Умное окно своими руками

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 18.09.2024

Умные окна имеют разные свойства и зависят от типа стекол, которые в них установлены. На сегодняшний день это:

Начнем с TermoGlass (или, как они называются у нас — электрообогреваемые стекла). Это низкоэмиссионное, закаленное стекло, что имеет нагревающееся покрытие из оксида и металла, которое работает от электричества. Когда стекло нагревается до 35°C, его потребление электроэнергии равно 100 Вт на 1 м², а приблизительно столько потребляет обычная лампа накаливания.

Теперь поговорим об умных стеклах SmartGlass. Они имеют множество разновидностей, которые можно подобрать в зависимости от потребностей. Характеристики конструкции зависят от технологий, что в ней применяются. Поэтому, предлагаем ознакомиться с самыми популярными:

Матовые. Это самый распространенный вид смарт-окон на территории России. Они относительно недорогие, и имеют довольно узкий функционал. Окна в обычном положении матовые, серого или серебряного цвета, а при нажатии на кнопку становятся прозрачными. Отлично подойдут для офиса или остекления ванной комнаты в доме, а также в качестве перегородок в квартире-студии.
Электрохромные. Эти окна разработаны для создания максимально комфортного освещения дома или офиса, ведь в электрохромных окнах есть возможность затемнить окно до 70%.
LED-окна. В таких оконных конструкциях внутри или по периметру установлены LED-лампочки, которые позволяют менять цвет. Это может позволить сделать интересный, современный дизайн дома.
Зеркальные телевизоры. Это зеркало со встроенным LCD-дисплеем. Его можно вмонтировать в оконный проем. Когда выключен телевизор, то это обычное зеркало, которое по внешнему виду вообще не напоминает что-то технологичное.

Как же развивается это направление в разных странах?

Великобритания

Ученые Принстонского университета придумали технологию прозрачных окон с солнечными элементами, которые принимают ультрафиолет и вырабатывают электричество. Их можно будет затемнять при необходимости.

Делается пленка на основе органических полупроводников, что являются производными от гексабензокоронена. Химическую структуру ученые немного изменили, чтобы элемент мог поглощать только конкретную часть спектра солнечного света.

Такие стекла позволят сократить на 40% потребление электричества на кондиционировании, отоплении и освещении. А еще, разработчики планируют сделать возможным управление стекол с помощью специального приложения на телефоне. В нем можно будет регулировать уровень освещения и температуры в доме.

Германия

Недавно ученые университета им. Фридриха Шиллера, разработали окна, которые под влиянием магнита может затенять комнату и, по принципу солнечных батарей, сохранять солнечную энергию.

Подобная идея не является новой. Уже придуманы окна, которые при помощи фотоэлементов могут вырабатывать электроэнергию. Новым является подход, а также технология LaWin, которая работает на основе магнитной жидкости. А еще она позволяет делать стекла больших размеров.

В стекле есть каналы, в которые заливают жидкость содержащую наночастицы железа, что связаны поверхностно-активными химическими элементами для предотвращения слипания. Эта ферромагнитное вещество, при воздействии магнита, позволяет осуществлять градиентное затемнение стекла или поглощение тепла. Число наночастиц железа в растворе влияет на степень светопропускной способности (чем оно больше, тем меньше света пропускает стекло). Когда окно затемнено, оно превращается в эффективный аккумулятор солнечной энергии, которая будет задействована для обогрева помещения.

Таким окнам не нужно подключение к сети. Их можно будет интегрировать в систему освещения, водонагревания и кондиционирования. Такие панели долговечны, могут достигать размера 200 м², поэтому их будет выгодно использовать для остекления высоких зданий.

Россия

На данный момент разработка в лаборатории проходит апробацию. Но, даже сейчас можно сказать, что они получат большую популярность среди потребителей.

Энергоэффективность

Мониторинг положения окна

Система защиты от отравления угарным газом

Данная система обезопасит Вашу семью от отравления вредным для человека угарным газом. Для этого следует объединить вытяжку с датчиками угарного газа. В результате, при фиксировании датчиком дыма в помещении, система автоматически отключит вытяжку до открытия окна на проветривание. Это отличное решение для помещения с камином.

Альтернативные методы современного остекления дома

Такой стеклопакет универсальный и отлично подходит для любого типа современного профиля: ПВХ, деревянного или алюминиевого.

