Giải pháp công nghệ kỹ thuật điện tử cho ngôi nhà thông minh và tiết kiệm năng lượng

Hãy hình dung: Nếu ngôi nhà của bạn được hỗ trợ bởi công nghệ kỹ thuật điện tử thì bạn có thể thức dậy với nước ấm để tắm, cafe sáng cùng một bản nhạc du dương đã được cài đặt sẵn, giúp bạn có một tinh thần sảng khoái để chào đón một ngày mới đầy hứng khởi. Một ngôi nhà tiện dụng trong sinh hoạt, tiết kiệm năng lượng được gọi là nhà thông minh (Smart Home).

Nhà thông minh là gì?

Nhà thông minh (smart home hoặc Intellihome) là kiểu nhà được lắp đặt các thiết bị điện, điện tử có tác dụng tự động hoá hoàn toàn hoặc bán tự động, thay thế con người trong việc thực hiện một hoặc một số thao tác quản lý, điều khiển. Nhà thông minh được hiểu là hệ thống các thiết bị điện tử gia dụng được kết hợp với nhau thành mạng thiết bị và hoạt động theo kịch bản tùy biến nhằm tạo ra môi trường sống tiện nghi, an toàn, tiết kiệm năng lượng.

Các yếu tố để tạo nên một nhà thông minh ở Việt Nam

1. Kinh tế

Trải qua một thời gian dài do chiến tranh và bị cấm vận, nền kinh tế của Việt Nam không có điều kiện để tiếp xúc với các công nghệ kỹ thuật hiện đại. Chỉ sau khi kết thúc cấm vận, và Việt Nam tham gia giao lưu hội nhập với các nền kinh tế lớn trên thế giới, chúng ta đã nhanh chóng hội nhập mạnh mẽ vào các hiệp hội, tổ chức có quy mô quốc tế, toàn cầu, có cơ hội tiếp cận, giao lưu thương mại. Hội nhập nền kinh tế thế giới đồng nghĩa với việc các hàng hóa của Việt Nam có thể phát triển mạnh xuất khẩu ra nước ngoài và ngược lại có thể nhập khẩu hàng hóa từ nước ngoài vào Việt Nam, trong đó có mặt hàng công nghệ, điện tử thiết bị hiện đại, phục vụ sản xuất và nhu cầu của người dân.

2. Mạng viễn thông, và công nghệ tự động hóa.

Ngày nay, xã hội càng hiện đại, khoa học kỹ thuật càng phát triển thì cuộc sống của con người càng đầy đủ tiện nghi và việc ứng dụng tự động hóa càng được rộng rãi. Trong căn nhà thông minh, đồ dùng trong nhà từ phòng ngủ, phòng khách đến toilet đều gắn các bộ điều khiển điện tử có thể kết nối với Internet và 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 khả năng tương tác với nhau. Tuy nhiên, giải pháp quản lý ngôi nhà thông minh hoặc tòa nhà thông minh do các tập đoàn lớn hay các doanh nghiệp nhỏ cung cấp đều phải phụ thuộc khá nhiều vào chất lượng dịch vụ viễn thông, bao gồm mạng điện thoại và mạng Internet tốc độ cao. Nếu không có một dịch vụ viễn thông tốt và ổn định thì rất khó kết nối các thiết bị trong nhà với điện thoại smart phone.

Các thành phần của hệ thống nhà thông minh bao gồm các cảm biến (như cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng hoặc do cử chỉ), các bộ điều khiển hoặc máy chủ và các thiết bị chấp hành khác. Nhờ hệ thống cảm biến, các bộ điều khiển và máy chủ có thể theo dõi trạng thái bên trong ngôi nhà để đưa ra các quyết định điều khiển các thiết bị một cách phù hợp, nhằm đảm bảo môi trường sống tốt nhất cho con người. Đã có nhiều nỗ lực để tiêu chuẩn hóa các dạng phần cứng, phần mềm, điện tử và giao diện giao tiếp cần thiết để xây dựng hệ thống nhà thông minh… Một số sử dụng thêm dây dẫn liên lạc và điều khiển; hoặc truyền dẫn thông tin ngay trên hệ thống dây điện sẵn có trong ngôi nhà; hoặc sử dụng tín hiệu ở tần số vô tuyến điện; hoặc sử dụng kết hợp đồng thời các giải pháp công nghệ nhà thông minh… Các tín hiệu được mã hóa được gửi đi qua hệ thống dây dẫn, mạng không dây đến các bộ chuyển mạch, ổ điện được lập trình sẵn để vận hành các đồ gia dụng và thiết bị điện tử ở trong ngôi nhà. Sự tự động hóa của ngôi nhà đặc biệt có ích cho người lớn tuổi và người tàn tật, những người muốn sống tự lập.

Các lợi ích đem lại từ ngôi nhà thông minh.

1. Sự tiện nghi, tiết kiệm thời gian

Bạn thử tưởng tượng lại các công việc hằng ngày phải làm với các thiết bị trong ngôi nhà mình, nào là đóng rèm mở rèm, bật tắt bình nước nóng, bật tắt đèn, điều chỉnh nhiệt độ điều hòa … và vô số những công việc khác. Tất cả khiến bạn luôn cảm thấy mệt mỏi và đôi khi không kiểm soát được chúng.

Ngôi nhà thông minh sẽ giúp bạn xử lý tất cả những việc này một cách nhanh chóng thông qua các thiết bị điện tử, mạng internet và điện thoại, tiết kiệm thời gian và năng lượng.

2. Tiết kiệm tiền bạc và năng lượng

Hiện nay, điện là nguồn năng lượng không thể thiếu cho mọi gia đình. Các thiết bị sử dụng như tivi, tủ lạnh, điều hòa, máy giặt, hệ thống chiếu sáng,… đều nhờ vào nguồn điện năng. Chính vì vậy mà thiết bị tiết kiệm điện luôn song hành với nhà thông minh và có những ưu điểm vượt trội. Hệ thống thiết bị tiết kiệm điện thông minh sẽ được lắp đặt với một hệ thống mạng không dây, giúp bạn có thể kiểm soát, điều khiển những vật dụng sử dụng điện năng trong gia đình. Ngoài ra, các thiết bị điện còn có thể tự động bật/tắt nhờ hệ thống cảm ứng hồng ngoại, cảm ứng chuyển động, lịch hẹn giờ,… Các thiết bị điện thông minh còn được kết nối với các thiết bị điện tử khác trong gia đình như laptop, điện thoại, tivi,…

Các hệ thống chính được dùng lắp đặt trong nhà thông minh

1. Hệ thống chiếu sáng thông minh

Hệ thống chiếu sáng thông minh được các khách hàng lựa chọn, bởi nó đáp ứng được các tiêu chuẩn sau:

• Tự động hóa hoàn toàn: Với hệ thống này, chúng ta không cần đến các công tắc, hay các thiết bị khác. Các sợi dây điện, ổ cắm sẽ không còn xuất hiện trên tường. Bởi chúng đã được thiết kế âm tường, và tự động tắt/mở khi có người.

• Thiết kế sang trọng, tinh tế: Các thiết kế đèn sẽ được thiết kế sao cho phù hợp với kết cấu, thẩm mỹ của ngôi nhà. Với nhiều loại bóng đèn chất lượng cao, nhà của bạn sẽ rất khác biệt từ trong ra ngoài. Hệ thống chiếu sáng thông minh đem đến đẳng cấp mới, sự sang trọng cho ngôi nhà.

• An toàn và tiện lợi

Hệ thống chiếu sáng thông minh được nghiên cứu và lắp đặt thành một hệ thống, nên chúng sẽ đảm bảo được an toàn, không gây ra cháy nổ. Việc sử dụng thì rất đơn giản, không làm xấu tường, kết hợp với cấu trúc căn nhà tạo nên một vẻ đẹp hoàn mỹ, sang trọng. Bạn có thể dễ dàng điều khiển bật và tắt đèn trong hệ thống dù không ở trong nhà, chỉ việc sử dụng remote hoặc thiết bị kết nối như điện thoại, máy tính, máy tính bảng để điều khiển từ xa. Và mọi thứ thì hoàn toàn dễ dàng để sử dụng và điều khiển.

2. Hệ thống rèm và cửa tự động thông minh

Sự tiện nghi hữu ích của hệ thống rèm điện đã khiến nó có mặt trong hầu hết thiết kế điện của mọi ngôi nhà. Với duy nhất một chiếc điều khiển từ xa hoặc từ iPhone, iPad bạn có thể đóng mở từng rèm hoặc toàn bộ mọi rèm trong căn phòng. Việc lập trình tự động hệ thống rèm sẽ tạo ra những bối cảnh thú vị, chẳng hạn bối cảnh Báo Thức: Đúng 7h sáng rèm cửa tự động kéo ra đón ánh nắng đầu tiên của ngày, nhạc nhẹ nhàng du dương bật lên đánh thức bạn dậy. Sự kết hợp giữa trạm thời tiết với hệ thống rèm của thông minh cũng tạo nên tính năng tự động hữu ích như: Nắng chiếu hướng nào, rèm đóng hướng đó. Mùa đông rèm được kéo lên để đón nắng ấm và ánh sáng. Mùa hè rèm đóng che hướng nắng, tránh nóng cho ngôi nhà và tiết kiệm điện cho hệ thống điều hòa. Ngoài rèm điện, chúng ta có thể can thiệp điều khiển nhiều thiết bị gắn động cơ tương tự như: Màn chiếu, thang nâng hạ máy chiếu, Mái hiên trượt, Cửa sổ, Cửa cuốn, Cửa tự động… Các thiết bị này có thể hoạt động theo lệnh của chủ nhà hoặc làm việc tự động theo trạm thời tiết.

3. Hệ thống Âm thanh và hình ảnh đa vùng

Giải pháp hệ thống âm thanh trong nhà thông minh giúp bạn có thể tiết kiệm rất nhiều thời gian giải trí, quản lý và bảo trì hệ thống âm thanh. Với cùng một nguồn nhạc bạn có thể thưởng thức âm nhạc độc lập tại nhiều khu vực riêng biệt. Với khả năng thiết kế linh hoạt, hệ thống cho phép bạn thưởng thức ca khúc yêu thích từ mọi vị trí trong nhà. Ngoài việc hoạt động độc lập, hệ thống âm thanh đa vùng còn được tích hợp với hệ thống điều khiển thông minh để hoạt động theo lịch trình hoặc bối cảnh đặt trước.

4. Hệ thống an ninh tích hợp

Hệ thống an ninh được nhà sản xuất thiết kê thành nhiều vòng bảo mật. An ninh vòng ngoài: Các khu vực cổng, tường rào được lắp đặt thiết bị cảnh báo chuyên dụng, khi phát hiện đột nhập trái phép, lập tức đèn sân vườn bật sáng, đèn chớp nháy liên hội để đánh động đối tượng và phát âm thanh cảnh báo mức 1 tại hệ thống âm thanh trong nhà, đồng thời gửi cảnh báo tin nhắn cho chủ nhà. An ninh vòng trong: Khi đối tượng tiếp tục đột nhập vào vòng trong như cửa, cửa sổ, ban công… lập tức còi hú kích hoạt, báo động cho mọi người xung quanh, đèn toàn nhà bật sáng, hệ thống gửi tin nhắn báo động cho chủ nhà.

Cảnh báo cháy, khí gas: Cảm biến được lắp đặt tại garage, phòng bếp… khi xảy ra cháy, chuông báo cháy kêu liên tục trong 5 phút, hệ thống nhắn tin cho chủ nhà, sau 5 phút không có người ngắt báo cháy thì hệ thống tự động ngắt điện toàn nhà nhằm tránh chập cháy lan truyền. Hệ thống camera quan sát được lắp đặt tại toàn bộ các khu vực trọng điểm như: tường rào, cổng, tiền sảnh…

Sử dụng công nghệ camera giám sát độ phân giải cao, full HD cho chất lượng hình ảnh rõ nét cao nhất. Ứng dụng giải pháp truyền dẫn và phân phối tín hiệu HD, đảm bảo hình ảnh từ camera HD được đưa tới toàn bộ Tivi trong nhà với chất lượng không đổi.

• Thiết kế - tích hợp chuyên nghiệp.

• Hệ thống đảm bảo hoạt động 24/24 kể cả khi mất điện.

• Kích hoạt an ninh bằng điều khiển từ xa hoặc bằng tin nhắn SMS.

• Cảnh báo chi tiết bằng tin nhắn SMS.

