Luận văn: Nghiên cứu ứng dụng và phát triển căn hộ thông minh ở VN Nguyễn Trí Hiếu

Các hệ thống trong tòa nhà Về cơ bản các cao ốc cao tầng có các hệ thống sau: -Điều hòa thông gió HVAC -Chiếu sáng Lighting -Quản lý điện năng/năng lượng Electrical/Energy Management H

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC XÂY DỰNG -    -

NGUYỄN TRÍ HIẾU

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VÀ PHÁT

TRIỂN CĂN HỘ THÔNG MINH Ở VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SỸ KIẾN TRÚC

HÀ NỘI- 2009

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC XÂY DỰNG -    -

NGUYỄN TRÍ HIẾU

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VÀ PHÁT TRIỂN

CĂN HỘ THÔNG MINH Ở VIỆT NAM

Chuyên ngành: KIẾN TRÚC DÂN DỤNG

Mã số: 06.58.01

LUẬN VĂN THẠC SỸ KIẾN TRÚC

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS DOÃN MINH KHÔI

HÀ NỘI- 2009

MụC LụC

A- Phần mở đầu

1 Lý do chọn đề tài 6

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài 6

3 Phương pháp nghiên cứu 6

4 Phạm vi nghiên cứu, thời gian khảo sát 7

B- Nội dung nghiên cứu Chương I: Tổng quan nghiên cứu và ứng dụng nhà thông minh ở Việt Nam và trên thế giới 8

I.1 Khái niệm nhà thông minh 8

I.1.1 Khái niệm tòa nhà thông minh( smart buiding) 8

1.1.2 Khái niệm căn hộ thông minh ( smart house) 13

I.2.Tổng quan về kiến trúc và công nghệ căn hộ thông minh trên thế giới…… 18

I.2.1 Xây dựng căn hộ thông minh ở các nước phát triển 18

I.2.2 Xây dựng căn hộ thông minh ở Mỹ 19

I.2.2 Xây dựng căn hộ thông minh ở Châu Âu 20

I.2.2 Xây dựng căn hộ thông minh ở một số nước Châu á 22

I.3 Tổng quan về kiến trúc và công nghệ căn hộ thông minh ở việt nam……….23

I.3.1 Tình hình nghiên cứu căn hộ thông minh ở Việt Nam 23

I.3.2 Tình hình ứng dụng căn hộ thông minh ở Việt Nam hiện nay 29

I.4 Kết luận và những vấn đề cần rút ra để nghiên cứu 31

Chương II: Các hệ thống thông minh trong căn hộ và áp dụng chúng ở việt nam 32

II.1 Hệ thống che nắng ngoại thất 32

II.1.1 Skylight 2 động cơ song song (FTS) 32

II.1.2 Skylight cuộn lò xo (FSS) 33

II.1.3 Skylight cuốn dây (FCS) 33

II.1.4 Skylight có ray 34

II.1.5 Hệ thống cửa chớp lật tự động 35

II.1.6 Mái hiên di động 37

II.2 Hệ thống che nắng nội thất 37

II.2.1 Rèm cuốn điều khiển từ xa 37

II.2.2 Rèm roman điều khiển từ xa 39

II.2.3 Rèm mở ngang điều khiển từ xa 40

II.2.4 Mành sáo ngang điều khiển từ xa 41

II.3 Hệ thống cửa, cổng tự động 43

II.3.1 Hệ thống cổng mở trượt tự động 43

II.3.2 Hệ thống cổng mở quay tự động 44

II.3.3 Hệ thống cổng mở quay tự động âm sàn 47

II.3.4 Hệ thống cửa cuốn tự động 48

II.3.5 Hệ thống cửa trượt tự động 50

II.3.6 Hệ thống cửa trượt áp trần tự động 53

II.4 Các giải pháp thông minh cho ngôi nhà 54

II.4.1 Giải pháp mặt đứng hai lớp 54

II.4.2 áp dụng kiến trúc cây xanh và mặt nước 56

II.4.3 áp dụng hệ thống mái xanh 58

II.4.4 Giải pháp bao che căn nhà với “Da thông minh” trong tương lai 59

II.4.5 Giải pháp thiết kế ngôi nhà tiết kiệm năng lượng 60

II.5 Vật liệu thông minh cho ngôi nhà 62

II.5.1 áp dụng bê tông nhẹ khi xây dựng căn hộ thông minh giảm giá thành nền móng 64

II.5.2 Bê tông bọt dùng xây tường bao cho căn hộ 64

II.5.3 Dùng tấm 3D-panel để xây tường 65

II.5.4 áp dụng vật liệu cách âm cách nhiệt cho ngôi nhà 66

II.5.5 Sử dụng tường bao che bằng vật liệu kính trong căn hộ thông minh 68

II.5.6 áp dụng vật liệu ETFE thay thế kính trong nhà thông minh 73

II.5.7 áp dụng vật liệu thân thiện môi trường cho nhà thông minh 75

II.6 Các thiết bị thông minh trong ngôi nhà 76

II.6.1 ứng dụng đèn phát sáng bằng tấm nhựa phát sáng sử dụng các đi-ốt phát sáng

hữu cơ 76

II.6.2 Chiếu sáng sân vườn ngoài nhà bằng "đèn hoa" 77

II.6.3 Chiếu sáng sân vườn ngoài nhà bằng Solar Tree 78

II.6.4 Dùng bồn cầu thông minh cho nhà thông minh 79

II.6.5 áp dụng bể phốt kiểu mới của Việt Nam 80

II.6.6 Bình nước nóng năng lượng mặt trời 81

II.6.7 Van cảm ứng tự động 86

II.6.8 Vòi nước tự động 88

Chương III: các hệ thống kỹ thuật liên hệ với kiến trúc thông minh trong căn hộ và áp dụng ở việt nam 89

III.1 Hệ thống điện và các thiết bị tự động hóa thông minh 89

III.1.1 Hệ thống điện thông minh dùng điện áp một chiều 24Volt 89

III.1.2 Hệ thống nhà thông minh dùng công nghệ X10 90

III.1.3 Các thiết bị tự động hóa thông minh 91

III.2 Hệ thống camera an ninh giám sát và âm thanh hình ảnh 97

III.2.1 Hệ thống camera giám sát 97

III.2.2 Hệ thống báo động không dây 106

III.2.3 Hệ thống khóa cửa thông minh 107

III.2.4 Hệ thống âm thanh trong căn hộ 109

III.3 Hệ thống báo cháy và chữa cháy 111

III.3.1 Hệ thống báo cháy, báo ga tự động 111

III.3.2 Hệ thống chữa cháy tự động 114

III.4 Năng lượng với nhà thông minh 120

III.4.1 Năng lượng mặt trời và gió 121

III.4.2 Năng lượng điện hạt nhân 125

III.4.3 Địa nhiệt 126

III.4.4 Điện thuỷ triều 128

III.4.5 Đảo Năng lượng kết hợp năng lượng mặt trời, gió và sóng …… 129

III.5 Một số dạng nhà thông minh trong các tình huống 130

III.5.1 Nhà di động của KTS Hồ Văn Thọ 131

III.5.2 Ngôi nhà biết đi 132 III.5.3 Nhà bằng giấy tái chế cải thiện những khu ổ chuột trong thành phố 134 III.5.4 R-House: Nhà ở sinh thái thế hệ mới 135

III.6 Đề xuất áp dụng mô hình và cách biến đổi căn hộ thông thường thành căn

hộ thông minh ở Viêt Nam 136

A phần mở đầu

1 Lý do chọn đề tài

- Tầm quan trọng, tính cấp thiết của đề tài:

Hiện nay nhà thông minh áp dụng ở Việt Nam mới bắt đầu và chưa có nhiều, các công ty đều là đại diện của nước ngoài, việc hiểu biết về nhà thông minh cũng như

áp dụng nó như thế nào ở Việt Nam cho hiệu quả, hướng nghiên cứu để phát triển và nội địa hóa, tận dụng lợi thế của Việt Nam là rất cần thiết

Cuộc sống của con người ngày càng có nhu cầu cao, mặt khác các nguồn năng lượng và vật liệu cạn kiệt dần do đó nhu cầu ở trong một ngôi nhà thông minh là rất cần thiết nhằm giảm thiểu tiêu hao năng lượng, tận dụng nguồn nguyên vật liệu lợi thế của địa phương

- Lý do chọn đề tài, ý nghĩa về mặt lý luận và thực tiễn:

Hiện nay công nghệ nhà thông minh trên thế giới ứng dụng một thời gian và Việt Nam cũng đã áp dụng ở một số công trình lớn cũng như nhà ở gia đình Việc áp dụng nhà ở thông minh là cần thiết và thực tế để đạt được các mục tiêu bao gồm chi phí thấp nhất, hiệu quả cao nhất và phát triển bền vững thông qua sự hợp lý, thông minh

Không nhất thiết cứ phải áp dụng toàn bộ công nghệ mới là nhà thông minh Nhà thông minh ở đây có thể hiểu là áp dụng kiến trúc truyền thống phù hợp khí hậu Việt Nam như nào cho hiệu quả hoặc áp dụng một phần của công nghệ, hoặc dùng các giải pháp tiết kiệm và phát triển bền vững năng lượng tận dụng những lợi thế của Việt Nam (nước ta có ánh sáng và gió nhiều do ở vùng biển nhiệt đới )