Окна позволяют создать максимально комфортные условия для жизни человека и растений. Стекло блокирует ультрафиолетовые лучи, что положительно влияет на организм человека, рост растений и обеспечивает защиту мебели от выгорания.

Какой бы не была погода за окном — хороший термопакет не запотеет. Его не нужно ставить на проветривание так часто как окно с обычным стеклопакетом. И кстати, покупая термоокно, Вы можете установить однокамерный стеклопакет и он будет сохранять больше тепла, чем обычный двухкамерный.

Для термопакетов используют разные технологии и материалы:

стекло со специальным напылением. Серебряное напыление на низкоэмиссионном стекле максимально ограничивает теплопотери, из-за чего можно сократить затраты на тепло. А еще, такое окно не позволяет проникнуть в квартиру жары и ультрафиолетового излучения с улицы летом.
аргон в качестве наполнителя. Вместо воздуха термоокна наполняют аргоном и прочими инертными газами, которые имеют высокую степень сопротивления теплопередаче.
улучшенная дистанционная рамка. Чаще всего ее обычно делают из алюминия, но в термопакетах из пластика, чтобы минимизировать потери тепла.

Заключение

Прогресс не стоит на месте и коснулся уже даже обычных окон. Каждый день ученые исследуют и разрабатывают разные составы и модификации оконных конструкций, чтобы потребители могли с помощью их создать в доме максимально комфортные условия.

Особенности проектирования

Анализ конструкций. Учитывается их размер, возможности фурнитуры, дополнительные компоненты. К последним относят жалюзи, ролеты, шторы, подключаемые к системе управления и контроля.
Выбор необходимых функций. Это может быть автоматическое открывание (проветривание), частичное затемнение (для технологичных стекол), открытие, закрытие защитных конструкции в ручном режиме или по определенному сценарию.
Подбор оборудования. Используются дополнения (исполняющие устройства) либо полностью интеллектуальные модели. Пример – фурнитура от компании Rehau или готовые решения от Xiaomi.
Настройка системы. Планируется установка дополнительных датчиков, блоков управления, контролирующих модулей.

Функции интеллектуальных окон

Дополнительные возможности умных окон:

Оборудование и компоненты

Оснащение комплекса планируется на стадии формирования проекта. Выбор оборудования зависит от требуемой функциональности системы. Можно взять модели одного производителя или составить сборную комплектацию. Последнее делают для сложных, многофункциональных комплексов.

Параметры выбора оборудования:

Возможности. Учитываются параметры, которые сравниваются с требованиями.
Способы передачи информации. Стандартное решение – шина KNX. Она совмещается с Wi-Fi модулем, другими проводными линиями связи. Часть производителей использует собственный протокол, например – Xiaomi.
Сложность монтажа. Можно установить блоки управления на раму или створку окна, чтобы комплекс был по-настоящему универсальным. Это дает возможность модернизировать систему. Альтернатива – встроенные в оконные конструкции устройства и оборудование.

Содержание

Как организовать управление створками в труднодоступных местах

Второй вариант, тоже требующий финансовых вложений, но в дальнейшем не требующий временных затрат – автоматическое управление створками.

Оконная автоматика предназначена для открывания конструкций, которые человек не может открыть вручную – это фрамуги, зенитные фонари, люки и т.п., находящиеся, например, на большой высоте. Для их функционирования могут использоваться кнопки или блоки радиоуправления с пультами.

Удаленное открытие/закрытие и получение текущего положения в интерфейсе системы;
Автоматическое закрытие при дожде;
Автоматическое закрытие при постановке квартиры на охрану.

В зависимости от поставленных задач, системы оконной автоматики комплектуются различными устройствами. Если для управления створкой в труднодоступных местах достаточно привода и пульта (выключателя), то для поддержания заданных температурно-влажностных параметров и автоматического закрытия при ухудшении погодных условий, потребуется расширенный набор.

Для автоматического регулирования (без участия человека), помимо основных компонентов (блок управления, приводы, кнопки), используется погодная станция с уличными датчиками дождя/ветра и солнечной активности, а так же терморегулятор, устанавливаемый внутри помещения.

Электроприводы для автоматического открывания окон

цепные;
штоковые (шпиндельные);
реечные;
рычажные.

Цепные оконные электроприводы – компактные и экономичные устройства с рабочим ходом от 90 до 500 мм. Цепь, намотанная на барабан, при распускании механизма выпрямляется, становится жесткой и выполняет функцию штока, выталкивающего створку. Закрытие створки происходит посредством наматывания цепи на барабан. Цепные электроприводы совместимы с большинством оконных конструкций и характеризуются высокой скоростью работы. Ограничением могут стать большие габариты и вес створки.

