از بادگیرها تا خانه‌های سبز
چگونه هوشمندسازی صنعت تهویه را در جهان متحول کرد؟
تهویه مطبوع چیست؟
در این گزارش سعی می‌کنیم ابتدا تهویه مطبوع و تاریخ آن را توضیح دهیم و سپس به این موضوع می‌پردازیم که با داغ شدن بحث هوش مصنوعی و باز شدن پای این فناوری به زندگی بشر چگونه هوش مصنوعی به خانه‌های ما راه پیدا کرده و خانه‌های هوشمند امروزی چگونه به تهویه مطبوع هوشمند مجهز شده‌اند. «تهویه مطبوع به سیستمی گفته می‌شود که طی فرآیندی با کاهش یا افزایش گرما و رطوبت در یک محیط بسته، سعی می‌کند دما را به دمای یک محیط مطلوب برساند.» دمای مناسب در یک محیط مطبوع تقریباً 22 درجه سانتی‌گراد و رطوبت 50 درصد است. تهویه مطبوع در زندگی‌های مدرن نقشی موثر دارد، زیرا چه در محیط کار و چه در فضاها و محیط‌های داخلی راحتی و آسایش ما را به دنبال دارد و موجب بالا بردن راندمان کاری در فضاهای تولید و محل کار می‌شود.
تهویه مطبوع از دیروز تا امروز
«تاریخچه سیستم‌های تهویه مطبوع به دوران باستان برمی‌گردد، زیرا انسان‌ها همواره به دنبال راه‌های خلاقانه برای خنک کردن یا گرم کردن محل زندگی یا کار خود بوده‌اند.» در زیر به برخی از روش‌های اولیه تهویه مطبوع اشاره می‌شود.
- مصریان باستان از نی خیس در پنجره‌ها برای خنک کردن هوا با تبخیر آب استفاده می‌کردند.
- یونانیان و رومیان باستان از قنات‌ها برای انتقال آب سرد یا گرم به ساختمان‌ها و خنک کردن یا گرم کردن هوا کمک می‌گرفتند.
- چینیان باستان برای افزایش جریان هوا و احساس خنکی فن‌ها را اختراع کرده بودند.
- بادگیرها وسیله‌ای بود که ساکنان خاورمیانه برای جذب هوای خنک و دفع هوای گرم از طریق برج‌های خنک‌کننده از آنها استفاده می‌کردند.
- ویکتوریایی‌ها برای بهبود گردش هوا و آسایش در خانه‌ها، بناها را با سقف‌های بلند، ایوان‌های مسقف و پنجره‌های توکار می‌ساختند.
اختراع اولین سیستم تهویه مطبوع مدرن
دکتر جان گورلِی، پزشک و مخترع آمریکایی، نخستین سیستم تهویه مطبوع مدرن را در قرن نوزدهم اختراع کرد. «او در سال ۱۸۴۲ لوله‌کشی آب و فلزات جذب‌کننده حرارت را طراحی کرد. این دستگاه قادر بود دمای هوای چندین اتاق را به صورت همزمان کنترل کند.»
پس از آن، ویلس کَیریر، که به او لقب «پدر تکامل سیستم تهویه مطبوع» داده‌اند، در سال ۱۹۰۲، دستگاهی طراحی کرد که با استفاده از فرآیند تبرید هوای گرم را خنک و رطوبت آن را تنظیم می‌کرد.
در سال ۱۹۱۴، کَیریر این دستگاه خنک‌کننده را در خانه‌ای در مینه‌سوتا نصب کرد و این نخستین خانه در دنیا بود که سیستم تهویه مطبوع داشت. اما این دستگاه‌ها بسیار بزرگ و پرسروصدا بودند، تولیدشان بسیار گران تمام می‌شد و فقط برای ساختمان‌های صنعتی یا تجاری قابل استفاده بودند.
کَیریر دستگاه خنک‌کننده هوا را در سال ۱۹۲۲، بهبود بخشید و حجم و هزینه آن را کاهش داد. سپس این دستگاه در تئاتر ریوالتو در نیویورک نصب شد و با اقبال مردم روبه‌رو شد. پس از تغییراتی که در سال‌های پس از آن روی این دستگاه صورت گرفت، سرانجام در سال ۱۹۴۷، هنری گالسون، مخترع آمریکایی، نخستین کولر پنجره‌ای را ساخت که قابلیت تولید انبوه داشت. این دستگاه با قیمت مناسب به فروش رفت و در سال ۱۹۵۳، بیش از یک میلیون از آن به فروش رسید.