- Những mong đợi từ kết quả nghiên cứu của đề tài:

Đề tài sẽ góp một phần trong việc tiếp cận nhà ở thông minh của các ngành khoa học liên quan và là một trong những tài liệu hướng dẫn áp dụng nhà thông minh một cách hiệu quả ở Việt Nam, đóng góp một phần nhỏ vào quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa của đất nước

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu này hướng đến những mục đích/mục tiêu sau:

-Tìm hiểu về tòa nhà thông minh, nhà ở thông minh nhằm nâng cao hiểu biết và cung cấp thêm tư liệu cho ngành kiến trúc cũng như các ngành liên quan

-Nghiên cứu nhằm ứng dụng nhà thông minh một cách hợp lý trong điều kiện văn hóa, kinh tế, chính trị, xã hội của Việt Nam

3 Phương pháp nghiên cứu

3.1 Khách thể và đối tượng nghiên cứu

-Khách thể nghiên cứu : sự ứng dụng và phát triển tính thông minh của nhà thông minh

-Đối tượng nghiên cứu : tính thông minh, các công nghệ áp dụng cho nhà thông minh ở Việt Nam và thế giới

3.2 Phương pháp tiếp cận nghiên cứu

-Nghiên cứu qua tài liệu bao gồm sách, tạp chí chuyên nghành, internet

-Nghiên cứu qua những tòa nhà thông minh đã áp dụng ở Việt Nam

-Nghiên cứu qua cảm giác mang lại của những người sống trong những tòa nhà thông minh, căn hộ thông minh

4 Phạm vi nghiên cứu, thời gian khảo sát

Phạm vi nghiên cứu : Việt Nam, đại diện là Hà Nội

Thời gian triển khai nghiên cứu: dự kiến sẽ nghiên cứu trong 5 tháng từ tháng11/2008

đến 5/2009

B- Nội dung nghiên cứu

Chương I: Tổng quan nghiên cứu và ứng dụng nhà thông minh ở Việt Nam và trên thế giới

I.1 Khái niệm nhà thông minh

I.1.1 Khái niệm tòa nhà thông minh (smart buiding)

a Các định nghĩa về tòa nhà thông minh

Hiện nay chúng ta có thể bắt đầu nghe thấy người ta nói nhiều về "nhà thông minh", quá trình định nghĩa tùy theo từng khu vực với chức năng của tòa nhà mà người

ta định nghĩa khác nhau

Theo định nghĩa của Châu Âu (EIBG - European Intelligent Building Group) nhóm phát triển cao ốc thông minh của Châu Âu, thì cao ốc/tòa nhà thông minh sẽ phải phối hợp được những tinh túy, hiện đại nhất của:

- Các khái niệm (Concepts)

(H.I.1) Tỷ lệ thông minh áp dụng trong tòa nhà (nguồn Saga.vn)

Theo định nghĩa của Mỹ - IBI (The Intelligent Building Institute - Học viện Cao

ốc thông minh), thì đó là cao ốc mà cung cấp một môi trường hữu ích và hiệu quả cho hoạt động của con người thông qua sự tối ưu của 4 thành phần cơ bản sau:

- Cấu trúc (structure)

- Hệ thống (Systems)

- Dịch vụ (Services)

- Quản lý (Management)

Và sự kết hợp giữa các yếu tố đó Định nghĩa của một cao ốc thông minh có thể

được tổng quát như sau: là một cao ốc có thể cung cấp được:

- Một môi trường làm việc hữu ích (Productive environment)

- Một môi trường với chi phí hiệu quả (Cost effective environment)

Thông qua sự tối ưu hóa của 4 thành phần cơ bản sau:

b Các hệ thống trong tòa nhà

Về cơ bản các cao ốc cao tầng có các hệ thống sau:

-Điều hòa thông gió (HVAC )

-Chiếu sáng (Lighting)

-Quản lý điện năng/năng lượng (Electrical/Energy Management)

(Hệ thống năng lượng dùng năng lượng sạch, thông minh: Năng lượng mặt trời, năng lượng gió là xu hướng áp dụng ở tòa nhà thông minh)

-Hệ nan che nắng tự động quay theo hướng nắng nhờ các bộ phận cảm ứng (áp dụng ở những tòa nhà thông minh)

-Hệ thống Báo/Chữa cháy (Fire-Fighting System)

-Thang máy (Lift)

-Hệ thống Gara ngầm di chuyển cất và lấy ô tô tự động từ lúc đỗ tại cửa vào đến chỗ cất giữ

-Hê thống bơm nước sinh hoạt (Pumbling)

-Hệ thống tổng đài nội bộ, thông báo (PABX/PA)

-Hệ thống an ninh (Security/CCTV)

-Hệ thống công nghệ thông tin, VOD, VoIP,

Và nhiều hệ thống khác cho các yêu cầu đặc biệt

(H.I.2) Liên kết các hệ thống trong tòa nhà

Các tòa nhà hiện đại thì các hệ thống này sẽ kết nối với nhau để có thể giám sát

điều khiển, tích hợp hoạt động của các hệ thống khác nhau trên cùng một nền tảng

đảm bảo tiện lợi, tối ưu hóa vận hành, tiết kiệm năng lượng, an ninh, an toàn,

(H.I.3) Tháp HyperGreen ý tưởng thiết

kế bởi Jacques trong một cuộc thi ở

Paris, cao 250 mét / 60 tầng (nguồn

internet)

(H.I.4) Những đặc tính thông minh: những bơm nhiệt địa nhiệt, những bảng quang điện, những tua- bin gió tổng hợp, trái đất làm mát những cái ống, một vườn trên mái, hệ thống khôi phục nước mưa,

và những tấm sàn linh hoạt và có thể thích nghi

có bao nhiêu người ở tầng 40, để xác định phương án giải cứu Cắt cục bộ thang máy,

hệ thống PA chỉ thông báo theo khu vực để tránh lộn xộn khi tổ chức cứu hộ, Nhiều

đơn vị cấp cứu như Công an PCCC có thể trực tiếp kết nối vào hệ thống từ xa để cập nhật tình hình,

Việc kết nối chung cũng đảm bảo các công cụ quản lý như quản lý bảo dưỡng,sửa chữa đảm bảo tính sẵn sàng của hệ thống,

(H.I.5) Ngọn tháp với những tua-bin gió trên

mái (nguồn internet)

(H.I.6) Những điểm sáng xanh lục của Tháp bao gồm những pin mặt trời tổng hợp, những tua-bin gió, một nước mưa gặt hái hệ thống và một hệ thống sưởi địa nhiệt (nguồn internet)

BMS (Building Management System) hoặc ở một số chỗ sẽ gọi là IBMS cũng như vậy là hệ thống kết nối các hệ thống ở phần 2 Mạng truyền thông kết nối giữa các thành phần của hệ thống điều khiển nêu trên được mô tả bởi 2 phần chủ yếu:

- Đường truyền vật lý (Wire, optical fibre, radio)

- Giao thức truyền thông (Protocol: BACnet, LonWork, Modbus)

Chức năng then chốt của hệ thống BMS trong cao ốc là cam đoan tăng cường tiện nghi với chi phí vận hành giảm BMS cung cấp một loạt các chức năng sau:

- Tự động Bật/Tắt hệ thống: trên cơ sở của thời gian, loại ngày hoạt động và

điều kiện thực tế của môi trường

- Giám sát trạng thái của tòa nhà và điều kiện môi trường làm việc

+) Nhân viên trong tòa nhà có thể được báo động về các tình huống nguy hiểm

đúng lúc và thực hiện các biện pháp an toàn một cách đúng đắn

+) Cho phép việc phản ứng nhanh, đón đầu sự cố thay vì phản ứng lại những hậu quả của sự cố từ đó, quản lý dịch vụ sửa chữa khắc phục đơn giản, dễ dàng, nhanh chóng và hiệu quả hơn

- Công cụ tiết giảm năng lượng: cùng với một thiết kế cao ốc tốt,và một hệ thống điều hòa thông gió hiệu quả, hệ thống BMS chiếm một phần sống còn trong quản lý tiêu phí năng lượng và giảm ảnh hưởng của hoạt động của tòa nhà đến môi trường xung quanh

- Công cụ quản lý dịch vụ cao ốc: cung cấp các thông tin hữu ích về tóm lược, thông tin lưu trữ theo thời gian/sự kiện và các báo cáo Chức năng này cung cấp những thông tin hữu dụng cho các dịch vụ trong cao ốc và bộ phận kinh doanh của cao ốc Những thông tin này cũng mang lai thêm giá trị cho dịch vụ của cao ốc khi những người thuê cao ốc ngày nay đánh giá cao các tiện ích do cao ốc mang lại

- Các khả năng giám sát từ xa: cung cấp khả năng giám sát điều khiển tập trung

Từ một vị trí có thể truy cập được tất cả những thông tin cần thiết như nhiệt độ, áp suất, trạng thái thiết bị hiển thị cho tình trạng hoạt động của cao ốc

