Systémy pro chytrou domácnost vyjdou na pár stovek i pár tisíc. Energii uspoří stejně

Základním prvkem „šetrné chytré domácnosti“ jsou chytré zásuvky, které se přes Wi-Fi, Bluetooth nebo ZigBee připojují k centrální bráně. Možnosti automatizace řízení spotřeby jsou ale v základním továrním nastavení poměrně omezené a je zpravidla nutné využít služeb některé z aplikací tzv. domácích asistentů. 

V tomto článku si představíme nejrozšířenější systémy chytré domácnosti a podíváme se i na nekomerční opensource řešení. Ne všechna zařízení jsou konstruována tak, aby zvládla časté rázy způsobené připojováním a odpojováním od elektřiny. I na tento problém se v textu zaměříme.

Mezi dnes nejrozšířenější komerční systémy chytré domácnosti patří Hue od Philips, TRÅDFRI od IKEA, Mi od Xiaomi a za zmínku stojí také Smart od české Tesly. Řada dalších výrobců pak nabízí jednotlivé prvky chytré domácnosti bez centrálního propojovacího prvku (brány). Pro snadnější ovládání na dálku a také automatizaci chytré domácnosti je pak nutné chytrou domácnost propojit s některým z domácích asistentů, jako je Apple HomeKit, Google Assistant, Amazon Alexa, Microsoft Cortana nebo opensource systémy Home Assistant a OpenHAB.

Philips Hue

Nizozemský Philips nabízí v rámci řady Hue zejména širokou škálu osvětlení od RGB žárovek, svítidel nebo LED pásků až po chytré stolní lampy. Vedle toho má v nabídce i zásuvky nebo třeba pohybové senzory. K propojení chytré domácnosti je zapotřebí Hue Bridge, který prostřednictvím protokolu ZigBee propojí až 50 žárovek a 12 dalších prvků. Systém je kompatibilní s Amazon Alexa, Google Assistant nebo Apple HomeKit. Firma klade velký důraz na zábavní a „atmosférickou“ funkci celého systému, proto umožňuje propojení i se službou Spotify nebo volbu barvy osvětlení podle nálady.

Značka patří nepochybně mezi ty dražší, tudíž chytrá domácnost od Philipsu se neobejde bez vyšší investice. Bridge stojí 1600–1700 Kč, chytré zásuvky 800–900 Kč, přes tisíc korun pak zaplatíte za sety žárovek nebo LED osvětlení. Vyšší náklady obnášejí pochopitelně i delší návratnost v případě energetických úspor. Od zakoupených zařízení se ale dá na druhou stranu očekávat delší životnost.

„Vždy je dobré mít věci od jedné značky. Jedním tlačítkem zkrátka můžete ovládat celou domácnost a systém si lehce poradí s novými prvky. Kromě vyšší očekávané životnosti z důvodu při výrobě použitých kvalitnějších komponentů mají většinou i hezčí a přívětivější ovládací aplikaci. U dražších systémů bývá součástí i měření spotřeby. Ale z mého pohledu tyto dražší systémy, jako například Philips Hue, nepřinášejí nějakou obzvláště vyšší přidanou hodnotu. Všechna zařízení plní stejný balík základních funkcí, procházejí certifikací a z pohledu bezpečnosti se není čeho obávat,“ komentuje toto řešení Vladimír Janíček z Fakulty elektrotechnické Českého vysokého učení technického (ČVUT).

IKEA Home Smart/TRÅDFRI

Řešení TRÅDFRI od švédského výrobce IKEA pracuje také na protokolu ZigBee, ale oproti Hue nevyžaduje stálé připojení k internetu, zařízení lze ovládat i na lokální síti. Toto řešení navíc umožňuje využití určitých komponent ze systému Hue, takže celkově stejná konfigurace vyjde levněji, a tím pádem nabízí zajímavější návratnost v případě energetických úspor.

Brána TRÅDFRI stojí 799 Kč, bezdrátová dálkově ovladatelná zásuvka pak 249 Kč. V rámci systému pak řetězec nabízí i čističky vzduchu, chytrá svítidla a lampy, reproduktory nebo elektrické stahovací rolety. Systém lze ovládat lokálně přes aplikaci IKEA Home Smart a samozřejmě i prostřednictvím Amazon Alexa, Apple HomeKit, Google Assistant. Chytré reproduktory využívají standardní aplikaci Sonos.

