مديريت هوشمند ساختمان از نظر مصرف انرژي

سازنده ي سامانه هاي کنترل قابل برنامه ريزي ويژه ي سيستم هاي BMS)
Energy saving building management systems

چکيده
 

در سال هاي اخير به دليل افزايش قيمت انرژي و به دنبال آن سياست هاي حذف تدريجي يارانه ها، مبحث صرفه جويي در ساخمان بيش از پيش مطرح شده است. برنامه ريزي و کنترل يکپارچه ي تأسيسات ساختمان يکي از روش هاي بهينه سازي مصرف انرژي در ساختمان است که اصطلاحاً به آن مديريت هوشمند ساختمان (BMS) (2) اطلاق مي گردد. ساختمان هاي هوشمند موجب کاهش مصرف انرژي مي شود. در اين راستا سيستم مديريت هوشمند ساختمان با به کارگيري آخرين فن آوري ها درصدد آن است که شرايطي ايده آل، همراه با مصرف بهينه ي انرژي در ساختمان را پديد آورد. به طوري که ضمن کنترل بخش هاي مختلف ساختمان و ايجاد شرايط محيطي مناسب با ارائه ي سرويس هاي هم زمان، سبب بهينه سازي مصرف انرژي، افزايش سطح کارآيي و بهره وري سيستم ها و امکانات موجود در ساختمان مي شود. اگرچه سيستم مديريت هوشمند ساختمان در ايران نوپا مي باشد، ولي با توجه به عملکرد پروژه هاي اجرا شده در ايران (به عنوان مثال ساختمان دفتر کار نمايندگان مجلس شوراي اسلامي در ميدان بهارستان تهران) و ساير کشورها (هم اکنون نيمي از ساختمان هاي بالاي 10 هزار مترمربع کشور آمريکا مجهز به انواع سيستم هاي BMS است) مشخص مي شود که کارآمدترين سيستم براي مديريت انرژي در ساختمان مي باشد. مهم ترين مزايا بهره گيري از سيستم BMS را مي توان ايجاد محيطي مطلوب، استفاده ي بهينه از تجهيزات و افزايش عمر مفيد آن ها، ارائه ي سيستم کنترلي با قابليت برنامه ريزي زماني عملکرد، کاهش چشمگير هزينه هاي مربوط به نگهداري و تعميرات، بهينه سازي و صرفه جويي در مصرف انرژي و عدم نياز به پيمانکار دائمي ساختمان و ... اعلام کرد. فن آوري ساختمان هوشمند امکانات متنوع و گسترده اي در اختيار مي گذارد که هر شخص نسبت به علاقه و سليقه ي خود مي تواند از تمامي يا تنها بخشي از آن بهره مند شود و ويژگي منحصر به فرد اين فن آوري، ايجاد هماهنگي و يکپارچه سازي بين تمام سيستم هايي است که تا کنون به صورت منفرد استفاده مي شده است. توسعه ي روز افزون( IT (3) به خصوص در سال هاي گذشته و تحولات( ICT (4 امکانات فراواني را حتا در احداث ساختمان ها فراهم کرده است. اگرچه روش هاي سنتي در صرفه جويي انرژي همچنان کارآمد است اما با رشد فن آوري نوين، شکل هاي جديد از صرفه جويي هوشمند رخ مي نمايد که دانش و فن آوري را نه تنها در اصل مصرف، بلکه براي صرفه جويي در آن نيز در اختيار مي گذارد.

مقدمه
 

بشر از ديرباز به دنبال ايجاد شرايط آسايش براي زندگي خود بوده و در اين راستا به موفقيت هاي با ارزشي نيز دست يافته است. طراحي ساختمان ها با مصالحي سازگار با شرايط طبيعي هر محل و معماري خاص براي مناطق گوناگون که بتواند حداکثر شرايط آسايشي را براي انسان فراهم کند مويد همين نکته است. اگرچه با پيدايش شهرنشيني افراطي و هجوم مهاجران به شهرها اين روند تغيير يافت و به طور کلي مصرف گرايي و اتکاي بيش از حد به سوخت هاي فسيلي جاي طراحي و معماري مطابق با شرايط محيطي را گرفت، هم اکنون به دليل رشد روزافزون تقاضا براي مصرف و افزايش ارزش انرژي، جامعه ي مهندسي ملزم به ارائه ي روش هاي جديدي براي معماري و صرفه جويي مصرف انرژي در ساختمان است. ساختمان هاي هوشمند به دليل صرفه جويي قابل توجه در مصرف انرژي و همچنين تأمين شرايط آسايش دستاورد مهندسي براي حل اين مشکل مي باشد.

معرفي سيستم مديريت هوشمند ساختمان
 

سيستم مديريت هوشمند ساختمان با به کارگيري از آخرين فن آوري ها درصدد آن است که شرايطي ايده آل، همراه با مصرف بهينه ي انرژي در ساختمان ها پديد آورد. اين سيستم ها ضمن کنترل بخش هاي مختلف ساختمان و ايجاد شرايط محيطي مناسب با ارائه ي سرويس هاي همزمان، سبب بهينه سازي مصرف انرژي، افزايش سطح کارآيي و بهره وري سيستم ها و امکانات موجود در ساختمان مي شود. کنترل و دسترسي به سيستم با استفاده از نرم افزارهاي مربوطه از هر نقطه در داخل و خارج ساختمان از طريق اينترنت مقدور مي باشد. اين سيستم با دارا بودن قابليت برنامه ريزي امکان کنترل دقيق تأسيسات مديريت هوشمند ساختمان مي باشد، ساکنان يک واحد مسکوني نيازمن بار سرمايشي بيش تري هستند، مي توانند به راحتي با استفاده از کامپيوتر شخصي خود و ورود به شبکه ي مديريت هوشمند ساختمان دمي واحد مسکوني خود را تغيير دهد و هزينه آن به صورت ماهانه محاسبه و از ايشان اخذ مي گردد و يا پيمانکار تعمير و نگهداري بدون نياز به حضور فيزيکي در محل، در صورت بروز اشکالي در عملکرد تجهيزات به واسطه ي حس گرها و سيستم مديريت هوشمند، از طريق اينترنت يا تلفن، پيام بروز اشکال در تجهيزات و نياز به تعمير را حتي قبل از آشکار شدن اثرات آن در ساختمان و مطلع شدن ساکنان، دريافت مي کند با اعزام تعمير کار نسبت به رفع عيب اقدام مي گردد. بدين ترتيب با استفاده از سيستم مديريت هوشمند ساختمان از يک سو هزينه هاي تعمير و نگهداري کاهش مي يابد و از سوي ديگر پيمانکار تعمير و نگهداري، مي تواند به طور همزمان تعداد ساختمان هاي بيش تري را سرويس دهي نمايد. همچنين مي توان در هر لحظه تعداد نفرات حاضر در محل، تعداد لامپ هاي روشن، تعداد تجهيزات در حال کار و شرايط هواي داخل و خارج ساختمان (دما، رطوبت و ميزان آلودگي) را تعيين کرد و بر اساس آن ميزان هواي تازه و بار حرارتي يا برودتي مورد نياز را تأمين نمود. بر اين اساس ضمن ايجاد حداکثر شرايط آسايش براي ساکنان، مي توان به حداکثر صرفه جويي در مصرف انرژي نيز دست يافت.
به طور کلي سيستم مديريت هوشمند ساختمان به دنبال اهداف زير مي باشد:
1) تأمين شرايط آسايش براي ساکنان ساختمان؛
2) امکان مانيتورينگ و کنترل تمامي نقاط تحت کنترل از طريق يک کامپيوتر شخصي و يا اينترنت؛

3) بهره برداري بهينه از تجهيزات و ارائه ي سرويس و نگهداري مناسب براي تجهيزات به منظور افزايش عمر مفيد آن ها؛
4) کنترل تجهيزات به همراه برنامه ريزي زماني عملکرد آن ها؛
5) کاهش هزينه هاي مربوط به نگهداري و ارائه ي سرويس به موقع و مورد نياز تجهيزات؛
6) بهينه سازي و صرفه جويي در مصرف انرژي؛ و
7) عدم نياز به پيمانکار دائمي ساختمان
با توجه به قابليت برنامه ريزي سيستم مديريت هوشمند ساختمان، تمام تجهيزات به صورت هماهنگ کار مي کند و امکان تداخل و بروز مشکلات ناشي از عدم هماهنگي از بين مي رود. بنابراين امکان گزارش گيري از کميت و کيفيت تججهيزات و عملکرد آن ها به منظور بهينه سازي مصرف و عملکرد فراهم مي گردد.