- Công cụ kiểm tra lỗi: cung cấp một bức tranh tổng thể về hoạt động của các hệ thống kỹ thuật trong building, từ đó có thể dễ dàng tìm ra nguồn gốc của sự cố khi có một tình huống kỹ thuật xảy ra

- Cho phép tích hợp với các hệ thống cao ốc khác: với chức năng này, các dịch

vụ - tiện nghi trong cao ốc có thể hoạt động một cách hiệu quả nhất, giảm được chi phí

và tăng được hiệu suất của các kỹ sư vận hành tòa nhà Các công ty BĐS lớn có thể kết nối toàn bộ hệ thống BĐS trên toàn thế giới để quản lý tập trung thậm chí là trạng thái của một bóng đèn

e Truyền thông hợp nhất

Mức độ tích hợp cao cấp hơn nữa với các hệ thống này là tích hợp hệ thống BMS và IT (intelligent technologies - các hệ thống thông minh) vào một nền tảng chung Chúng ta có thể tưởng tượng rất đơn giản từ điện thoại để bàn chúng ta có thể

mở rèm cửa, Order đồ uống, mở cửa cho khách, xem ai đến thăm, bật-điều khiển

đèn, hoặc vào mạng xem nồi cơm điện ở nhà đã tắt chưa? bật máy lạnh trước khi về nhà Hoặc để đơn giản hơn đây là xu hướng IP hóa các thiết bị điều khiển, thiết bị chấp hành, Tất cả các hệ thống trên có thể giải quyết được vấn đề tăng hiệu suất khai thác, tiết kiệm chi phí năng lượng,

Một ví dụ về tòa nhà thông minh là Tòa nhà Dynamic Tower (Tòa tháp Năng

động) đang được Dubai lên kế hoạch xây dựng, đó là tòa nhà “chuyển động” đầu tiên của thế giới

(H.I.7) Tòa nhà Dynamic Tower sẽ luôn thay

đổi hình dáng (nguồn AP)

Theo thiết kế, Dynamic Tower

có 80 tầng, mỗi tầng là một căn hộ tiền chế có thể xoay độc lập với các căn khác

để thay đổi hình dáng của tòa nhà

Vị trí đặt quảng cáo với 79 turbine gió phát điện được lắp đặt giữa các tầng, những căn hộ của tòa nhà cao

420 mét này có thể xoay 360o quanh một cột trụ, theo lệnh bằng giọng nói

Ông Fisher khẳng định tòa nhà xoay vừa

đủ chậm để không ai chú ý và bị chóng mặt Các căn hộ mất 1-3 tiếng để đi hết một vòng xoay

(H.I.8) Mặt bằng tòa nhà Dynamic Tower

(nguồn interner)

Đặc biệt, những chiếc turbine gió khổng lồ còn sản xuất đủ điện cho cả tòa nhà, thậm chí có thể đóng góp thêm vào lưới điện Ngoài ra, hệ thống thang máy

sẽ cho phép các chủ hộ có thể cất xe hơi ngay trong căn hộ của mình

Ông Fisher cho biết mỗi tầng sẽ

được tiền chế tại một nhà máy của ý rồi chuyển đến địa điểm xây tại Dubai để lắp vào cột lõi Việc lắp ráp theo kiểu này sẽ chỉ cần 80 kỹ thuật viên và mất

20 tháng, và theo ông là tiết kiệm hàng chục triệu đô la Mỹ Chi phí xây dựng tòa nhà ước tính khoảng 700 triệu đô la

đơn lẻ được ứng dụng công nghệ mới đó đã được gọi là ngôi nhà thông minh chưa? Vậy ngôi nhà thông minh là như thế nào? Smarthouse dịch ra tiếng Việt có thể dịch là nhà thông minh, ngôi nhà thông minh , căn nhà thông minh, căn hộ thông minh, nhà ở thông minh Tuy nhiên có thể định nghĩa căn hộ thông minh là một căn nhà riêng để ở

có thể cung cấp được:

- Một môi trường ở và làm việc hữu ích (Productive environment)

- Một môi trường với chi phí hiệu quả (Cost effective environment)

Thông qua sự tối ưu hóa của 4 thành phần cơ bản sau:

điện thoại di động, cho phép chủ nhân điều khiển vật dụng từ xa hoặc lập trình cho

thiết bị ở nhà hoạt động theo lịch Thêm vào đó, các đồ gia dụng có thể hiểu được ngôn ngữ của nhau và có khả năng tương tác với nhau…

Yếu tố thông minh không chỉ nằm trong hệ thống điều khiển tự động với công nghệ cao mà còn một tổ hợp với bản chất kiến trúc – là yếu tố cốt lõi để tạo nên cái gọi là ngôi nhà Từ xa xưa cho tới bây giờ, theo suốt chiều dài lịch sử, kiến trúc phát triển không ngừng để đi tìm cái đẹp hoàn mỹ hơn và cũng là để đáp ứng đầy đủ, thiết thực hơn nhu cầu của con người, đi tới sự tiện lợi nhất Nhà thông minh không nằm trong ngoại lệ đó

Về cơ bản căn hộ thông minh có các thành phần tương tự như toà nhà thông minh nhưng các hệ thống được ít hơn, không bị quản lý phức tạp như toà nhà, không

có hệ thống bãi xe, hệ thống thang nhiều thang máy…

b Các yếu tố của nhà thông minh:

Nhà thông minh bao gồm những yếu tố có quan hệ chặt chẽ với nhau, tương hỗ nhau, phù hợp trên cả phương diện công năng, kỹ thuật, thẩm mỹ, kinh tế ở một cách nhìn tổng quan, “nhà thông minh” cần những yếu tố sau:

- Giải pháp kiến trúc thông minh :

Dù thông minh như thế nào đi chăng nữa, một ngôi nhà sẽ chỉ thực sự tốt khi yếu tố đầu tiên tạo nên ngôi nhà – kiến trúc – phải tốt Nhà thông minh phải có giải pháp kiến trúc thông minh Sự phát triển của khoa học kỹ thuật và sự lạm dụng công nghệ nhiều khi làm mờ nhạt vai trò của kiến trúc Mọi thứ không hợp lý, chưa tốt người ta đều vin vào giải pháp công nghệ hỗ trợ Các giải pháp kỹ thuật sẽ chỉ tốt và phát huy hiệu quả trên nền một kiến trúc thông minh, hợp lý

Kiến trúc là khởi đầu và là tiền đề của mọi yếu tố khác Giải pháp kiến trúc thông minh là tận dụng tốt yếu tố môi trường, cảnh quan, phát huy ưu điểm, khắc phục nhược điểm Sẽ là không thông minh nếu như ngôi nhà quay hướng tây mà không tính

đến giải pháp chắn nắng, chống nóng Giải pháp kiến trúc thông minh là hợp lý công năng, thuận tiện cho con người, đáp ứng được nhu cầu của người sử dụng trong công trình đó Giải pháp kiến trúc thông minh còn là sự hợp lý giữa nội tại kiến trúc: hình thức và công năng; hay mối quan hệ kiến trúc và các yếu tố khác như nội – ngoại thất, kỹ thuật (kết cấu, hệ thống điện, cấp – thoát nước, thông tin liên lạc, hệ thống

điều khiển tự động…)

Giải pháp kiến trúc thông minh còn là sự linh hoạt khi cần thay đổi hay bổ sung

hệ thống trang thiết bị kỹ thuật Chúng ta có thể thấy nhiều công trình cổ hàng trăm năm tuổi ở châu Âu, vẫn không hề lạc hậu khi đưa những hệ thống kỹ thuật hiện đại vào, không làm phá vỡ cấu trúc ban đầu, vận hành tốt, đáp ứng được những yêu cầu của thời đại

- Sinh thái – thân thiện môi trường :

Kiến trúc sinh thái hay còn gọi là kiến trúc xanh được nhắc tới nhiều trong những năm gần đây Đó là hệ quả tất yếu sau khi con người mải miết kiếm tìm và phát minh những công nghệ và vật liệu mới nhưng lại xả “rác” vào môi trường Trái đất

đang nóng lên, tầng ozone thủng, băng tan đó là những hệ quả vĩ mô nhưng rõ nét của nền công nghiệp phát triển không ngừng, trong đó có công nghiệp xây dựng mang lại Kiến trúc sinh thái hướng tới sự bền vững, thân thiện thiên nhiên, môi trường Có thể ở một khía cạnh nào đó, văn minh và thiên nhiên như hai cá thể đối lập loại trừ lẫn nhau ở nơi thiên nhiên thì tính văn minh kém và ngược lại Tuy nhiên thực tế thì văn minh và thiên nhiên luôn cùng tồn tại với những tỷ lệ tương quan khác nhau Nhưng mọi hành động của con người, đặc biệt là hoạt động xây dựng đang tàn phá thiên nhiên

ở nhiều phương diện: phá núi, phá rừng Đó là việc lấy nguyên vật liệu, lấp ao hồ lấy mặt bằng xây dựng, bê tông hoá bề mặt đất tự nhiên, thải vô số các loại phế thải xây dựng độc hại và khó phân huỷ vào môi trường