سیستم‌های تهویه مطبوع چه ویژگی دارند؟
صنعت مدرنی که ما به عنوان (heating, ventilation, and air conditioning) HVAC می‌شناسیم در طول انقلاب صنعتی در قرن نوزدهم پایه‌گذاری شد. در اواخر دهه 1800 توسعه فناوری‌های تبرید مکانیکی یا همان سردسازی امکان ایجاد نخستین سیستم‌های تهویه مطبوع را فراهم کرد. ویلیس کیریر از اولین مهندسان مکانیکی بود که نوعی سیستم تهویه مطبوع با کاربرد صنعتی را ساخت.
در دهه‌های بعد فناوری HVAC به ویژه با رشد صنعت خودرو پیشرفت کرد و گسترده‌تر شد. اولین خودرو با سیستم گرمایش و سرمایش در دهه 1930 معرفی شد. پس از جنگ جهانی دوم، رونق مسکن در ایالات‌متحده به افزایش تقاضا برای سیستم‌های HVAC مسکونی دامن زد و موجب رشد نوآوری‌ها در واحدهای تهویه مطبوع و گرمایش مرکزی شد. در طول نیمه دوم قرن بیستم تا قرن بیست و یکم، فناوری HVAC با تمرکز بر بهره‌وری انرژی و پایداری محیطی به پیشرفت خود ادامه داد. خودکارسازی امور و سیستم‌های کنترل دیجیتال امکان تنظیم دقیق‌تر و راحت‌تر دما را فراهم کرد. امروزه سیستم‌های HVAC بخشی جدایی‌ناپذیر از ساختمان‌های مدرن هستند و نقش مهمی در حفظ دما و رطوبت مطبوع محیط‌های داخلی و فضاهای مسکونی، تجاری یا صنعتی دارند. علاوه بر این، راهکارهای سازگار با محیط زیست به توسعه راهکارهای مناسب‌تر با طبیعت منجر شده است.
چرا به سیستم تهویه نیازمندیم؟
زندگی‌های امروزی به سیستم تهویه نیازمند است، چون تهویه می‌تواند کیفیت هوای داخل خانه را بهبود بخشد و از انباشت آلودگی‌ها، رطوبت، دود، بو و گرما جلوگیری کند. در واقع نه فقط خانه‌ها، بلکه همه مکان‌هایی که ما مدت زمان زیادی در آنها حضور داریم مانند: محل کار، مطب، کلاس درس، کارگاه و کارخانه به تهویه نیازمند هستند.
تهویه هوا می‌تواند به دو روش طبیعی و مکانیکی انجام شود. در تهویه طبیعی بدون نیاز به دستگاه‌های برقی، با استفاده از نیروی باد و شناور شدن هوای گرم، هوای داخلی تغییر می‌کند، اما تهویه مکانیکی با کمک دستگاه‌های برقی مانند فن، ایر کاندیشن، هواساز و چیلر، هوای خانه را تصفیه، تبرید یا گرمایش می‌کند.
امروزه تصور یک فضا بدون تهویه غیرممکن است. اگر خانه‌ای تهویه نداشته باشد، کیفیت هوای داخلی آن ناسالم خواهد بود و مشکلاتی جدی برای ساکنان به وجود خواهد آورد. به دلیل وارد نشدن هوای تازه و سالم به خانه و انباشته شدن آلودگی‌ها، رطوبت، دود، بو و گرما احتمال بروز بیماری‌های تنفسی، حساسیت، سردرد، خستگی و... به شدت افزایش می‌یابد.
نبودن سیستم تهویه مطبوع مناسب می‌تواند موجب آسیب رساندن به ساختار و لوازم خانه نیز بشود. رطوبت بالای هوای داخل خانه می‌تواند به فساد و تولید بوی بد مواد غذایی و داروها، خوردگی و خاموش شدن لوازم الکترونیکی، پوسیدگی و تغییر رنگ چوب، زنگ‌زدگی فلز و سنگ و... بینجامد. بنابراین برای جلوگیری از این مشکلات، بهتر است یک سامانه تهویه مطبوع مناسب برای خانه در نظر گرفت. سامانه تهویه مطبوع در خانه هوشمند گزینه‌ای مناسب است که با کمک سنسورها (حسگرها) و اینترنت اشیا، می‌تواند دما، رطوبت، تهویه و کیفیت هوای محیط خانه را کنترل کند. این سیستم می‌تواند به‌طور خودکار یا از راه دور به وسیله کاربر تنظیم شود و با سایر وسایل هوشمند در خانه هماهنگ باشد.
سیستم تهویه مطبوع هوشمند در بهترین حالت خود می‌تواند با دقت کیفیت هوای خانه را از طریق حسگرها کنترل کند و با تطبیق آنها با برنامه‌های از پیش تعیین‌شده از سوی ساکنان خانه، این اطمینان را ایجاد کند که هوای خانه همیشه در بالاترین کیفیت خود باشد، یا در صورت وجود هرگونه آلودگی، آن را به سرعت از طریق اپلیکیشن به ساکنان خانه اطلاع دهد.
خانه‌های هوشمند
خانه هوشمند به خانه‌ای گفته می‌شود که دارای ترموستات، دوربین‌ها، سیستم روشنایی و سایر وسایل و لوازم متصل به شبکه بی‌سیم است. بر اساس عادت‌ها و موقعیت مکانی خود در خانه می‌توانید این تجهیزات را از راه دور کنترل و روشن و خاموش کنید. خانه‌های هوشمند و ساختمان‌های هوشمند که در آن حسگرهای متصل به اینترنت به‌طور یکپارچه با هم کار می‌کند، به دنبال این هدف هستند که زندگی را برای انسان‌ها آسان‌تر کنند. همان‌طور که تلفن‌های هوشمند به کلی زندگی ما را تغییر دادند یک خانه هوشمند با تجهیزات هوشمند می‌تواند به‌طور قابل توجهی زندگی ما را ارتقا ببخشد. اما سیستم تهویه مطبوع در این میان چه نقشی دارد؟ سیستم تهویه هوا یکی از اجزای مهم در یک خانه هوشمند یا ساختمان هوشمند است که وظیفه تهویه مناسب هوا و تنظیم دما را بر عهده دارد.
سیستم تهویه هوای خانه هوشمند
سیستم تهویه هوای خانه هوشمند با استفاده از اینترنت و تکنولوژی وای‌فای فعال می‌شود تا به سادگی بتوان آن را با سایر دستگاه‌های هوشمند ادغام و کنترل کرد. سیستم تهویه هوای خانگی هوشمند با ابزارهای هوشمند کنترل می‌شود. این سیستم به یکی از دیوارها یا پنجره‌ها متصل می‌شود و می‌توان آن را از طریق اپلیکیشن‌های مربوطه هدایت کرد. قابلیت کنترل از راه دور، امکان خاموش و روشن کردن سیستم از دور را فراهم می‌کند.
سیستم تهویه هوای خانگی هوشمند با تلفن همراه هوشمند، تبلت و سایر تجهیزات مانند بلندگوهای هوشمند الکسا یا آمازون اکو و ارسال دستورات صوتی قابل کنترل است. برخی از انواع این سیستم‌ها برای فعال شدن نیازی به کنترل ندارند و با تنظیمات از پیش تعیین‌شده یا فرمان صوتی فعال می‌شوند. با وجود این، برای سهولت کار معمولاً این دستگاه‌ها مجهز به ریموت‌کنترل نیز هستند.
سیستم تهویه هوشمند چگونه کار می‌کند؟
استراتژی‌های تهویه با کنترل هوشمند چه به صورت طبیعی و چه به صورت مکانیکی، در واکنش به عوامل متعددی که می‌توانند بر شرایط هوای داخل ساختمان تاثیر منفی بگذارند، به‌طور خودکار سیستم تهویه و عملکرد آن را تنظیم می‌کنند. به‌طور معمول این کار از طریق یک فرآیند سه‌مرحله‌ای انجام می‌شود که شامل حس کردن (سنسورها)، رفتار و عمل می‌شود.
هوش مصنوعی فرصت‌های بی‌سابقه‌ای را برای افزایش عملکرد سیستم و ارتقای بهره‌وری انرژی ارائه می‌دهد.
افزایش بهره‌وری انرژی
مهندسان تهویه مطبوع با استفاده از الگوریتم‌های هوش مصنوعی مصرف انرژی را در سیستم‌های HVAC بهینه می‌کنند. هوش مصنوعی داده‌ها را از منابع مختلف مانند حسگرها و پیش‌بینی‌های آب‌وهوا، گردآوری می‌کند. هوش مصنوعی با تجزیه و تحلیل داده‌ها، دستگاه را به صورت خودکار تنظیم می‌کند. رویکرد تصمیم‌گیری بر اساس دیتا امکان سازگاری سیستم در موقعیت‌های متغیر را فراهم می‌کند. در نتیجه اتلاف انرژی و هزینه‌های عملیاتی به صورت چشمگیری کاهش می‌یابد.
تعمیر و نگهداری پیشگویانه
تعمیر و نگهداری پیشگویانه مبتنی بر هوش مصنوعی نحوه نظارت و سرویس سیستم‌های تهویه مطبوع را متحول می‌کند. با تجزیه و تحلیل داده‌های حسگر و الگوهای تاریخی، الگوریتم‌های هوش مصنوعی می‌توانند ناهنجاری‌ها را شناسایی و خرابی تجهیزات را پیش‌بینی کنند. این رویکرد پیشگیرانه قابلیت اطمینان سیستم را افزایش می‌دهد، زمان خرابی را کوتاه می‌کند و از تعمیرات پرهزینه جلوگیری می‌کند.
ایجاد راه‌حل‌های HVAC کارآمد
الگوریتم‌های هوش مصنوعی نقش مهمی در بهینه‌سازی طراحی و عملکرد سیستم دارند. از طریق شبیه‌سازی و الگو‌سازی، هوش مصنوعی پیکربندی‌های مختلف، الگوهای جریان هوا و انتخاب اجزا را ارزیابی می‌کند تا کارآمدترین و موثرترین طرح‌ها را شناسایی کند. با ترکیب بهینه‌سازی مبتنی بر هوش مصنوعی، مهندسان تهویه مطبوع می‌توانند به بهبود عملکرد خنک‌کننده، کاهش مصرف انرژی و افزایش راحتی افراد در محیط‌های مسکونی و تجاری دست یابند.
سیستم‌های کنترل هوشمند
با توسعه سیستم‌های کنترل هوشمند، هوش مصنوعی واحدهای تهویه مطبوع را قادر می‌کند به‌طور مداوم بر اساس الگوهای اشغال، ترجیحات کاربر و شرایط محیطی یاد بگیرند و تطبیق دهند. با ادغام الگوریتم‌های هوش مصنوعی در سیستم‌های کنترل، مهندسان می‌توانند آسایش را بهینه کنند. تنظیمات دما و رطوبت را به‌طور خودکار تنظیم کنند و تجارب مشتری نهایی را شخصی‌سازی کنند. این یک محیط بدون درز و مناسب برای ساکنان ایجاد می‌کند و در عین حال بهره‌وری انرژی را تضمین می‌کند.
فرآیندهای تعمیر و نگهداری ساده
هوش مصنوعی به مهندسان تهویه مطبوع در تشخیص کارآمدتر مشکلات سیستم کمک می‌کند. با استفاده از الگوریتم‌های یادگیری ماشین، هوش مصنوعی داده‌های سیستم را تجزیه و تحلیل می‌کند، الگوهای خرابی را شناسایی می‌کند و راه‌حل‌های بالقوه را پیشنهاد می‌کند. این کار فرآیندهای عیب‌یابی را تسهیل می‌کند، زمان تشخیص را کاهش می‌دهد و امکان تعمیرات و نگهداری موثر را فراهم می‌کند. در نتیجه مهندسان می‌توانند مشکلات را به سرعت حل کنند و از عملکرد بهینه سیستم و حداقل اختلالات اطمینان حاصل کنند.
سخن پایانی
همان‌طور که صنعت تهویه مطبوع از هوش مصنوعی استقبال می‌کند، مهندسان در حال وارد کردن امکانات جدید برای بهره‌وری انرژی، شیوه‌های تعمیر و نگهداری، بهینه‌سازی سیستم، کنترل هوشمند، تجزیه و تحلیل داده‌ها و تشخیص هستند. مهندسان تهویه مطبوع با استفاده از فناوری‌های هوش مصنوعی به خوبی می‌توانند سیستم‌های تهویه مطبوع پایدار و پیشرفته را طراحی کرده و توسعه دهند، محیط‌هایی راحت با حداقل مصرف انرژی و کاهش هزینه‌های عملیاتی ایجاد کنند. آینده مهندسی تهویه مطبوع به دست هوش مصنوعی رقم می‌خورد و راه را برای صنعت سبزتر و کارآمدتر هموار می‌کند.