Xiaomi Mi

Pozadu v rámci chytrých domácností nezůstávají ani asijští výrobci. Příkladem může být systém Mi a Aqara od Xiaomi. Cenově se pohybuje ve stejných relacích jako IKEA. Brána Mi Smart Home Hub stojí 799 Kč a umožňuje připojení až stovky ZigBee senzorů. Kombinovaná brána Aqara umožňuje připojení nejen přes standardní ZigBee, ale i přes Bluetooth a Wi-Fi. Nechybí ani aplikace Mi Home a integrace do Apple HomeKit nebo Google Assistant. 

Chytrá zásuvka Smart Plug stojí kolem 380 Kč. Xiaomi ale vedle zásuvek a osvětlení nabízí širokou paletu dalších produktů chytré domácnosti od kuchyňských spotřebičů a chytrých vysavačů přes zvlhčovače a čističky vzduchu, topení po senzory světla, pohybu, zavření oken či dveří nebo teploty a vlhkosti. Komplexnost systému Mi tak dalece přesahuje jen zařízení pro úsporu elektrické energie, ale řeší i např. ovládání žaluzií v závislosti na míře osvětlení.

Podle Janíčka ale může některým zákazníkům vadit potenciálně nižší zabezpečení a ochrana soukromí, protože ačkoliv má Xiaomi servery i v Evropě, pokud chce uživatel využít systém naplno, musí využít ty asijské. 

„U Xiaomi musíte počítat s tím, že si nejste jisti, kam vaše data vlastně odcházejí a kdo je využívá. Vzhledem k zemi původu nemám iluze o tom, že nějaká jejich část neskončí v Číně. Máte sice na výběr evropský server, ovšem tento dle ovládací aplikace podporuje jen velmi omezené množství periferií, pár typů senzorů a zásuvek. Pokud chcete využít všechny komponenty včetně například chytrých pomocníků v kuchyni jako rýžovar nebo chytrý vysavač, musíte se připojit na server v Mainland China, který funguje bez omezení. Na druhou stranu možná je zbytečně paranoidní si myslet, že někdo v Číně čeká na to, až vypnete večer žárovku v ložnici. Ovšem potenciální riziko nějakého zneužití zde stále je.“

Tesla Smart

Tradiční český výrobce Tesla se v rámci systémů chytré domácnosti a úspor od výše jmenovaných výrobců v zásadě neliší. Brána Smart ZigBee Hub stojí 799 Kč a lze na ní přes ZigBee protokol připojit řadu zařízení od chytrých zásuvek a vypínačů přes elektronické hlavice na topení až po chytré osobní váhy, čističky vzduchu nebo fontánky a chytré záchody pro psy a kočky. Zásuvka Tesla Smart Plug stojí 400–500 Kč, duální provedení pak 600–700 Kč. V rámci integrace je pak samozřejmostí Amazon Alexa, Apple HomeKit nebo Google Assistant.

Automatizace značky opensource

Ačkoliv uvedené systémy disponují vlastními aplikacemi, které umožňují například automatizovat zapínání a vypínání zásuvek či světel v určený čas, pro pokročilejší automatizaci je nutné brány propojit s některým z tzv. systémů chytré domácnosti. Ty jsou navíc potřeba i v situaci, kdy chcete zautomatizovat provoz „no name“ chytrých zásuvek například z obchodních řetězců. Ty dnes nabízejí velmi levné produkty s funkcemi na úrovni dražších značek, ale zpravidla jim chybí centrální brána a fungují jen napřímo s ovládacím tlačítkem.

„Například Lidl teď za pár korun nabízí chytré zásuvky nebo žárovky, ale problém je, že nevíte, jak dlouho bude firma pro tato zařízení udržovat podporu. Může se stát, že koupíte chytré zásuvky a za rok firma ukončí tvorbu nového firmwaru. Zásuvka bude sice spínat pořád, ale po stránce zabezpečení už bude morálně zastaralá a náchylná na potenciální zneužití, třeba kvůli absenci aktuální verze ZigBee,“ upozorňuje Janíček.

Vedle zmíněných řešení z dílen „big tech“ firem mohou uživatelé sáhnout i po nekomerčních opensource řešeních. Z pohledu uživatelů jsou nejznámějšími Home Assistant a OpenHAB. 

Oba systémy mají kolem sebe rozsáhlou komunitu, která přichází s novými pluginy a aktualizacemi. Opensource asistenti umožňují automatizaci provozu domácnosti podle aktuálního počasí (teplota, vlhkost vzduchu, rychlost větru, intenzita světla) i podle individuálních potřeb uživatele. Populární je třeba nastavení pravidel pro vypínání jednotlivých prvků na základě toho, zda jsou uživatelé doma, což systém odhaduje na základě údajů o zařízeních (např. telefon, tablet) připojených do lokální sítě. Na to lze navázat i automatizací úklidu pomocí chytrých vysavačů. 

Systémy také zvládají integraci se stále populárnějšími domácími fotovoltaickými elektrárnami, bateriovými systémy nebo tepelnými čerpadly. „Home Assistant v tomto umí propojit zdánlivě nekompatibilní systémy různých výrobců a nahradit i automatizační proprietární řešení, která jinak stojí desítky tisíc,“ říká Janíček.

Nevýhodou opensource systémů je, pro běžné uživatele, nutnost porozumět tomu, jak asistenty nastavit, a věnovat určitý čas ručnímu přidání a nastavení všech prvků. „Výhodou ale je, že na opensource řešení si můžu připojit v podstatě jakékoliv zařízení, které zvolený systém podporuje, a kombinovat navzájem komponenty různých značek. Třeba Home Assistant je platforma, na kterou přispívají tisíce lidí. Z pohledu požadovaného výkonu je nenáročný, rozběhnete jej třeba i na dnes velmi oblíbených Raspberry Pi deskách. Po instalaci si přes webové rozhraní nakonfigurujete, jaká zařízení chcete přidat. Software dokonce sám tato zařízení po prozkoumání domácí sítě rozpozná a nabídne jejich připojení, jako například IKEA bránu, Xiaomi nebo prvky Philips Hue. Vybrané prvky přidáte a můžete začít konfigurovat chytrou domácnost. A voleb je tam nepočítaně,“ dodává.

Home Assistant zároveň podporuje širokou paletu produktů od velkých značek po low-cost výrobce, které běžné systémy zpravidla nepodporují. Systém navíc ve webovém rozhraní nabízí ucelený přehled toho, jak celá domácnost funguje nebo jaká je aktuální či celková spotřeba elektřiny a služeb.

Druhý zmíněný opensource systém OpenHAB nabízí velmi podobné funkce, ale paleta podporovaných zařízení je podle Janíčka z důvodu menší komunity kolem celého projektu podstatně menší. Vždycky byl „až ten druhý, který se sem tam vyrojil s novou verzí. Home Assistant se i z pohledu podpory od výrobců všech možných ‚chytrých‘ zařízení stal nekorunovaným standardem a sami výrobci vytvářejí pluginy pro svá zařízení a jejich podpora přes Home Assistant podstatně rozšiřuje portfolio jejich zákazníků. Počet instalací tohoto systému vzrostl jen od počátku roku o více než 20000.“

Přežije elektronika tvrdé vypínání? 

Vypínání nepoužívaných spotřebičů má ale vedle energetických úspor také stinnou stránku. Proudové rázy, které elektronika zažívá při každém připojení k síti, představují pro obvody v zařízeních jistou zátěž. A může se stát, že ačkoliv díky chytré domácnosti ušetříme na fakturách za elektřinu, některá zařízení tento režim neustále zapínání a vypínání nepřežijí.

„Ve většině dnešní spotřební elektroniky je takzvaný spínaný zdroj, ve kterém je na vstupu kondenzátor. Pokud je zařízení vypnuté, kondenzátor je vybitý a po jeho zapnutí se nabíjí. Nabití pro něj ale znamená velký proudový a napěťový náraz. Je to jako kdybyste lil vodu do nádoby. Když je prázdná, tak pokud je na dně něco křehkého, proud vody to může rozbít. Kdežto pokud je nádoba plná, tak tlak na dně už není tak velký. A může se stát, že prvotní proudový náraz nepřežijí ostatní součástky umístěné před kondenzátorem, kterými proud protéká,“ vysvětluje Janíček.

Dobrým příkladem jsou například zářivky, které se během provozu takřka neopotřebovávají, ale zapínání a vypínání (zejména časté) je pro ně v podstatě smrtelné. Z pohledu životnosti je tak vhodné nechat zářivku raději stále svítit. Podobně citlivé jsou i počítačové zdroje, přičemž platí, že čím je zdroj výkonnější, má na vstupu umístěn větší kondenzátor, tím větší je pravděpodobnost, že prvotní proudový ráz způsobí poškození některé součástky.

„K podobným rázům dochází, i když máte do jedné zásuvky připojenou televizi, multimediální přehrávač nebo set-top box. Tato zařízení v podstatě nemají tlačítko pro tvrdé vypnutí, po zapojení zásuvky do sítě naběhnou do standby režimu, ve kterém stále spotřebovávají energii. I zde dochází ke vzniku proudového rázu. U levných chytrých zásuvek se tak může stát, že když na ně napojíte hodně energeticky náročných zařízení, které najednou zapnete, tak se v zásuvce poškodí spínací relé, součástka podobná mechanickému spínači. Jedná se principiálně v podstatě o dva kovové kontakty, které se v inertní atmosféře spojují a rozpojují a tím umožňují ovládat průchod proudu. A může se stát, že pokud je elektrický ráz příliš velký, tak se jazýčky k sobě přivaří a zásuvka už nejde vypnout. U malé elektroniky k tomu většinou nedochází, ale pokud máte na chytrou zásuvku připojená třeba řadu přímotopů, která mají odběr v řádu desítek kilowattů, tak zásuvka musí být už opravdu kvalitní, aby součástky takové průchody proudu vydržely. Čím větší je požadovaný spínaný příkon, tím větší je důraz na kvalitu,“ říká Janíček.

U některých zařízení výrobce uvádí místo doby života jen určitý počet zapnutí a vypnutí a na celkové délce provozu zase až tolik nezáleží. Plynulý provoz nezatěžuje obvody tolik jako zmiňované proudové rázy. Odhadnout, jestli je pro náš spotřebič vhodnější či ekonomičtější neustálý provoz, nebo naopak důsledné vypínání, ale podle Janíčka není vůbec jednoduché.

„Obecně se nedá říct, kolik cyklů které zařízení vydrží. Asi obecně platí, že dražší zařízení vydrží déle než ta levnější. Na druhou stranu, i levná elektronika musí projít certifikací. V domácím použití tak jde zpravidla o kompromis. Buď chcete šetřit a věřit, že televize je navržená dobře a několik let tento režim vydrží, anebo budete paranoidní a televizi budete natvrdo vypínat jen přes víkend. Na druhou stranu je možno předpokládat, že když zdroj v zařízení běží nonstop, také začne časem degradovat. Takže se nedá říci, že televize ve standby režimu sice více spotřebuje, ale vydrží desetkrát déle než ta, kterou budete pravidelně vypínat. To vám nikdo neřekne, neexistuje na to žádné měření. Na druhou stranu, televize a podobná zařízení jsou v domácnosti stejně jen po určitou dobu, třeba deset let, protože pak stejně většinou morálně zastarají. Takže pokud nekoupíte úplný low-cost v supermarketu, tak by zařízení mělo tento provoz vydržet.“

Výrobci navíc podle Janíčka počítají s tím, že uživatelé budou určitá zařízení vždy vypínat. Například nabíječky jsou konstruovány s ohledem na to, že uživatel je bude pravidelně přenášet mezi různými zásuvkami a proudové rázy u nich budou velmi časté. U televizí zase inženýři počítají s tím, že v domácnosti je nějaký centrální vypínač, který zařízení čas od času vypne.

„U moderních televizí můžete po zapnutí slyšet zacvakání. To vydává malé relé, která odepíná hlavní napájecí zdroj od sítě. V provozu ve standby režimu je jen malý podružný zdroj, který čeká na pokyn od dálkového ovladače na to, aby mohl zapnout velký zdroj. Tím pádem jsou nárazy menší a zařízení je lépe chráněno. Z tohoto důvodu je vždy dobré nejprve televizi vypnout do standby režimu dálkovým ovladačem a teprve pak ji odpojit od sítě. Elektrický ráz je v takovém případě menší, protože po zapnutí nejprve naběhne menší zdroj pro standby a až pak teprve velký pro bootování celého systému. Trochu složitější je to u monitorů. U nich se s cenou a spotřebou počítá ještě více než u televizí. První součástky, která většinou vypoví službu, jsou opět kondenzátory. Jsou citlivé na teplo a dlouhodobý provoz ve vyšší teplotě vede k jejich nevratnému poškození. Kondenzátory stojí za drtivou většinou poruch monitorů,“ vysvětluje Janíček.

Pokud tedy chcete provozovat domácnost v inteligentním režimu, který zohledňuje možné úspory energií, nezbývá než se zaměřit na dražší výrobky od renomovaných výrobců.

Nevýhodou chytré domácnosti je také fakt, že pokud se přeruší připojení k internetu, prvky zpravidla nelze ovládat. A to ani manuálně. „Když dojde k přerušení dodávky energie a jejímu následnému obnovení, tak trvá několik minut, než naběhnou všechny síťové prvky jako modem, router, pak se musí připojit brána k asistentovi a do té doby si prostě světlo nerozsvítíte. Takže pokud vypadne internet a vy máte takto inteligentní domácnost, která není řízená lokálně, tak si neškrtnete. Některé systémy se zvládnou obejít bez internetu a stačí se k nim připojit lokálně, umí to třeba IKEA. Ale Hue od Philipsu potřebuje venkovní cloud a bez něj se nepřipojíte,“ doplňuje Janíček.

PŘIPRAVUJEME: V posledním díle našeho seriálu si ukážeme, jak prakticky vytvořit domácí síť na míru v opensource systému Home Assistant.