Штоковые оконные электроприводы – принцип работы штока аналогичен винтовому домкрату, шток с крупной резьбой по мере вращения двигателя выкручивается (открытие створки) и закручивается (закрытие створки). От цепного устройства шпиндельное отличается большим диапазоном открытия – от 180 до 600 мм, и большим выталкивающим усилием, что позволяет управлять крупногабаритными, массивными створками. К минусам конструкции относятся большие габариты, особенно у моделей с длинным штоком.

Реечные оконные электроприводы – вместо штока с резьбой в этой конструкции за двигательную функцию отвечает шестерня и зубчатый рычаг. Диапазон открытия у реечного привода самый большой и составляет от 350 до 1500 мм, но он же и самый медленный и чем габаритнее створка, тем медленнее она открывается и закрывается. Что не очень удобно, когда нужно быстрое реагирование на случай шквального ветра или ливня. Штоковыми приводами оборудуют преимущественно тяжелые люки, вмонтированные в крышу, оранжерейные и тепличные окна.

Рычажные оконные электроприводы – рычажные приводы ножничного типа характеризуются эргономичностью и удобством применения. Открытие и закрытие створки происходит посредством зубчато-винтовой (червячной) передачи, через подвижную каретку связанной с качающимся рычагом, а за движение створки отвечают рычаги, напоминающие ножницы. У рычажного привода самый маленький рабочий диапазон, всего до 150 мм, но для проветривания или дымоудаления этого вполне достаточно. Рычажные приводы более востребованы для установки на фрамугах, из-за чего их принято называть фрамужными.

В частной сфере наиболее востребованы цепные электроприводы для оконных блоков стандартных габаритов, расположенных в труднодоступных местах. А для автоматизации больших и массивных панорамных створок, а также элементов остекления крыш в зимних садах и оранжереях, используют реечные электроприводы.

Бесперебойная работа и управление

Для управления автоматикой при отключении электричества следует предусмотреть резервное питание, которое может поддерживать все оборудование или только оконную автоматику в частности. Если резервное питание не предусмотрено, то простая система крепления на приводе цепь/кронштейн позволит открыть или прикрыть окно вручную. А для интеграции оконной автоматики в систему умного дома следует обратиться к специалистам, которые подключат приводы, и вы сможете наслаждаться комфортной обстановкой.

Управление электроприводом может осуществляться тремя способами:

Самый доступный, но не самый удобный вариант – управление с выключателя, посредством переключения кнопки в нужное положение. Наличие блока и пульта, а также встраивание в общую систему управления домом, позволяют полностью автоматизировать работу окон для поддержания оптимального микроклимата в помещениях любых типов. И резкое ухудшение погодных условий, как водится, неожиданное даже для синоптиков, не станет поводом бежать закрывать створку.

Вывод

Автоматика для окон – одно решение нескольких проблем:

регулировка микроклимата в доме, зимнем саду, оранжерее (автоматическое проветривание, датчик дождя и ветра);
автоматическое открывание окон в труднодоступных местах – бассейны, мансарды, подвалы, кухонная мебель, расположенная напротив окна.

При этом возможно обеспечение бесперебойности работы даже при отключенном электричестве.

Производители предлагают большой выбор комплектующих для оконных конструкций различных параметров, можно подобрать оптимальную по соотношению функционала и стоимости систему. А первоначальные вложения окупятся экономией не только сил, но и самого дорогого ресурса – времени.

Какие бывают датчики

Датчики предназначены для преобразования физической величины в электрический сигнал. В результате мы можем измерить эту величину количественно (температура, влажность) или зафиксировать ее изменение (распознать движение). Ниже перечислены датчики, доступные в свободной продаже у большинства крупных игроков рынка:

движения/присутствия;
открытия окон/дверей;
освещенности;
параметров окружающей среды;
протечки;
задымления;
разбития стекла;
утечки газа;
мониторинга качества воздуха;
видеокамеры.

Какие бывают актуаторы

Под актуаторами понимают исполнительные устройства, генерирующие сигналы для воздействия на другие элементы умного дома. Это прямое воздействие либо сигналом (кнопка), либо посредством привода (электронный клапан). Исполнительным устройством может быть также и бытовой прибор, управляемый со смартфона, например, умный кондиционер. При этом можно управлять и обычным кондиционером, но уже с помощью умного пульта, который станет посредником между прибором и смартфоном. Задача в данном случае одна, а варианты решения разные. Отдельный класс устройств составляют интеллектуальные световые приборы. Про умный свет подробно рассказано в недавней статье.

Перечень умных исполнительных устройств:

многофункциональная кнопка;
выключатель;
реле;
розетка;
световые приборы (лампа, цоколь, светильник, светодиодная лента);
бытовая техника (холодильник, кондиционер, кофеварка и т. д.);
инфракрасный пульт;
электронный клапан;
привод для штор.

Рассмотрим подробнее, какие устройства являются самыми необходимыми для построения базовой системы домашней автоматизации. Есть несколько вариантов готовых стартовых наборов от производителя.

Каждый из них не полностью закрывает минимальные потребности, будучи более ориентированным либо на безопасность, либо на удобство. Соберем комплект, удовлетворяющий обеим задачам.

Датчики движения

Старожилы умного дома, известные еще со времен первых пультовых охранных систем. Чаще всего встречаются пассивные инфракрасные датчики (PIR-сенсоры). Они содержат чувствительный пироэлектрический элемент, регистрирующий изменение инфракрасного излучения при движении объекта в зоне контроля. Радиус такой зоны составляет 4-8 метров, что позволяет охватить комнату одним датчиком. Стандартное расположение — верхний угол стены, противоположной входу в помещение.

Датчики движения настолько распространены, что являются, в том числе, частью других устройств, например, лампочек. Наиболее активно такие датчики используются именно в сценариях освещения: автоматическое включение и отключение света, исходя из активности в помещении. В плане интеграции с остальной системой умного дома нет проблем, поскольку представлено множество девайсов с различными интерфейсами. Эти датчики, имеющие большое количество сценариев применения, железно входят в основу умного дома.

Датчики открытия окон/дверей

Датчики открытия дверей и окон состоят из двух частей — геркона и магнита. Они устанавливаются на дверной коробке/оконной раме и створке, а при их разъединении происходит срабатывание датчика.

Простая и долговечная конструкция давно зарекомендовала данные сенсоры как неотъемлемую часть охранных систем. Также они широко используются в сценариях умного света. Умный дом сложно представить без этих устройств.

Датчики протечки воды

В большинстве своем работают за счет разницы электропроводности воздуха и воды. Когда вода попадает на один из контактов, расположенных на дне устройства, возникает сигнал. Датчики устанавливаются в непосредственной близости от вероятных источников протечки: под шлангом стиральной машины, рядом со стояками, раковиной, радиатором отопления. Также в случае, если есть небольшой уклон, удачной для монтажа будет самая низкая по уровню точка.

Чтобы система не только сигнализировала о происшествии, но и предотвращала его последствия, применяют устройства, перекрывающие подачу воды. Обычно это специальный электронный клапан, но есть и оригинальные воплощения китайской инженерной мысли в виде электропривода для рукоятки шарового крана.

С точки зрения интеграции в умный дом данная система не всегда удобна, поскольку идет как самостоятельный комплект. Проприетарный контроллер не подружится с общим шлюзом и останутся только варианты с работой через умную розетку или поддержкой голосового помощника. Поэтому в основной состав проходят только датчики, а актуаторы — в запасной.

Датчики задымления

По принципу действия аналогичны стандартным пожарным извещателям, которые в обязательном порядке устанавливаются в новых домах. При попадании частиц дыма в поле фотоприемника датчика, изменяется интенсивность излучения и происходит срабатывание. При этом активируется сирена, а если извещатель адресный, то он передает сигнал на пульт пожарной охраны. При наличии такого оборудования смысла в дополнительном датчике дыма нет. В обратном случае датчик обязателен.

Датчики утечки газа

Реагируют на повышение концентрации бытового газа в воздухе. Имеет смысл использовать при наличии газовой плиты и (или) колонки. Устанавливать такие датчики необходимо поблизости от газовых приборов.

Датчики температуры и влажности

Контроль параметров окружающей среды — еще одна важная функция умного дома. Хороший климат в доме полезен для здоровья семьи, питомцев и комнатных растений. Измерения температуры и влажности все чаще доступны в рамках одного устройства. Без этих датчиков невозможно представить умный дом. К ним добавляют атмосферное давление, но на этот показатель повлиять нельзя, поэтому он носит справочный характер. А двумя основными параметрами управлять можно и нужно.

Для этого мы пользуемся кондиционерами и увлажнителями воздуха. Это уже более дорогие аппараты по сравнению с датчиками, их можно рассмотреть для приобретения в долгосрочной перспективе. Они также бывают умными и помогают полностью автоматизировать процесс регулировки погоды в доме. В случае выхода температуры или влажности за пределы заданных порогов, включится соответствующий прибор. Он будет работать до достижения необходимых показателей.

Кстати, не забудьте про уход за климатической техникой. Про кондиционеры мы писали тут.

Определяемся с актуаторами

В качестве базовых исполнительных устройств предлагаем рассмотреть умные розетки, выключатели, кнопки и лампы.

Некоторые умные розетки позволяют не только управлять состоянием светильников и бытовых приборов, но и вести учет потребляемой мощности. Выключатели и кнопки также пригодятся для реализации сценариев освещения и включения/выключения техники.

Еще одна удобная вещь — умный инфракрасный пульт. Им можно заменить все остальные пульты для телевизора, кондиционера и т. п. Представьте, что вам теперь вообще не придется их искать!

Шлюзы поддерживают различные протоколы беспроводной передачи данных, необходимых для обмена данными со всеми компонентами системы: Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, Z-Wave, RF. Если устройств много, их объединяют в группы, для чего используются хабы.

Особняком стоят несколько облачных систем умного дома, не требующие управляющего блока. Это платформы Apple HomeKit, Google Home и Умный дом Яндекса. В таком случае команда из приложения улетает прямиком в облако, где обрабатывается при помощи библиотеки функций от производителя конкретного устройства. На примере Яндекса схематически это выглядит так:

Приложения для смартфонов

Каждый производитель имеет собственное приложение для управления умным домом. Все они умеют отображать список устройств, показания датчиков и передавать команды. Пример настройки Mi Home здесь, а Rubetek — здесь. С точки зрения поддержки сторонних вендоров хорошо себя зарекомендовал Mi Home.

Будьте услышанным

Голосовое управление тесно интегрируется в умный дом. Все три рассмотренных выше разработчика облачных платформ развивают собственных голосовых помощников: Siri, Alexa и Алиса. На русском языке полноценно понимает только Алиса. Управление голосом выводит систему умного дома на совершенно иной уровень, но ему свойственны и некоторые недостатки.

По сравнению с приложениями производителей умных устройств голосовые помощники обладают более скромными возможностями по поддержке устройств и их функций. Список устройств, которые можно подружить с Mi Home, гораздо шире. Кроме того, Алиса пока не воспринимает все команды для устройств, доступных в приложении. Тем не менее, перечень будет расширяться, а удобство управления голосом нивелирует эти несовершенства.

Далее необходимо выбрать производителя и на соответствующей вкладке объединить аккаунты, например, с Mi Home. После этого устройства будут отображены с доступными голосовыми командами.

Можно управлять отдельными устройствами и объединять их в группы. Для более комфортного общения с Алисой используйте умную колонку.

На видео демонстрируются несколько сценариев умного дома Xiaomi + Алиса.

Команда умного дома

Подведем итог в подборке минимального комплекта умных устройств:

датчик движения;
датчик открытия двери;
датчик протечки воды;
розетка;
выключатель;
кнопка;
IR-пульт;
лампа;
шлюз;
колонка с Алисой.

Если пока нет четкого понимания, какие сценарии будут использоваться, то можно взять все устройства в одном экземпляре. Одно из преимуществ системы — масштабируемость. Большинство датчиков работает от батареек и крепятся на 3М-скотч, поэтому добавить такие элементы не составит труда. Не забывайте предварительно почитать про совместимость оборудования и приложения или голосового помощника. Если вы планируете монтаж на этапе ремонта, то рассмотрите варианты с умными реле и заранее определите выводы питания под устройства умного дома.

Добавление в систему датчиков и актуаторов у всех производителей максимально упрощено и состоит из нескольких шагов:

Подключите устройство к сети электропитания (если требуется).
Инициируйте добавление устройства в приложении. Далее действуйте в соответствии с инструкциями приложения. Обычно достаточно несколько раз нажать кнопку на устройстве.
После сопряжения с устройством в приложении появится перечень доступных функций. Их можно использовать независимо либо включать в сценарии автоматизации совместно с другими элементами умного дома.

Умный дом — отдельная инженерная система, заслуживающая вдумчивого проектного подхода. В этом случае умные устройства станут вашими надежными помощниками по дому.

Читайте также: