نگاهی به خانه‌های آینده و سیستم مدیریت هوشمند ساختمان

سیـــستــم مدیـــریت هـــوشمند ساختــمان (Building Management System (BMS،به مجموعه سخت‌افزارها و نرم‌افزارهایی اطلاق می‌شود که به منظور مانیتورینگ و کنترل یکپارچه قسمت‌های مهم و حیاتی در ساختمان نصب می‌شوند.

وظیفه این مجموعه، پایش مداوم بخش‌های مختلف ساختمان و اعمال فرمان به آنها به نحوی است که عملکرد اجزای مختلف ساختمان متعادل با یکدیگر و در شرایط بهینه و با هدف کاهش مصارف ناخواسته و تخصیص منابع انرژی فقط به فضاهای در حین بهره‌برداری باشد.

در این روش تابلوهای برق روشنایی عمومی، دیزل ژنراتور، سیستم اعلام و اطفای حریق، سیستم حفاظتی، آسانسورها، سیستم کنترل تردد و نیز اجزای موتورخانه مرکزی شامل چیلرها، بویلرها، پمپ‌های سیرکولاسیون، برج‌های خنک کن، هواسازها و اگزوزفن‌ها به نوعی به طور یکپارچه و به طور منسجم توسط یک یا چند رایانه هماهنگ و کنترل می‌شوند.

اجزای سیستم مدیریت هوشمند ساختمان

به طور کلی همانند دیگر سیستم‌های کنترلی، BMS نیز از سه بخش تشکیل می‌شود:

۱ -حسگرها (sensors): حسگرها سنجش پارامترهای محیطی و ارسال این اطلاعات به سیستم را عهده دار هستند. این اطلاعات می‌تواند دمای محیط بیرون و درون، دمای سیال گرم‌کننده یا خنک‌کننده، میزان روشنایی محیط، میزان رطوبت، مقدار گازها در هوا، حضور یا عدم حضور افراد در محل و دیگر اطلاعاتی که برای راهبری بهینه سیستم حیاتی است، باشد.

۲ -کنترلر‌ها(controllers): کنترل‌ها اجزایی از سیستم هستند که اطلاعات دریافتی از حسگرها را دریافت و بر اساس نرم‌افزار درونی خود یا نرم‌افزار شبکه پردازش و بر حسب نیاز فرامینی را به عملگرها ارسال می‌کنند.

۳ -عملگرها(actuators): عملگرها نیز اجزایی از سیستم هستند که فرامین ارسالی از کنترلر‌ها را دریافت و بر اساس آن واکنش نشان می‌دهند. این عملگرها می‌توانند شیرهای برقی سیالات، دریچه‌های قابل تنظیم عبور هوا، رله‌های قطع و وصل جریان الکتریکی و.... باشند. سه بخش یاد شده توسط یک مکانیزم ارتباطی با هم مرتبط می‌شوند که خود از دو قسمت مهم تشکیل شده است:

۱ - رسانه (مدیای) ارتباطی مانند سیم، فیبر نوری، امواج رادیویی

۲ - پروتکل ارتباطی یا زبان محاوره اجزا مانند BacNet , LonWorks

در حقیقت حسگرها، کنترلرها و عملگرها از طریق مدیای ارتباطی، براساس زبان محاوره‌ای یا پروتکل ارتباطی با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند.

معرفی پروتکل باز در هوشمند‌سازی بنا

سازندگان متعددی در دنیا در زمینه تولید سخت‌افزار و نرم‌افزار‌های BMS فعال هستند.

برخی از این سازندگان پروتکل‌های خاص خود را معرفی و بر آن اساس محصولات خود را ساخته و روانه بازار می‌کنند.

شرکت‌ها و متخصصانی که اقدام به طراحی پروژه‌های هوشمند سازی براساس این‌گونه محصولات می‌کنند، ملزم به استفاده از سخت‌افزار و نرم‌افزارهای عرضه شده شرکت‌های یاد شده خواهند بود. از این رو مشاوران و مدیران پروژه‌های هوشمند سازی می‌بایست در انتخاب سازندگان به نحوی که در دراز مدت مجبور به رعایت انحصار استفاده از محصولات شرکتی خاص نباشند، دقت کافی به خرج دهند.

به منظور شکستن این قفل انحصار و تامین آزادی عمل برای مدیران پروژه‌های هوشمندسازی، رویکرد متفاوتی توسط عده‌ای دیگر از سازندگان که بخش بزرگتری از بازار را نیز به خود اختصاص داده‌اند، اتخاذ شده است که به سیستم‌های با پروتکل باز

(open protocol systems) مشهور هستند.

این سازندگان محصولات سخت‌افزاری ونرم‌افزاری خود را بر اساس پروتکل‌های باز رایج هوشمند سازی عرضه می‌کنند. از این رو خریدار ملزم به خرید مادام‌العمر از شرکت اولیه برای تعمیرات، خرابی‌ها و توسعه سیستم در آینده نخواهدبود.

پروتکل‌های باز آزادی عمل کافی را برای سازندگان جهت ساخت یک دستگاه منفرد و مجزا گرفته تا راهکارهای جامع و فراگیر تمام نیاز‌های هوشمندسازی به ارمغان آورده است.قابلیت دیگر پروتکل‌های باز، امکان برقراری ارتباط هر جزء از سیستم با دیگر اجزا بدون نیاز به واسط سخت‌افزاری و نرم‌افزاری است.

به طور کلی برای انجام یک پروژه بزرگ هوشمندسازی بر اساس پروتکل باز، می‌توان از چندین سازنده بدون نگرانی ناسازگاری اجزا خریداری کرد. این مساله باعث رقابتی کردن بازار و در نهایت کاهش هزینه‌های کلی پروژه‌های هوشمند سازی می‌شود.

مهم‌تـــــرین پـــــــروتـــکل‌های این گروه LonWorks Technology وBACnet Standard هستند. دراین میان LonWorks از نظر تنوع محصولات ساخته شده توسط سازندگان مختلف، تعداد تجهیزات نصب شده در نقاط مختلف دنیا ونیز تعداد شرکت‌هایی که گواهینامه تطبیق محصولات با این استاندارد را گرفته‌اند (که خود معرف حجم تقاضا هستند)، از BacNet پیشی گرفته است. برای اطلاعات جامع می‌توانید به سایت www.distech-controls.com مراجعه کنید.

مزایای کلی استفاده از BMS

حذف مصارف ناخواسته: از آنجا که سیستم فقط هنگام بهره‌برداری از فضا، اجازه استفاده از منابع انرژی از قبیل سرمایش و گرمایش و روشنایی را می‌دهد، مصارف ناخواسته انرژی از بین رفته و استفاده از انرژی بهینه می‌شود.

کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری: مدیریت بهینه استفاده از تاسیسات، موجب کاهش میزان ساعات کارکرد هر تجهیز شده و در نهایت به مقدار قابل ملاحظه‌ای هزینه‌های تعویض قطعات مصرفی و نیز خرابی‌های ناشی از کارکرد طولانی را کاهش می‌دهد.

پایش دائمی کلیه اجزای ساختمان:کلیه اجزای مهم ساختمان از قبیل مجموعه‌های سرمایش و گرمایش و تهویه و آبرسانی و... به طور متمرکز از طریق یک کامپیوتر در محل ساختمان یا از راه دور و در تمام ساعات قابل پایش بوده و نیاز به سرکشی محلی هر تجهیز در محل نصب را مرتفع می‌کند.

حذف خطاهای اپراتوری: از آنجا که پس از تنظیمات اولیه سیستم، کلیه کنترل‌ها توسط رایانه صورت می‌پذیرد، نگرانی اشتباهات و کوتاهی پرسنل بهره‌بردار و در نتیجه بروز خسارات از بین می‌رود.

اعلام وضعیت اجزا برای جلوگیری از خرابی و وقفه در کار اجزای ساختمان: با توجه به نمایش وضعیت کارکردی هر یک از المان‌های تاسیسات روی رایانه اصلی، کنترل سلامت اجزا به‌راحتی امکان‌پذیر است.

مدیریت ساختمان هنگام بروز حوادث

مدیریت یکپارچه سیستم روی بخش‌های مختلف، باعث ایجاد هماهنگی بین بخش‌های مختلف از قبیل اعلام حریق، سیستم هوارسان، اگزوزفن‌ها، اطفای حریق و آسانسورها در جهت کاهش خطرات احتمالی در هنگام بروز حوادث می‌شود.

ثبت دقیق میزان بهره‌برداری از قسمت‌های مختلف ساختمان:میزان دقیق استفاده هر قسمت یا واحد از منابع انرژی قابل ثبت است.

گزارش‌گیری آماری دقیق از عملکرد اجزای مختلف ساختمان: کارکرد دقیق کلیه اجزای ساختمان در سیستم ذخیره می‌شود. این ذخیره‌سازی راهنمای مدیر تاسیسات ساختمان برای تنظیم بازبینی‌های و تعمیرات دوره‌ای است.تعریف سطوح مختلف دسترسی برای اپراتورها:کاربران سیستم با سطوح مختلفی از دسترسی می‌توانند به اجزای مختلف دسترسی داشته باشند.

اولویت‌بندی هوشمندانه مصارف هنگام اضطرار:

هنگام پیک مصرف یا هنگامی که منابع کافی برای در مدار قراردادن کلیه اجزا وجود ندارد، سیستم به طور هوشمندانه بر اساس اولویت‌های از پیش تعیین شده نسبت به تخصیص منابع اقدام می‌کند.

اعلام آلارم‌های هشداردهنده برای بازبینی‌های دوره‌ای تجهیزات: بر اساس مشخصات ثبت شده هر المان تاسیساتی، زمان‌های بازبینی‌ها و تعویض و تعمیر توسط سیستم به اپراتور گوشزد می‌شود.

پایش کیفیت هوا و تنظیم پارامترهای مهم از قبیل میزان منواکسیدکربن، گازهای قابل اشتعال و دود:سیستم به طور مستمر نسبت به کنترل کیفیت هوا اقدام کرده و در صورت وجود آلایندگی فراتر از حد مجاز، نسبت به افزایش ورورد هوای تازه و اعلام وضعیت اقدام می‌کند.

مزایای استفاده از BMSبرای مالکان ساختمان:

۱ - تبدیل ساختمان به فضایی متمایز و چشمگیر و ارتقای کلاس ساختمان

۲ - ایجاد ارزش افزوده ملکی به مراتب بیشتر از هزینه سیستم

۳ - وجود انعطاف در تغییر کاربری فضا

۴ - ثبت مقدار دقیق مصارف هر واحد از منابع به طور جداگانه

مزایای استفاده از BMS برای مدیران تاسیسات:

۱ - پایش و کنترل سیستم از محل یا از راه دور

۲ - هزینه کم اپراتوری

۳ - راندمان بالای تجهیزات تاسیساتی

۴ - کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری

۵ - اعلام سریع خرابی‌ها و نیازمندی‌های بازبینی

۶ - لزوم مهندسی اصولی و ساختار یافته در هنگام اجرای تاسیسات

مزایای استفاده از BMS برای ساکنان:

۱ - افزایش ایمنی در ساختمان

۲ - راندمان بالای تاسیسات

۳ - وجود محیطی مطبوع و راحت

مثالی از یک ساختمان مسکونی مجهزبه BMS:

در یک ساختمان با کاربری مسکونی، گرمایش، سرمایش، تهویه و روشنایی فضاهای عمومی از قبیل لابی، سالن اجتماعات، مجموعه ورزشی و... در ساعات شب باید به حداقل برسد.

در داخل واحد‌های مسکونی، ترموستات‌های دیواری علاوه‌بر روشن یا خاموش کردن موتورفن‌کویل‌ها، دمای دلخواه هر ساکن را منفردا به سیستم مخابره می‌کند. سیستم بر اساس اطلاعات جمع‌آوری شده از کل واحدها، تعداد بویلرها، چیلرها، پمپ‌های سیرکولاسیون و دیگر اجزا را بر حسب نیاز کلی (overall demand) وارد مدار بهره‌برداری می‌کند. بنابراین اجزای تاسیساتی موتورخانه فقط بر اساس نیاز واقعی در مدار خواهند بود.

از طرفی درخواست هر واحد به طور جداگانه در فایل مربوط به آن واحد خاص ذخیره می‌شود. در نتیجه در پایان دوره‌های زمانی خاص می‌توان هزینه‌های بهره‌برداری از تاسیسات را به طور عادلانه و بر اساس اطلاعات مکتوب از ساکنان مطالبه کرد.

مدیریت ساختمان در هنگام بروز حوادث از دیگر وظایف مهم BMSاست. هماهنگی عملیات بخش‌های اعلام حریق با سیستم هوارسان، اگزوزفن‌ها و اطفای حریق، مدیریت بهینه آسانسورها جهت تخلیه ساکنان، قطع جریان الکتریکی در هنگام نشت گازهای قابل اشتعال و نیز تهویه سریع فضا‌های آلوده به گازهای سمی از جمله قابلیت‌های یک سیستم جامع BMS است.

سیستم کنترل تردد یکپارچه باعث می‌شود تا تردد در فضاهایی از قبیل پارکینگ، انباری‌ها، راهروهای طبقات فقط در ساعات مجاز و توسط مالکان همان مشاعات قابل دسترسی باشد.

مثالی از یک ساختمان اداری مجهزبه BMS:

عموما یک رایانه مرکزی نقش واسط بین سیستم و مدیر تاسیسات را بازی می‌کند. مدیر تاسیسات جدول تعطیلات رسمی و نیز زمان‌بندی حضور واحد‌های مختلف را که در سیستم به عنوان نواحی (zone) مجزا بخش‌بندی کرده است را در ابتدا به سیستم وارد می‌کند. به‌عنوان مثال اگر واحد‌های اداری از ساعت ۷:۳۰ تا ۱۷:۳۰ روزهای شنبه تا چهارشنبه، واحد پشتیبانی از۷:۳۰ تا ۲۰ شنبه تا چهارشنبه و ۹ تا ۱۳ روزهای پنجشنبه و جمعه، واحدهای تاسیسات و نگهبانی به طور دائم حضور داشته باشند، سیستم به طور پیش فرض دمای داخلی را در ماه‌های سرد بین ۱۸تا۲۰ درجه سانتیگراد و در ماه‌های گرم بین ۲۰تا۲۲ درجه سانتیگراد تنظیم می‌کند. برای این منظور شیرهای آب گرم یا آب خنک (بسته به فصل) منتهی به فن‌کویل‌های هر ناحیه ۳۰ تا ۶۰ دقیقه قبل از حضور کارکنان باز شده و فن‌کویل روشن می‌شود. در ساعات کاری، موتورالکتریکی فن‌کویل بسته به اطلاعات دریافت شده از حسگر دمای ناحیه روشن یا خاموش می‌شود. در پایان زمان کاری، سیستم از طریق حسگرهای حرکت، حضور افراد را در مقاطع مختلف کنترل نموده و نواحی بدون استفاده را از مدار عبور سیال گرم‌کننده یا سردکننده جدا و موتور فن‌کویل‌ها را خاموش می‌کند. ازطرف دیگر حجم سیال گرم یا خنک‌کننده مورد نیاز کل ساختمان محاسبه و تعداد پمپ‌های سیرکولاسیون مورد نیاز مشخص و باقی پمپ‌ها خاموش خواهند شد. همچنین سیستم، بویلرها یا چیلرهای موتورخانه را در ساعات غیرکاری و تعطیلات آخرهفته خاموش نموده یا در حداقل بار، ثابت می‌کند.

از طرف دیگر در صورت باز شدن هر کدام از پنجره‌ها، سیستم نسبت به خاموش نمودن موتورالکتریکی فن‌کویل آن قسمت اقدام می‌کند.

عملیات مشابه برای تابلوهای برق روشنایی عمومی و نیز واحد‌ها اتفاق می‌افتد. در ساعات خارج از ساعات کاری، روشنایی واحد‌ها فقط در صورت حضور پرسنل روشن مانده و چراغ‌های راهروها و مسیرهای داخلی به صورت محدود روشن می‌کند.

از این رو است که می‌توان در مصرف انرژی با استفاده از سیستم مدیریت هوشمند ساختمان تا ۴۵درصد مصرف قبلی صرفه‌جویی کرد.

لازم به یادآوری است که تغییر در هریک از پارامترهای یاد شده مانند ساعات کاری یا نقاط تنظیم دما (set points) به‌سادگی از طریق نرم‌افزار سیستم برای موارد خاص یا مناسبت‌ها قابل انجام است.

BMS در ایران

متاسفانه در کشور ما تاکنون به‌دلیل عدم فرهنگ‌سازی صحیح و حضور کمرنگ شرکت‌های تخصصی فعال در این زمینه، تاکنون توجه جدی به استفاده از BMS نشده است. تخصیص یارانه‌های انرژی باعث شده تا حتی با فرض هدر رفتن انرژی در طول دوره بهره‌برداری، سازندگان ساختمان از قبول هزینه اولیه این مجموعه در هنگام ساخت، سر باززده و کماکان نسبت به بهره‌برداری سنتی از تاسیسات پافشاری کنند. عدم تقبل هزینه سرشکن شده سیستم مدیریت هوشمند ساختمان توسط خریداران واحدهای ساختمان نیز دلیل دیگری برای مقاومت سازندگان ساختمان در مقابل اجرای پروژه‌های هوشمند‌سازی بنا به حساب می‌آید. اگرچه در حال حاضر نیز اجرای پروژه‌های فوق در ساختمان‌ها با دید بلندمدت کاهش هزینه‌های مصرفی انرژی و نیز کاهش هزینه‌های تعمیر و نگهداری توجیه اقتصادی دارد ولی حذف یارانه‌های انرژی در آینده نزدیک کمک به کاهش زمان استهلاک هزینه پروژه‌های BMS خواهد داشت.

فرهنگ سازی در زمینه مصرف صحیح انرژی، باعث بهره‌مندی عادلانه از نعمات خدادادی و راهگشای اجرای پروژه‌های انرژی بر در کشور و در نهایت افزایش درآمد ملی خواهدبود.

شرکت خانه هوشمند کاژه آذین

info@kadjehazin.com

سایت‌های مرتبط: