

11 Sistema de Rega

11.1 Implementação de um sistema de rega automático e a sua

integração em KNX/EIB.

Na envolvente da moradia será realizado um jardim, cujas necessidades de água serão

analisadas e geridas por um sistema de monitorização e controlo da humidade do solo que,

integrado com o sistema de gestão da moradia, permitirá elaborar diversos programas de

controlo da rega, permitindo desta forma melhorar de forma significativa a utilização racional

da água, evitando-se os desperdícios e consumos de água desnecessários.

11.1.1 Monitorização das condições de humidade e temperatura do solo.

Para efectuar uma adequada gestão da utilização e consumo de água para rega pelo

sistema de gestão integrada, serão instaladas sondas de humidade do tipo SK01-BFT-WM10

da ARCUS LED, representadas na figura 11.1, especialmente concebidas para análise das

condições do solo e com interface KNX/EIB, que possuem no seu interior um tensómetro que

detecta a humidade do solo, através da medição da pressão num tubo com cápsula de

cerâmica porosa.

O valor da variação da pressão é convertido em sinal eléctrico por um transdutor do tipo

ponte de Wheatstone.

Fig. 11.1. Modelos de sondas de medição do solo [Arcus-EDS, série SK01] pp.271.

38

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12 Peças Desenhadas

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13 Conclusões

O estudo da implementação de um sistema integrado de gestão das instalações e

equipamentos numa vivenda, permite concluir que a melhor solução do ponto de vista da

flexibilidade, facilidade de instalação, ampliação, facilidade de integração e do ponto de vista

económico é, sem dúvida, um sistema baseado na plataforma de comuniação do tipo Instabus

KNX/EIB.

A múltipla diversidade de soluções ao nível do equipamento terminal de utilização,

módulos de comando e “interfaces” de comunicação com outros protocolos, permite elaborar

soluções de integração com qualquer equipamento eléctrico ou mecânico que se pretenda

instalar numa vivenda. É desta forma possível, através de uma tecnologia de fácil

implementação, cuja quantidade e diversidade de equipamentos existentes no mercado é

elevada, pode-se desenvolver, sem grandes investimentos, um sistema de gestão centralizado

idêntico a qualquer outro de maior complexidade utilizado para um grande edificio.

Através da implementação deste sistema e utilização de ferramentas informáticas

desenvolvidas para a Gestão Energética, conseguem-se atingir niveis de eficência e conforto

que um sistema tradicional não permite.

Integrar numa única plataforma de comunicação todos os sistemas de monitorização das

condições atmosféricas e de segurança de uma vivenda permitindo que o seu propietário tenha

acesso a essa informação e com ela actuar em cada momento, independentemente do local do

Mundo onde ele se encontre é, por si só, um garante de tranquilidade e confiança,

contribiundo para elevar os níveis de qualidade de vida.

Numa altura em que as preocupações ambientais e o desenvolvimento de politicas

energéticas sustentáveis estão na ordem do dia, sem dúvida que, do ponto de vista individual

do cidadão que possui a sua própria moradia, o investimento realizado num sistema do tipo

preconizado pelo presente projecto contribuirá para o aumento da eficiência energética e

utilização de recursos com beneficios na factura mensal e que contribuirá para o seu bem estar

próprio e social.

A gestão dos recursos hidricos, através da monitorização das condições atmosféricas e do

solo, verificando em cada momento os níveis de pluviosidade, temperatura e humidade,

64

permitirá optimizar o recurso à água utilizada pelo sistema de rega instalado nos jardins da

moradia, diminuindo desperdicios, com a consequente redução de custos.

O recurso a energias alternativas, nomeadamente à energia solar para aquecimento de

águas quentes sanitárias, aquecimento ambiente por piso radiante e aquecimento da piscina, é

sem dúvida, optimizada pela integração e gestão preconizada neste projecto, sendo possível

elevar os níveis de rendimento solar dos paineis e utilização e gestão da água por estes

aquecida, gerindo a sua utilização em função das necessidades verificadas em cada local.

A criação de cenários de iluminação e conforto em cada espaço da moradia em função da

hora, da actividade desenvolvida, ou do estado de espirito do utilizador, é uma das grandes

vantagens do presente sistema. Assim, de forma simples, podem-se criar diversos cenários

que, através de uma único comando podemos alterar em cada momento, (por exemplo, ver um

filme ou passar momentos de relaxamento e descontração proporcionados pela leitura de um

livro).

Ao aceder remotamente à sua vivenda o utilizador poderá accionar diversos sistemas que

lhe permitirão ter as desejadas condições no momento de chegar a casa, sejam elas ao nível

alimentar, de iluminação ou de música ambiente.

Em resumo, a qualidade de vida e o nível de eficiência garantidos pela implementação de

sistemas de gestão que tornem uma vivenda numa casa inteligente, são fáceis e acessiveis e

estão ao alcance de grande parte da população. A instalação de um sistema de gestão não

requer investimentos avultados, garantindo-se que as medidas de racionalização e eficiência

proporcionados por este sistema têm retorno financeiros a curto ou médio prazo.

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Referências

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