Một ngôi nhà thông minh hẳn phải có yếu tố sinh thái Khi mà kiến trúc hiện

đại được tạo nên bởi bê tông, kính, thép; khi mà đô thị chật chội với những toà nhà san sát nhau; người ta mới hiểu và mới thấy cần giá trị của cây xanh, mặt nước, môi trường không khí trong lành Đó không chỉ là yếu tố vật lý, khí hậu thuần tuý cho sức khoẻ

mà nó còn tác động trực tiếp đến thị giác, tâm hồn của con người

Để thiết kế một ngôi nhà thông minh, bao gồm yếu tố sinh thái, kiến trúc sư phải nắm được quan hệ giữa môi trường và tiến bộ xã hội Và để thực hiện tốt – hướng về thiên nhiên, đồng nghĩa với việc ngăn chặn những hoạt động của con người gây tác động tới thiên nhiên thì dường như cũng đồng nghĩa với việc chấp nhận những

“bước lùi” của sự phát triển, tăng trưởng kinh tế Điều đó quả thực là khó, gần như là thách thức

-Tiết kiệm năng lượng :

Tiết kiệm năng lượng là một tiêu chí của kiến trúc sinh thái Tiết kiệm năng lượng đồng nghĩa với việc giảm sự tàn phá thiên nhiên ở đầu nguồn (do khai thác than, dầu mỏ ) và giảm việc thải khí độc hại vào môi trường Rõ ràng, để đạt được điều này, công trình phải có một giải pháp kiến trúc cũng như kỹ thuật tốt như đã đề cập ở trên

Một ngôi nhà thông minh phải “biết” tiết kiệm năng lượng Đầu tiên là phải khai thác các yếu tố tự nhiên tối đa như ánh sáng, thông gió; giảm thiểu việc khai thác thiết bị tiêu hao năng lượng như chiếu sáng, điều hoà nhiệt độ, lò sưởi Tiếp theo là phải biết tận dụng các nguồn năng lượng từ thiên nhiên để chuyển hoá thành năng lượng hữu ích Đó là nhiệt năng của mặt trời, sức gió, sức nước Những thiết bị này hiện nay đã rất phổ biến như hệ thống đun nước nóng dùng năng lượng mặt trời, pin mặt trời…

Tất nhiên, để tiết kiệm năng lượng một cách hiệu quả nhất phải nhờ đến một hệ thống điều khiển hợp lý, thông minh như trong định nghĩa đầu tiên

- Hệ thống thiết bị điều khiển thông minh :

Đây là yếu tố mà người ta hay nhắc tới, và cho rằng nó là yếu tố quyết định để một ngôi nhà trở thành thông minh Tất nhiên, theo một cách nhìn có nhiều góc độ, nó không thể định đoạt số phận một ngôi nhà nhưng cũng không thể thiếu Thực tế, nó chỉ

là điều kiện cần chứ không thể là điều kiện đủ Nếu phân chia hệ thống điều khiển thông minh ra thì có lẽ có quá nhiều hệ thống, và mỗi nhà cung cấp thiết bị, hệ thống

điều khiển thông minh cũng có những định nghĩa khác nhau, sự phân chia khác nhau Nhà thông minh cũng cần đến người chủ biết điều khiển nó Một người chủ biết tìm đến kiến trúc sư có khả năng đáp ứng được những nhu cầu chính đáng của mình, tìm được tiếng nói chung để đưa ra giải pháp kiến trúc hợp lý nhất Một người phải biết yêu thiên nhiên, tôn trọng những giá trị của môi trường Một người phải biết tiết kiệm,

sử dụng năng lượng hợp lý (kể cả khi anh ta có nhiều tiền) Một người chủ phải biết sử dụng và vận hành thiết bị đúng cách, đúng chỗ để tận hưởng những giá trị của công nghệ mang lại

Phân loại theo hệ thống kỹ thuật

Hệ thống điều khiển thông minh đi kèm với các thiết bị được lập trình sẵn, giao tiếp với người sử dụng linh hoạt không phụ thuộc vào khoảng cách, vị trí và thường có những hệ thống sau:

-Hệ thống an ninh: bao gồm các hệ thống cửa tự động, camera quan sát, đầu

ghi hình, bộ nhớ lưu trữ, bộ điều khiển trung tâm cho phép người sử dụng có thể nắm

được trực tiếp hay xem lại toàn bộ mọi hoạt động diễn ra ở các khu vực có thiết bị kiểm soát Hệ thống an ninh còn có thể báo động bằng còi, chiếu sáng, gọi đến các số

điện thoại cần thiết và có khả năng phong toả khu vực bị đột nhập

-Hệ thống báo cháy và chữa cháy: hệ thống báo cháy cảm ứng khi có hiện

tượng cháy (nồng độ khói, nhiệt độ), và thông báo bằng âm thanh (loa, còi), đèn chiếu sáng Hệ thống chữa cháy tự động phun nước tại các nơi cần chữa cháy ở mức độ cao hơn, hệ thống báo cháy, chữa cháy cho phép khoanh vùng và hướng dẫn phân luồng thoát hiểm

-Hệ thống thiết bị nhiệt: điều hoà nhiệt độ, lò sưởi, bình nước nóng )

-Hệ thống giải trí: truyền hình, đầu DVD, máy nghe nhạc…

-Hệ thống cấp nước: phòng vệ sinh, tưới vườn

Tất cả các hệ thống thông minh trên có thể hoạt động theo lập trình hoặc cho phép người sử dụng điều khiển từ xa, hoặc kiểm tra trạng thái thiết bị thông qua bộ

điều khiển từ xa (remote control), điện thoại di động hay internet

Sơ đồ mối liên hệ giữa các yếu tố trong nhà thông minh:

vật liệu thông minh

giải pháp kiến trúc thông minh

thành phần và thiết bị thông minh

các hệ thống kỹ thuật

và mối liên hệ với

hệ thống điện thông minh

Phân loại theo cơ chế thông minh

Có thể phân chia làm ba loại cơ chế hoạt động như sau:

- Cơ chế nhận dạng: cơ chế nhận dạng cho phép ghi nhớ những đặc điểm được

cài đặt sẵn trong bộ nhớ; trong trường hợp việc nhận dạng xảy ra không trùng khớp, hệ thống sẽ từ chối phục vụ hoặc báo động Ví dụ như cổng, cửa gara chỉ mở với những

xe có biển số đã đăng ký với hệ thống, cửa tự động nhận dạng vân tay chỉ mở đúng người; trong khoảng thời gian đêm, nếu có người lạ mặt trong phòng khách hệ thống

sẽ báo động…

- Cơ chế lập trình sẵn: một số hệ thống thiết bị được thiết kế hoạt động theo

lịch trình nhất định Ví dụ như bắt đầu từ 7 giờ tối đèn vườn, đèn bảo vệ tự động bật sáng và tắt vào thời điểm 5 giờ sáng, 7 giờ sáng ti vi tại khu vực bếp tự động bật đúng chương trình cài đặt để người ăn sáng có thể xem, 8 giờ sáng vòi nước tưới vườn hoạt

động trong 15 phút; 10 giờ đêm các hệ thống cửa tự động an toàn sẽ đóng lại

- Cơ chế cảm ứng: cơ chế cảm ứng là một cơ chế linh hoạt, hoạt động trên sự

biến đổi trạng thái mà hệ thống cảm ứng ghi nhận để tự điều khiển phù hợp Ví dụ: tại cầu thang, vệ sinh, đèn sẽ tự động bật khi có người và tự động tắt sau một thời gian

nhất định khi không có người; hệ thống báo động sẽ thông báo khi cửa có những chấn

động cơ học hơn mức bình thường (do phá hoại, đột nhập), mái kính sẽ tự động đóng lại khi có mưa, mành – rèm tự hoạt động ở trạng thái thích hợp nhất khi cảm ứng với

ánh nắng mặt trời, đèn tự động bật khi chiếu sáng tự nhiên không đủ…

Và bất kể thiết bị hoạt động theo cơ chế nào thì vẫn can thiệp được bằng bộ

điều khiển từ người sử dụng

(H.I.9) Một số ứng dụng trong nhà thông minh (nguồn internet)

Các hệ thống trong căn hộ thông minh luôn liên kết với nhau bằng nhiều giao thức, có thể bằng đường điện có điện áp riêng, đường điện chung sẵn có của căn hộ, có thể giao thức với nhau qua sóng không dây radio hoặc sóng wifi Do đó đôi khi các thiết bị của hệ thống phân chia như trên chỉ là tương đối Có thể hiểu các thiết bị của rèm cửa, che nắng cũng là thiết bị của hệ thống điện thông minh Hệ thống chiếu sáng, bơm nước tưới cây, báo cháy…cũng là một phần của hệ thống điện thông minh

(H.I.10) Liên kết các hệ thống trong nhà thông minh

Trong luận văn này thuật ngữ “nhà thông minh” được hiểu chủ yếu là căn hộ thông minh” (smarthouse) thay vì “tòa nhà thông minh” (smart building) và những nghiên cứu về smarthouse đó là cách áp dụng những mô hình cho căn nhà sao cho đạt hiệu quả thông minh nhất có thể được nhằm thỏa mãn nhu cầu con người

I.2 Tổng quan về kiến trúc và công nghệ căn hộ thông minh trên thế giới

I.2.1 Xây dựng căn hộ thông minh ở các nước phát triển

Các giải pháp công nghệ nhà thông minh đã được nhiều hãng Lagrand (Pháp), hãng Comfort (Singapore), hãng Siemens (Đức) có nhưng chi nhánh toàn câu của mình với những mẫu nhà đa dạng theo từng yêu cầu của khách hàng Với các loại công nghệ thông minh như: X10 compatible, X10 Wireless, Insteon, ZigBee, HomePlug, Bluetooth…

Giải pháp công nghệ X10 (Mỹ), mô hình cho phép điều khiển dễ dàng 9 loại thiết bị như: bộ điều khiển trung tâm, thiết bị báo động mở cửa hoặc két sắt, thiết bị nhận diện người lạ xâm nhập, thiết bị điều khiển điện gia đình, thiết bị kết nối Internet Với những trang bị này, chủ nhà có thể kiểm soát và điều khiển từ xa mọi thiết bị điện, điện tử trong gia đình để tăng cường hiệu quả sinh hoạt và bảo vệ gia

đình từ internet, điện thoại

(H.I.11) Số thiết bị điện trong phòng có thể điều khiển được bằng X10 lên tới 256 thứ

Những phiên bản đầu tiên của hệ thống X10 được sáng chế tại Mỹ từ cuối những năm 1970 và là công nghệ nhà thông minh phổ biến nhất trên thế giới hiện nay Sau khi lắp đặt hệ thống X10, mỗi thứ đồ điện trong nhà, dù đó là đèn, quạt, bình nóng lạnh hay máy điều hoà, đều sẽ có một địa chỉ riêng Và chỉ cần một chiếc điều khiển từ

xa, có thể điều khiển tất cả, dù đang ở bất kỳ vị trí nào trong nhà Ví dụ, người điều khiển đang trên tầng 2, và muốn bật đèn ở cổng dưới tầng 1 để xem ai đang bấm chuông qua camera

Hoặc ở tầng 1 và phát hiện đèn trên sân thượng vẫn quên chưa tắt Hoặc đơn giản hơn, muốn cái đèn chùm giữa phòng khách tối đi một nửa để xem phim cho có không khí Hệ thống X10 sẽ cho phép làm tất cả những việc đó chỉ với vài lần bấm nút trên điều khiển từ xa Có thể lập chương trình hoạt động cho từng thiết bị sao cho phù

hợp với tập quán sinh hoạt của gia đình Giả sử, ngày thường dậy vào lúc 6h30, ăn sáng lúc 7h và đi làm lúc 7h30

Với X10, có thể lập chương trình để mỗi sáng đèn trong phòng sẽ sáng dần từ 6h15, đèn phòng bếp sẽ sáng từ 6h20 và bình nước nóng đã sẵn sàng lúc 6h25 Tất nhiên, sau khi ra khỏi nhà ít phút, đèn ở các phòng sẽ tự tắt Hệ thống X10 sẽ mang sự tiện nghi, hệ thống tự động hoá nhà ở và cả sự an toàn, tiết kiệm Khác với một số hệ thống tự động hoá nhà ở đòi hỏi phải có dây dẫn riêng nối tới từng thiết bị phải điều khiển, X10 sử dụng chính mạng điện hiện có trong nhà để truyền dẫn tín hiệu điều khiển Giả sử muốn điều khiển 2 chiếc đèn trong phòng ngủ, thì chỉ cần lắp 1 module X10 vào phía sau công tắc của 2 chiếc đèn đó Sau đó, có thể điều khiển cả 2 chiếc đèn bằng điều khiển từ xa, hoặc vẫn dùng chính chiếc công tắc cũ

Hệ thống X10 hoàn toàn không ảnh hưởng gì tới hệ thống điện đang dùng Do lợi thế đó, X10 thích hợp với cả các công trình đang sử dụng hay công trình chưa hoàn thiện, miễn là số lượng thiết bị cần điều khiển nhỏ hơn 256 (số địa chỉ IP trong một dải

địa chỉ mạng chung, từ 0 đến 255) Có rất nhiều lựa chọn để điều khiển các thiết bị

điện của mình: bằng điều khiển từ xa cầm tay, bằng máy vi tính, thậm chí có thể dùng

điện thoại để điều khiển mọi thứ trong nhà dù đang ở nước ngoài

Hệ thống tự động hoá nhà ở X10 không đòi hỏi phải thay đổi cấu trúc đường

điện, cũng không cần thời gian thi công quá lâu nên giá thành rất hợp lý

I.2.2 Xây dựng căn hộ thông minh ở Mỹ

Mỹ là một trong những nước áp dụng và nghiên cứu hệ thống thông minh cho ngôi nhà sớm trên thế giới Trong đó có hệ thống X10 như đã nói Ngoài ra "Ngôi nhà

điện tử" đầu tiên trên Thế giới được mệnh danh là " Ngôi nhà thông minh" của Bill Gate Ngôi nhà của Tỷ phú Bill Gates xây dựng vào năm 1994 ở trên một khu đất có diện tích 40.000 Fut vuông( Đơn vị đo lường Anh 1 Fut= 30,5 Cm) rộng rãi và có cảnh quan tự nhiên rất đẹp Mặt tiền của ngôi nhà trông ra hồ Washington

(H.I.12) Toàn cảnh ngôi nhà thông minh của

Bill Gate (nguồn News)

(H.I.13) Nhà xây theo kiểu ""Biệt thự Thái Bình dương"", mặt tiền trông ra hồ Washington (nguồn News)

Các Kiến trúc sư cho biết: Khu nhà của Bill Gates được xây dựng theo kiểu" Biệt thự Thái Bình Dương" Thoạt trông bề ngoài không có gì nổi bật lại có hệ thống những trang, thiết bị điện tử tinh vi, hiện đại và rất phức tạp được bố trí ở nội thất bên trong bao gồm 3 khu nhà tạo thành một quần thể, liên kết với nhau:

Khu thứ nhất được ưu tiên chủ yếu giành cho việc giải trí, tiêu khiển của khách Phòng khách có mặt tiền hướng ra hồ Washington Trong phòng khách có một màn

ảnh truyền hình phẳng, rất rộng chiếm suốt cả chiều dài bức tường chính

Tại đây, trước khi đi vào khu chính, khách đến thăm sẽ được phát một cái "Kim găm điện tử" Trong kim, các sở thích của mỗi khách như : Thích xem phim, ngắm tranh, nghe nhạc hoặc xem truyền hình sẽ được mã số hóa Mùi vị riêng của từng khách cũng được hệ thống "Nhận biết" tự động ghi lại và nhớ khi khách bắt đầu những bước đi đầu tiên thăm khu nhà Một Chip nhỏ tự động gửi những tín hiệu đặc biệt cho biết khách đang ở phòng nào, nhà số mấy để nhiệt độ và các dịch vụ trong những phòng đó thay đổi và phục vụ cho phù hợp với thị hiếu, nhu cầu của khách

Khu trung tâm là Nhà-Thư viện

Cạnh thư viện là cầu nhảy Bill Gates rất

thích tập nhảy ở đây Ông cho rằng cũng

giống như ngồi trên ghế bành đung đưa,

nhảy cầu tạo khả năng tích tụ tư duy

Cả nhà Bill Gates sống ở khu thứ

3 Tại đây bố trí những trang, thiết bị

điện tử đặc biệt hiện đại, tinh vi và phức

tạp : Tự động thay đổi màu sắc trên

tường, thay đổi cường độ chiếu sáng phụ

thuộc vào trạng thái tâm lý, sức khỏe của

chủ nhân

Trong khu nhà còn có sân quần vợt, bể bơi nối liền với nhà tắm hơi kiểu Nhật Bản Cách đấy không xa là một cái hồ nhỏ

I.2.3 Xây dựng căn hộ thông minh ở Châu Âu

ở Châu Âu, công nghệ trang bị cho nhà với các thiết bị thông minh đang được phát triển như EIB, Instabus, SCS Phương thức điều khiển nhúng cho giao tiếp số giữa các thiết bị thống minh trên đường bus 2 dây được lắp đặt theo các hệ thống điện thường Đường Instabus kết nối tất cả các ứng dụng tới một hệ thống giao tiếp phi tập trung cho tất cả các thiết bị được điều khiển Hệ thống SCS cũng là một hệ thống có cấu trúc gần giống với hệ Instabus, các thiết bị điều khiển và các thiết bị chấp hành có thể được nối theo kiểu vòng, sao, trên một đường bus 2 dây nhưng vẫn đảm bảo được việc truyền dữ liệu, và tăng khả năng mềm dẻo khi thi công, mở rộng mạng và tiết kiệm được đường dây cho chủ đầu tư Một trong các hệ thống tiêu biểu cho hệ SCS là