• Giám sát nhà từ xa qua mạng interne

5. Hệ thống điều khiển thông minh.

Hệ thống điều khiển của ngôi nhà được chia thành 3 hình thức: Điều khiển hoàn toàn tự động, điều khiển bán tự động và điều khiển theo mệnh lệnh. Module điều khiển tự động được lập trình tuần tự theo thời gian thực ra lệnh bật đèn cổng và tường rào lúc 19h và tắt lúc 24h, bật bơm tưới cây trong 15 phút, mở rèm và mở nhạc báo thức buổi sáng, tự động điều khiển rèm cửa sổ theo thời tiết …

6. Hệ thống điều hòa, thông gió tự động thông minh

Bất cứ chủng loại điều hoà nào của bất cứ hãng nào cũng có thể kết nối trong Giải pháp Nhà thông minh để mang lại rất nhiều lợi ích. Chỉ với một phím bấm, nhiệt độ phòng cũng như ánh sáng, rèm cửa sẽ tự động được điều chỉnh về chế độ thích hợp cho từng mục đích sử dụng. Điều hoà sẽ không bật nếu cửa sổ phòng đang mở…Tất cả đều theo những gì bạn muốn nhằm mang lại lợi ích tối đa cả về năng lượng cũng như tuổi thọ thiết bị.

Cách thức hoạt động của các hệ thống thông minh trong ngôi nhà thông minh

Các hệ thống nhà thông minh bao gồm:

Một máy tính điều khiển trung tâm, được gọi là máy chủ (Home Server), có nhiệm vụ kết nối các thiết bị với nhau và điều khiển toàn bộ hệ thống nhà. Các thiết bị gia dụng đầu cuối là những vật dụng điện tử trong nhà như các thiết bị an ninh, hệ thống cửa, điều hòa, rèm mành, hệ thống đèn, quạt thông gió, ti vi, bếp gas…Các thiết bị này được kết nối với nhau trong hệ thống mạng thiết bị bằng công nghệ truyền dữ liệu, qua đường điện (Power line communication – PLC) hoặc không dây (Zigbee) và được kết nối trực tiếp đến Home Server. Cuối cùng là hệ thống các phần mềm điều khiển ngôi nhà cài đặt trên Home Server, trên các thiết bị điều khiển và các thiết bị điện tử gia dụng đầu cuối. Chủ nhân của Hệ thống nhà thông minh có thể kiểm soát, điều khiển ngôi nhà cũng như các thiết bị trong nhà bằng nhiều phương tiện như: điện thoại di động, tablet, laptop… ở bất kì đâu và bất kỳ lúc nào.

Kết luận

Biệt thự, căn hộ cao cấp hay nhà liền kề đều có thể trở thành ngôi nhà thông minh với những thiết bị tích hợp và phần mềm giúp tối ưu hóa, hiện đại hóa những tiện nghi trong ngôi nhà của bạn bởi các kỹ sư giàu kinh nghiệm, am hiểu công nghệ về thiết kế nhà thông minh của chính Việt Nam lắp đặt. Hiện nay, ở Việt Nam mặc dù đi sau khá lâu so với các tập đoàn có truyền thống phát triển về công nghệ nhà thông minh như Đức, Pháp, Nhật Bản, Hàn Quốc, đã có khá nhiều các doanh nghiệp hay các tập đoàn đã tham gia vào lĩnh vực thị trường nhà thông minh như SMARTHOME BKAV, DIGIHOME,.. và phần nào đã chiếm được lòng tin của người tiêu dùng trong nước. Bên cạnh đó là giá thành nhân công rẻ hơn nhưng chất lượng về mẫu mã hình thức cũng không hề thua kém đã là một điều kiện hết sức thuận lợi để cạnh tranh với các công ty nước ngoài.

Nhà thông minh đã được ứng dụng rất nhiều trên thế giới và trong những năm gần đây đã xuất hiện nhiều ở Việt Nam. Mặc dù vậy việc tạo ra một căn nhà thông minh "đầy đủ" tiện nghi với các công nghệ sẵn có, nhưng mới chỉ phù hợp với những người am tường công nghệ (đủ để làm chủ nó) và có một ngân sách "khá thoải mái" cho việc trang bị tiện nghi "thông minh". Trên thực tế, số lượng người sử dụng các dịch vụ và hệ thống của nhà thông minh vẫn còn hạn chế nhưng cũng hứa hẹn là một thị trường đầy tiềm năng.

ThS.KTS Nguyễn Quang Anh

Tạp chí Kiến trúc số 11/2015