وظايف سيستم مديريت هوشمند ساختمان
 

1) کنترل تأسيسات مکانيکي و الکتريکي؛
2) کنترل تهويه ي مطبوع؛
3) سيستم اعلام حريق و کنترل دود؛
4) کنترل تردد وحفاظت؛
5) مديريت آسانسورها در زمان هاي خاص؛ و
6) کنترل سيستم هاي روشنايي.
به دليل کنترل و برنامه ريزي همزمان براي سيستم هاي حرارتي، برودتي، تهويه، آتش نشاني و الکتريکي در ساختمان، حد بالايي از هماهنگي کارکرد تجهيزات به دست مي آيد که موجب صرفه جويي انرژي مي گردد. اگرچه سيستم مديريت هوشمند ساختمان در ايران نوپا مي باشد، ولي با توجه به عملکرد پروژه هاي اجرا شده در ايران (براي مثال، ساختمان دفتر کار نمايندگان مجلس شوراي اسلامي در ميدان بهارستان تهران) و ساير کشورها، مشخص مي شود که کارآمدترين سيستم براي مديريت انرژي در ساختمان مي باشد.

نحوه ي عملکرد سيستم مديريت هوشمند ساختمان
 

يک ساختمان هوشمند نسبت به تغييرات دما، رطوبت، نور، آلودگي هوا، جريان آب و ... حساس بوده و در هر مورد عکس العمل مناسب را ارائه مي دهد. از آنجايي که تغييرات محيطي عامل ايجاد هر نوع تصميمي هستند، بايد از حس گرها (سنسورها) براي جمع آوري اطلاعات استفاده نماييم. سپس توسط پايانه هاي ويژه اين اطلاعات پردازش، و به کامپيوتر صنعتي که وظيفه ي اجراي برنامه و کنترل را بر عهده دارد، فرستاده مي شود. بر اساس نوع اطلاعات رسيده به کامپيوتر صنعتي بر اساس برنامه ي تعيين شده تصميم مناسب اتخاذ مي شود و در صورت نياز به کمک پايانه هاي ويژه اين فرمان از ديجيتال به آنالوگ تبديل مي شود و فرمان اجرا مي گردد. براي مثال، اگر اطلاعات دريافتي مبتني بر نياز چيلر به روغن باشد، کامپيوتر صنعتي پيامي مبتني بر نياز چيلر به روغن براي پيمانکار ارسال مي کند و اگر حس گرها رطوبت بالايي را در خروجي هواساز گزارش دهند کامپيوتر صنعتي فرمان پايان رطوبت زني را صادر مي کند. شکل 1 نحوه ي عملکرد اجزاي سيستم مديريت هوشمند ساختمان را نشان مي دهد.

زير سيستم هاي سيستم مديريت هوشمند ساختمان
 

هوارسان ها
 

سيستم هاي هوار سان وظيفه پيش سرمايش و پيش گرمايش و تأمين هواي تازه ساختمان را بر عهده دارند. ترکيب هواي برگشتي و هواي تازه در محفظه ي اختلاط انجام مي گردد. اين فرايند نيازمند هماهنگي کامل بين دمپرهاي هواي تازه و هواي برگشتي است. لذا سيستمBMS به کمک حس گرهاي خود با دريافت اطلاعات هوا (دما، رطوبت و مقدار CO2) تنظيمات مورد نياز دمپرها را براي استفاده حاکثر از هواي برگشتي و تأمين هواي تازه مورد نياز انجام مي دهد و بادزن ها را نيز مطابق با نياز تنظيم مي کند. همچنين سيستم BMS با سنجش اختلاف فشار (توسط حسگر اختلاف فشار) قبل و بعد از فيلترها زمان تعويض يا تميز نمودن فيلترها را به پيمانکار تعمير و نگهداري اعلام مي دارد.

کنترل دما
 

در هواسازها معمولاً يک مبدل وظيفه ي انتقال حرارت از سيال گرم يا سرد را به سيال گذرا (هوا) بر عهده دارد، لذا با قرار دادن يک شير برقي قابل کنترل توسط سيستم BMS دماي محيط کنترل مي گردد.

برج خنک کن
 

برج خنک کن با جذب حرارت از آب کندانسور عملکرد بهينه چيلرهاي آبي را ميسر مي سازد، سيستم BMS در برج خنک کن با فرمان دادن به موتورهاي دور متغير (فن) ضمن تأمين نيازها صرفه جويي در مصرف انرژي را نيز ممکن مي سازد. همچنين به کمک حس گرها، دبي آب ورودي و خروجي، ميزان آلودگي و سختي آب را مي سنجد و فرمان هاي لازم براي نگهداري برج خنک کن را صادر مي کند.

منبع آب گرم مصرفي
 

با توجه به شرايط کاري منبع و مبدل آب گرم مصرفي (سختي آب و امکان رسوب گذاري در طي زمان) با داشتن دما و دبي آب ورودي و خروجي توسط سيستم BMS کنترل لازم اعمال مي گردد و در صورت کاهش بيش از حد انتقال حرارت که مشخصه ي رسوب گرفتن مبدل مي باشد به پيمانکار نگهداري اعلام مي دارد.

پمپ ها
 

در سيستم BMS با استفاده از پمپ هاي دور متغير نياز سيستم تأسيساتي به خوبي مرتفع مي گردد و در ضمن پمپ ها در شرايط کاري برابري قرار مي گيرند. براي مثال، اگر در ساختماني سه پمپ جهت تأمين آب مصرفي نياز باشد، پمپ ها به ترتيب روشن شده و پس از رفع نياز پمپي که زودتر روشن شده ابتدا خاموش مي گردد و ديگر پمپ ها نيز به همين گونه عمل مي نمايند. بر اين اساس شرايط کاري پمپ ها برابر است و تعدادي از پمپ ها به دليل کار بيش تر مرتباً نياز به تعمير پيدا نمي کنند.

چيلرها (5)
 

چيلرها وظيفه ي تأمين بار برودتي ساختمان را بر عهده دارند و يکي از مصرف کنندگان عمده ي انرژي در ساختمان هستند و به دليل ارزش بالاي اقتصادي يکي از حساس ترين اجزاي تأسيسات ساختمان مي باشند. لذا انتظار مي رود که به صورت حساس تري مورد کنترل و نگهداري قرار گيرند. در سيستم مديريت هوشمند ساختمان چيلرها داراي يک سيستم کنترل کامل هستند که به کمک آن از يک سو نياز سرمايشي ساختمان به خوبي پاسخگويي مي شود و از سوي ديگر شرايط نگهداري چيلر و صرفه جويي در مصرف انرژي فراهم مي گردد، و سيستم BMS نيز در مواقع لزوم پيام هاي لازم را صادر مي کند.

بويلرها (6)
 

در ساختمان وظيفه ي تأمين آب گرم مصرفي و بار حرارتي بر عهده بويلر مي باشد. بويلرها با سوزاندن سوخت هاي فسيلي اين وظيفه را به خوبي انجام مي دهند. به دليل ارزشمند بودن سوخت هاي فسيلي ضروري مي نمايد تا نحوه ي عملکرد بويلرها به دقت کنترل گردد. سيستمBMS با کنترل دما و فشار کاري بويلر، دماي دود، رنگ شعله و ساير پارامترهاي گزارش شده از سوي حس گرها به خوبي بويلرها را کنترل مي کند و در ضمن ايجاد شرايط مطلوب احتراق، با ارسال پيام ها و هشدارهاي لازم براي پيمانکار تعمير و نگهداري طول عمر و کارکرد صحيح بويلرها را تضمين مي کند.

نتيجه گيري
 

همان گونه که مطرح شد ساختمان هاي هوشمند موجب کاهش مصرف انرژي مي شوند و با توجه به تجربه ي موفق ديگر کشورها در زمينه ي اجراي ساختمان هاي هوشمند انتظار مي رود با افزايش قيمت انرژي و به دنبال آن سياست هاي حذف تدريجي يارانه ها، همچنين با مطرح شدن طرح نظارت بيش تر سازمان هاي مربوط بر فرايند ساخت، به ويژه عايق کاري و مباحث انرژي و احتمال صدور برچسب انرژي براي ساختمان ها قدرت تشخيص مصرف کنندگان از ميزان مصرف انرژي ساختمان ها افزايش يابد و در نتيجه ي آن انبوه سازان، نسبت به به کارگيري فن آوري اطلاعات و هوشمند سازي سازه هاي مسکوني، اداري و تجاري ترغيب شوند.

پي‌نوشت‌ها:
 

1- کارشناس تأسيسات مکانيکي ساختمان، دانشجوي کارشناسي ارشد جغرافياي طبيعي - گرايش اقليم شناسي در برنامه ريزي محيطي - (کارشناسي مکانيک - تأسيسات حرارتي و برودتي) e-mail:dawodrezaei@yahoo.com
2- BMS: Building management system
3- Information technology
4- Information and Communication Technology
5- Chiller
6- Boiler
 

منابع
12- هندبوک کنترل قابل برنامه ريزي TAC Xenta 280 ساخت شرکت T.AC.
2- سايت شرکت T.A.C (1387/10/26)
3-www.tac-global.com/tarai
دانش نما شماره پياپي 166-165