(H.I.14) Bể cá không thể tuyệt vời hơn (nguồn

News)

hệ thống của Bticino, với hệ thống này toàn bộ các hệ thống Home Automation, Camera doorphone, Sound system, Sercurity, được đi trên một đôi bus Đây là một

hệ thống có độ tích hợp công nghệ cao, có nhiều sản phẩm cho mọi ứng dụng của một ngôi nhà thông minh trên một hệ thống Đây là một hệ thống đang được sử dụng rất nhiều trên thế giới vì ngoài khả năng công nghệ nêu trên chúng còn được thiết kế rất

đẹp trên nhiều loại chất liệu đáp ứng được yêu cầu của khách hàng

Stadthalle - khách sạn áp dụng hệ thống thông minh và thân thiện môi trường, là khách sạn đầu tiên trên thế giới “tự cung, tự cấp” năng lượng, hoàn toàn

không nối với mạng lưới điện thành phố

(H.I.15) Stadthalle - khách sạn tự cấp năng

lượng đầu tiên của thế giới (nguồn internet)

(H.I.16) Cây cối bao quanh tường và sân khách sạn Stadthalle (nguồn internet)

Nằm ở thủ đô Vienna của áo, khách sạn có những bức tường được bao bọc bằng cây xanh, một hệ thống làm nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời và dùng nước mưa thu gom được để tưới cây Khách sạn được nâng cấp và hoàn thành vào tháng 11 năm 2009 với mục tiêu tạo ra khách sạn hoàn toàn “tự cung, tự cấp” năng lượng đầu tiên trên thế giới Trước hết khách sạn này sử dụng một cách triệt để các biện pháp xây dựng passive house (căn nhà thụ động) ý nghĩa của khái niệm passive (thụ động) ở đây là tạo ra những ngôi nhà biết “chịu đựng” và “nhường nhịn” thiên nhiên Tức là ngôi nhà được thiết kế và xây dựng sao cho hòa hợp một cách tốt nhất với khí hậu và môi trường xung quanh, dễ chịu nhất về nhiệt độ mà không đòi hỏi - hoặc đòi hỏi rất ít - năng lượng cho điều hòa không khí Passive house cũng là những tòa nhà sử dụng năng lượng cực ít (ultra-low energy building) Tóm lại do căn nhà tự sưởi hay tự làm mát bản thân nên nó được gọi là “passive”

Khách sạn Stadthalle sẽ sử dụng một hệ thống bơm, hút nước ngầm trong lòng

đất để “làm mát” toàn bộ các căn phòng của mình Các bức tường của nó từ móng cho

đến mái được xây đạt tiêu chuẩn passive house, nên nhu cầu điện năng để sưởi ấm vào mùa Đông rất thấp, chỉ có 9 kWh/m²

Điện năng này không sử dụng điện lưới nguồn của thành phố, mà được tạo ra bởi một hệ thống pin mặt trời có tổng diện tích 77m2 và 4 trạm phát điện chạy bằng sức gió Các thiết bị đó có nhiệm vụ đảm bảo tự cấp nguồn điện năng cho toàn bộ khách sạn

I.2.4 Xây dựng căn hộ thông minh ở một số nước Châu á

Hệ thống lắp đặt tòa nhà thông minh của ABB - ABB i-bus đã giúp một số tòa nhà lớn ở Singapore cắt giảm năng lượng tiêu thụ và giành được những giải thưởng công nghiệp về hiệu suất năng lượng và ít tác động đến môi trường

ABB i-bus là hệ thống lắp đặt tòa nhà được sử dụng phổ biến nhất tại Singapore

Nó có nền tảng lắp đặt lớn nhất, từ văn phòng, nhà máy, khách sạn, nhà nghỉ, trường

đại học, các căn hộ, biệt thự và nhà gỗ một tầng

Những tòa nhà giành giải thưởng bao gồm trụ sở Xilinx ở châu á Thái Bình Dương, nhà cung cấp các giải pháp logic lập trình số hàng đầu thế giới; trụ sở Applied Materials Inc., ở khu vực Đông Nam á - nhà cung cấp thiết bị sản xuất tấm đệm cho ngành công nghiệp bán dẫn lớn nhất thế giới và tòa nhà Thư viện quốc gia Singapore

(H.I.17) Tòa nhà lắp đặt hệ thống thông minh của

ABB i-bus (nguồn Ashui)

(H.I.18) Tòa nhà Thư viện quốc gia Singapore (nguồn Ashui)

Nổi bật nhất trong số những tính năng của ABB i-bus là cảm biến ánh sáng tự

động tắt đèn trong phòng và những khu vực khác sau một giai đoạn kém hoạt động và cảm biến siêu ánh sáng có khả năng làm sáng hay làm mờ độ sáng theo lượng ánh sáng tự nhiên trong tòa nhà

Các giải pháp của ABB được thiết kế với khả năng tự hoạt động và hầu như không cần sự can thiệp của con người Nhân viên bảo dưỡng có thể giám sát, điều khiển và sửa chữa toàn bộ hệ thống từ một vị trí duy nhất Cảm biến và phần mềm sẽ tiên đoán khi nào cần thay thế hàng nghìn bóng đèn của tòa nhà

ABB i-bus dựa trên tiêu chuẩn quốc tế về điều khiển các tòa nhà thông minh sử dụng giao thức KNX Nó kết hợp trong một hệ thống đơn phạm vi ứng dụng hoàn chỉnh bao gồm điều khiển chiếu sáng và lá chắn sáng, nhiệt, thông gió và điều hòa nhiệt độ, an ninh, giám sát và quản lý năng lượng

Tại Trung Quốc, Skidmore, Owings & Merrill đã thiết kế dự án tòa nhà chọc trời không tiêu hao năng lượng đầu tiên ở Trung Quốc, dự kiến hoàn thành vào năm

2009 Mang tên “toà tháp Châu Giang” với 71 tầng, đây sẽ là toà nhà sạch đầu tiên ở Trung Quốc, bởi chỉ sử dụng nguồn năng lượng dựa vào sức gió và ánh nắng mặt trời Thiết kế mới của Skidmore, Owings & Merrill được coi là động thái có tính khích lệ trong bối cảnh Trung Quốc có khoảng 50% ô nhiễm là từ các toà nhà

1.3 Tổng quan về kiến trúc và công nghệ căn hộ thông minh ở việt nam

1.3.1 Tình hình nghiên cứu căn hộ thông minh ở Việt Nam

a Bật tắt tất cả thiết bị điện gia đình từ xa

Hệ thống này bao gồm hai phần chính là bộ nhận nối nguồn

và bàn phím điều khiển Bộ nhận nối nguồn là thiết bị nối trực tiếp thiết bị điện với nguồn điện và có gắn bộ thu phát tín hiệu nhằm nhận lệnh điều khiển từ bàn phím

Mỗi bàn phím điều khiển có thể ra lệnh bật tắt cho tối đa 16 thiết bị điện kết nối với 4 bộ nhận nối nguồn Ngược lại, một bộ nhận nối nguồn có thể nhận lệnh từ tối

đa 10 bàn phím khác nhau Do vậy,

sự điều khiển các thiết bị rất linh hoạt và phong phú

So với các hệ thống nhà thông minh có khả năng thực hiện những công việc phức tạp trong gia đình như tự

động bật bếp gas, đun nước tắm, đóng mở hệ thống cửa sổ qua điện thoại di động, internet, hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa chưa thực sự nổi bật về công nghệ nhưng là một giải pháp tiện nghi nằm trong khả năng chi tiêu của nhiều gia đình Việt Nam

b Dự án hệ thống nhà thông minh EE2001 (Project EE2001 Smart-home system }được tiến hành 3 tháng tại Singapore của nhóm sinh viên trẻ Việt Nam được đánh giá cao

Dưới sự dẫn dắt và chuẩn bị của Phạm Việt Cường và sự phối hợp trong thao tác của nhóm kỹ sư trẻ Thái, Nghĩa, Dũng, đội ngũ lab TAs và examiners lần lượt chứng kiến: Chức năng tự động hóa thông qua việc xử lý tín hiệu từ các bộ cảm biến nhiệt,

ánh sáng, độ ẩm, chuyển động, rồi đến sự ưu việt của chiếc điều khiển từ xa của kỹ sư trưởng tín hiệu điện tử Lê Hoàng Thái và trung tâm giám sát và điều tiết chạy trên PC

có tích hợp tính năng ưu việt: giám sát và điều khiển thông qua tin nhắn điện thoại di

(H.I.19) Hệ thống điều khiển thiết bị điện từ xa

(nguồn Baodatviet.vn)

động SMS - kết quả của những nỗ lực không của kỹ sư phần mềm Lê Quang Dũng, tất cả được thể hiện trên một nền tảng phần cứng vững chắc, hoạt động trơn tru - công trình dày công của đội ngũ kỹ sư cơ điện Ngô Tuấn Nghĩa - Phạm Việt Cường mà trong đó Cường kiêm luôn vai trò kiến trúc sư trưởng

Những tính năng đặc biệt của Nhà thông minh mà nhóm đã thể hiện:

- Cổng tự động, có khóa số (password) bảo vệ Nhập password bằng nút bấm và hiển thị thông tin bằng màn hình LCD nhỏ

- Hệ thống phát hiện người lạ đột nhập bằng tia hồng ngoại

- Hệ thống đèn tự động trong các phòng: nếu thấy có cử động trong phòng thì bật đèn, nếu sau 8s không thấy có cử động nào (người không có trong phòng) thì đèn

tự động tắt (tiết kiệm điện)

- Khi trời tối và chủ nhà đi vắng, đèn tự động bật rồi tắt trong các phòng để tạo cảm giác nhà vẫn đang có người ở

- Hệ thống rèm cửa tự động: nếu trời quá nắng thì kéo rèm lại, nếu trời nắng vừa phải, thì mở rèm ra

- Hệ thống cửa sổ tự động: trời mưa thì lập tức đóng vào

- Hệ thống phơi quần áo tự động: mưa thì đem quần áo vào nhà, còn nếu ban ngày mà trời nắng ráo thì đem quần áo ra phơi

- Hệ thống báo cháy: tự động phát hiện ra cháy khi nhiệt độ trong nhà tăng đến mức nguy hiểm Khi có cháy tự tắt hết đèn và quạt trong nhà (tắt hệ thống điện chính),

và bật hệ thống đèn đặc biệt, nguồn điện riêng, chỉ dùng khi có cháy Khi có cháy, chuông báo động cũng kêu tít tít Hệ thống báo cháy là multizonal alarm, nghĩa là cụ thể đang cháy ở phòng nào đều biết được hết

- Hệ thống điều khiển từ xa: tất cả các thiết bị trong nhà đều được điều khiển từ xa: mở cửa, bật đèn, đóng rèm, phơi quần áo v.v đều điều khiển từ xa được hết

- Hệ thống quản lý và điều khiển ngôi nhà trên máy tính: trạng thái của tất cả các thiết bị trong nhà (cửa đang mở, đèn đang bật, quần áo đang phơi…đều được kiểm soát trên máy tính) Máy tính cũng có thể mở cửa sổ, đóng rèm, bật đèn …như điều khiển từ xa

- Hệ thống báo động bằng SMS: gửi SMS đến chủ nhà khi có cháy, có trộm đột nhập hoặc khi cổng được nhập password sai 3 lần liên tiếp

- Hệ thống lấy quản lý ngôi nhà bằng SMS: gửi SMS về ngôi nhà, ngôi nhà sẽ gửi lại 1 SMS để thông báo tình trạng hiện tại của ngôi nhà (cửa sổ đang mở, đèn phòng 1 đang bật …) Có thể gửi SMS về nhà để điều khiển mọi thiết bị trong nhà Chỉ

1 vài số điện thoại nhất định mới được điều khiển ngôi nhà (chủ nhà có quyền thêm bớt các số điện thoại trong danh sách này) Nếu số điện thoại lạ tìm cách truy cập, ngôi nhà sẽ gửi SMS cảnh báo và lưu lại số điện thoại lạ vừa rồi

(H.I.25) ánh sáng tầng một lúc ban ngày (H.I.26) Khi đêm đến, ánh sáng sẽ chuyển

sang chế độ đêm

(H.I.27) Cửa tầng 1 (H.I.28) Thí nghiệm bộ bấm mã và màn LCD

được nối với cửa

(H.I.29) Dùng máy sấy làm tăng nhiệt độ, bộ

cảm ứng nhiệt hoạt động

(H.I.30) Nhiệt độ tăng, hệ thống chống cháy

được kích hoạt, hệ thống đèn phụ được bật

lên

(H.I.31) Đèn báo cháy trên máy bật cùng hệ

thống chống cháy

(H.I.32) Hệ thống chống cháy cũng có thể

được kích hoạt bằng tay

(H.I.33) Cảm ứng nhiệt, cảm ứng ánh sáng và

quạt gió lắp trên mái

(H.I.345) Hệ thống phơi quần áo tự động

(H.I.35) Nhỏ nước thay trời mưa (H.I.36) Hệ thống phơi quần áo sẽ tự động

trượt vào (H.I.37) Một số hình ảnh thiết bị điện:

Chip: PIC16F877 The PIC graveyard Dây và mạch điện

(H.I.38) Chương trình quản lý ngôi nhà của nhóm trên máy tính

(H.I.39) Đèn cảm ứng bật lên khi có người (là

ngón tay trong thí nghiệm này) trong phòng

(H.I.40) Danh sách thành viên nhóm tác giả:

Lê Hoàng Thái, Lê Quang Dũng, Ngô Tuấn

Nghĩa, Phạm Việt Cường

c Hệ thống tự động hoá nhà ở X10 do các công y Mỹ phát triển và có các công ty nhập khẩu và triển khai ở Việt Nam

Hệ thống không đòi hỏi phải thay đổi cấu trúc đường điện, cũng không cần thời gian thi công quá lâu nên giá thành rất hợp lý Nếu nhà bạn là một căn hộ chung cư có khoàng 3 phòng ngủ và khoảng 12 thiết bị cần điều khiển, tổng chi phí là khoảng

6 triệu đồng Còn nếu nhà bạn là biệt thự, hay nhà ống nhiều tầng với nhiều thiết bị cần điều khiển hơn thì chi phí có thể lên đến 8-12 triệu đồng

I.3.2 Tình hình ứng dụng căn hộ thông minh ở Việt Nam hiện nay

a Công ty TNHH Lê Phước (16 Trần Quang Diệu, quận Sơn Trà, thành phố Đà Nẵng)

Ngày 10/07/2008 công ty đưa ra thị trường sản phẩm mới: "Nhà thông minh"-

ngôi nhà với các thiết bị gia dụng được điều khiển bằng điện thoại di động từ xa, hay kiểm soát tình hình ngôi nhà từ Internet

Theo anh Lê Phước Chín (giám đốc công ty), một căn nhà thông minh nghĩa là toàn bộ hệ thống các thiết bị sử dụng điện như đèn chiếu sáng, thiết bị nghe, nhìn, máy lạnh, bình nóng lạnh, rèm cửa, cửa ra vào, hệ thống kiểm soát an ninh , đều có thể

điều khiển từ xa bằng các thiết bị như remote điện thoại (cố định và di động) máy tính hay PDA thông qua trình duyệt Internet

Anh Chín cho biết, giá chào hàng sản phẩm này sẽ làm nhiều người bất ngờ: chỉ

16 triệu đồng cho gói giải pháp tối thiểu dùng cho an ninh báo động khẩn cấp Gói này gồm 7 thiết bị có khả năng điều khiển tất cả các thiết bị điện kết nối qua điện thoại, báo động chống trộm 32 vùng không dây và 2 vùng có dây, báo động tới 6 số điện thoại khác nhau, ghi âm cảnh báo bằng tiếng Việt, lập trình báo động khẩn cấp, báo

động theo từng khu vực, có thể mở rộng kết nối đến các thiết bị khác để báo cháy, báo xì ga, báo vỡ kính,

Thực tế, các giải pháp công nghệ nhà thông minh đã được nhiều doanh nghiệp cung cấp Bản thân anh Chín đã tiếp cận các giải pháp đó, như mẫu nhà hãng Lagrand (Pháp), hãng Comfort (Singapore), hãng Siemens (Đức) và nhận thấy giá của các giải pháp này lên đến cả trăm triệu chưa kể thiết bị

Mô hình “Nhà thông minh”

của Công ty Lê Phước áp dụng giải

pháp công nghệ X10 (Mỹ) cho phép

điều khiển thuận tiện 9 loại thiết bị

công nghệ, như bộ điều khiển trung

tâm, thiết bị báo động mở cửa hoặc

két sắt, thiết bị nhận diện người lạ

xâm nhập, thiết bị điều khiển điện gia

đình, thiết bị kết nối Internet Với

những trang bị đó, chủ nhà có thể

kiểm soát và điều khiển từ xa mọi

thiết bị điện, điện tử trong gia đình để

tăng cường hiệu quả sinh hoạt và bảo vệ gia đình

Do chủ động lập trình các phần mềm điều khiển đi kèm, nên công ty có thể giảm chi phí bản quyền, cũng như linh hoạt khả năng kết hợp các thiết bị Kết quả cho thấy các thiết bị đều vận hành ăn khớp trong khi chi phí công nghệ giảm rõ rệt Nhất là

(H.I.41) M-House (Thiên An, Huế) – công trình giải ba Giải thưởng kiến trúc Quốc gia

2008, ứng dụng nhiều cơ chế thông minh như bóng đèn cảm ứng, cửa cuốn tự động, hệ thống giàn mái pin mặt trời

việc tận dụng đường dây điện sẵn có trong nhà làm hệ thống dẫn tín hiệu ở nhiều bộ phận thiết bị đã hạ giá thành công nghệ xuống nhiều lần so với giải pháp cơ bản X10

b Các công ty đại diện hoặc là nhà phân phối cho nước ngoài

NTMC là nhà phân phối chính thức tại Việt Nam của các hãng công nghệ hàng

đầu thế giới sau:

- Độc quyền trong tích hợp hệ thống nhà thông minh In-One của hãng Legrand (Pháp)

- Độc quyền trong tích hợp hệ thống nhà thông minh My Home của

hãng Bticino (ý)

- Đại lý chính thức của hãng WattStopper (Mỹ)

Trung tuần tháng 4.2007, Công ty Nam Long đã giới thiệu một công trình kiến trúc khá độc đáo đó là ngôi nhà mẫu thông minh (Smarthome) tại biệt thự Nam Phú, thuộc khu dân cư Nam Long (Tân Thuận Đông, quận 7) Đây là dự án khu dân cư đầu tiên ở TP.HCM ứng dụng công nghệ Smarthome của Pháp, do công ty cổ phần Nhà thông minh, công ty ánh sáng Cara cung cấp thiết bị, thiết kế và tư vấn giám sát Ngoài

ra công ty NTMC đã triển khai rất nhiều nhà thông minh trên toàn quốc

1.4 Kết luận và những vấn đề cần rút ra để nghiên cứu

Trong ngôi nhà thông minh kết hợp nhiều hệ thống cấu thành như đã nêu ở trên, nhưng với giới hạn là một luận văn cao học về kiến trúc nên tác giả trình bày chủ yếu những vấn đề liên quan trực tiếp và gián tiếp đến kiến trúc của ngôi nhà Đó là yếu tố kiến trúc thông minh và yếu tố kỹ thuật thông minh ảnh hưởng đến kiến trúc trên nền tiêu chí kiến trúc đẹp, công năng hợp lý kinh tế nhất và phát triển bền vững với môi trường

Chương II: hệ thống kiến trúc thông minh trong căn hộ và

áp dụng ở việt nam

II.1 Hệ thống che nắng ngoại thất

Hệ thống che nắng tự động - hay còn gọi là mặt đứng động (dynamic facade) là một xu hướng đang ngày càng phổ biến trong kiến trúc thế giới, đặc biệt là trong bối cảnh mặt ngoài của các tòa nhà ngày càng có xu hướng mở nhiều hơn Mặt đứng động giúp công trình luôn duy trì được điều kiện ánh sáng, nhiệt độ tối ưu, tiết kiệm đáng kể chi phí vận hành, đồng thời mang lại dáng vẻ độc đáo cho công trình cùng sự tiện lợi cao cho người sử dụng

II.1.1 Skylight 2 động cơ song song (FTS)

Với những mái kính phẳng và có độ rộng lớn cần che phủ, skylight loại 2 động cơ song song (FTS) là giải pháp tốt nhất 2 động cơ hoạt động phối hợp qua một bộ

điều khiển đặc biệt, luôn giữ vải căng song song với mặt kính 2 chiều đều có động cơ kéo hoạt động đồng thời, giúp đảm bảo tấm rèm luôn được căng đẹp Thích hợp cho những chỗ có diện tích lớn, tấm rèm có trọng lượng rất nặng Giá thành tương đối cao Động cơ và công nghệ điều khiển hoàn toàn của công ty Somfy (Pháp)

(H.II.5) ảnh chụp hệ thống rèm trần FTS

trong thực tế (Nguồn Vsmarthome)

II.1.2 Skylight cuộn lò xo (FSS)

Thích hợp với các mái kính có độ rộng nhỏ, phẳng Che nắng hiệu quả từ trên trần, đồng thời mang lại vẻ đẹp riêng cho công trình Một bên là động cơ cuốn, một bên

là lò xo Tấm rèm luôn được giữ căng ngang với mặt kính nhờ lực đàn hồi của lò xo Tiết kiệm và hiệu quả cho các công trình có trần phẳng, diện tích lớn

(H.II.6 - H.II.7) Sơ đồ cấu tạo rèm trần

cuộn lò xo (FSS) (Nguồn Vsmarthome)

(H.II.8 - H.II.9) ảnh chụp hệ thống rèm

trần FSS trong thực tế (Nguồn

Vsmarthome)

II.1.3 Skylight cuốn dây (FCS)

Các trung tâm thương mại hiện đại và các tòa nhà công cộng kiểu mới thường có phần sân trời (atrium) rất lớn, chiều rộng lên đến vài chục mét và tổng diện tích có thể tới hàng ngàn mét vuông Skylight loại dây kéo (FCS) là giải pháp thích hợp nhất cả về hiệu quả lẫn chi

phí để che nắng cho phần diện tích sân trời Truyền động hoàn toàn bằng hệ thống dây

và con lăn Giá thành hấp dẫn, thi công đơn giản, thích hợp với các mái nghiêng, phẳng, có khẩu độ lớn hoặc ở trên cao

(H.II.10 - H.II.11) Sơ đồ cấu tạo Skylight

cuốn dây (FCS) (Nguồn Vsmarthome)

(H.II.12 - H.II.13) ảnh chụp hệ thống Skylight cuốn dây (FCS) trong thực tế (Nguồn

Vsmarthome) II.1.4 Skylight có ray

Skylight có ray thích hợp với các mặt kính gấp khúc, nghiêng Ray nhôm dẫn hướng được uốn ôm sát mặt kính, đảm bảo độ che phủ tối ưu, ngăn chặn tới 95% nhiệt và ánh sáng lọt qua mặt kính Dùng 1 động cơ cuốn

ở 1 đầu để cuộn dây kéo 2 đầu tấm rèm Tấm rèm được may kiểu xếp ly theo chiều ngang, khi kéo về 1 đầu, tấm rèm sẽ từ từ xếp gọn lại theo

ly Các chỗ gấp được treo lên nhờ 2 sợi dây thép định vị, đảm bảo tấm rèm không bị võng hay rơi xuống Rèm trần kiểu này thích hợp với các nhà thi đấu, sân vận động và những nơi thích hợp về mặt thẩm mỹ với kiểu dáng xếp ly

(H.II.14 ) Cấu tạo Skylight có ray (Nguồn

II.1.5 Hệ thống cửa chớp lật tự động

Hệ thống chớp lật ngoại thất là lựa chọn hàng đầu của các kiến trúc sư thiết kế các cao ốc hiện đại vì giúp tận dụng tối đa gió và ánh sáng thiên nhiên, đồng thời mang lại khả năng khống chế chủ động Dùng các thanh chớp bằng nhôm chịu lực, giúp ngăn hoàn toàn mưa, nắng và gió Động cơ thuỷ lực mạnh mẽ, thích hợp với các cửa sổ và mái vòm lớn

a Loại dùng cho trần kính

(H.II.16 - H.II.17) Bản vẽ minh hoạ hệ

thống cửa chớp điện (Nguồn Vsmarthome)

(H.II.18 - H.II.19 - H.II.20) ảnh chụp hệ

thống Hệ thống cửa chớp lật tự động loại

dùng cho trần kính trong thực tế (Nguồn

Vsmarthome)

Kiến trúc của các thanh chớp lật tự

động mang lại sự hiện đại, khỏe khoắn và

sang trọng cho công trình Mô tơ có thể

được điều khiển từ trung tâm sau khi nhận

được tín hiệu cảm ứng của hướng và cường

độ của ánh sáng, độ ẩm và gió

b Loại dùng cho mặt tiền

(H.II.21) Mặt cắt các tấm chớp lật ngoại

thất (Nguồn Vsmarthome)

(H.II.22) ảnh chụp hệ thống Hệ thống cửa chớp lật tự động loại dùng cho cho mặt tiền trong thực tế (Nguồn Vsmarthome)

(H.II.23 - H.II.24) ảnh chụp hệ thống Hệ

thống cửa chớp lật tự động loại dùng cho

cho mặt tiền trong thực tế (Nguồn

Vsmarthome)

II.1.6 Mái hiên di động

(H.II.25) Sơ đồ cấu tạo mái hiên di động

(Nguồn Vsmarthome)

(H.II.26) ảnh chụp hệ thống mái hiên di

động trong thực tế (Nguồn Vsmarthome)

Mái hiên di động điện đóng mở dễ dàng chỉ bằng 1 lần bấm nút điều khiển từ

xa Thích hợp với các quán café ngoài trời, các resort, khách sạn đồng thời cũng thích hợp với mái hiên của căn hộ với ưu điểm lắp đặt nhanh chóng và màu sắc dể lựa chọn nhưng là kiến trúc có độ bền khoảng vài năm sau đó sẽ dễ xuống cấp và cần được thay mới

II.2 Hệ thống che nắng nội thất

II.2.1 Rèm cuốn điều khiển từ xa

Các vách kính luôn tạo hiệu quả thẩm mỹ rất tốt cho công trình, tuy nhiên sẽ rất khó nếu muốn che nắng lọt qua mà chỉ dùng mành rèm kéo tay Rèm cuốn điện là giải pháp lý tưởng cho những vách kính như thế Rèm dùng cho các mặt kính có chiều cao nhỏ, từ 3m trở xuống, bề ngang của cuộn rèm từ 0,8-6m, có các chất liệu rèm xuyên sáng và không xuyên sáng rất thích hợp với phòng họp, mặt tiền kính của văn phòng thuê trong building Rèm với động cơ giấu kín trong ống cuộn rèm và dùng nhôm loại

đường kính 40mm và 50mm