بخشی از مقاله
ویژگیها و ساختار سیستم های مدیریت انرژی ساختمان هوشمند
چکیده
طبق آمار منتشر شده توسط متولیان انرژی، سهم انواع انرژی های مصرفی مورد استفاده ساختمان در کشور ایران زیاد است ، در حالی که سرانه مصرف انرژی در کشور نسبت به کشورهای توسعه یافته چند برابر می باشد،و از طرفی مردم از نظر تکنولوژی مورد نیاز برای زندگی در مقایسه با سایر کشور ها، در سطح پایین تری قرار دارند.بنابراین سهم زیادی از انرژی به صورت مختلفی تلف شده و در ساختمان به هدر می رود. لذا با توجه به رشد مصرف انرژی و بالا بودن تلفات در بخش خانگی و تجاری ،اهمیت بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمان ها افزایش می یابد. شرایط فوق و کاهش هزینه ها ، انسان را به فکر ساخت تکنولوژی های جدید مانند خانه هوشمند انداخت.
مزیت های فراوان سیستم مدیریت خانه هوشمند((BEMS از جمله داشتن سیستم های کنترل و اتوماسیون مناسب، صرفه جویی چشم گیر در مصرف انرژی ، حفاظت و ایمنی از تجهیزات و افراد ،لزوم استفاده از آن را برای بشر در مجموعه ساختمانی، شفاف تر می سازد . در ابتدا با استفاده از تجهیزات و تابلوهای کوچک و ساده به صورت مجزا و محدود اقدام به ساخت این سیستم ها می شد. اما امروزه انتظار می رود این پیشرفت به شکل تابلوی مرکزی با استفاده از ریزپردازنده و تجهیزات مناسب ، برای انجام هوشمند کردن ساختمان باشد. در این مقاله به بهترین روش ها برای هوشمند شدن ساختمان ها ، ویژگی های آن ،چگونگی کاهش مصرف انرژی و روش های ارتباطی قابل استفاده بین کلیه تجهیزات مورد نیاز یک سیستم هوشمند خواهیم پرداخت.
کلمات کلیدی: بهینه سازی- حفاظت و ایمنی- خانه هوشمند-BEMS
-1 مقدمه
آمار منتشره از سوی وزارت نیروی ایران درنمودار((1 نشان می دهد که بخش ساختمان های خانگی %46 از انرژی الکتریکی مصرفی کشور را تشکیل می دهد .در حالی که کشور چین%70 و نمودار((1 مصرف انرژی کشور هندوستان %50 از انرژی خود را در بخش صنعت و مابقی بین قسمت های دیگر تقسیم می شود. همچنین سرانه مصرف انرژی در کشور بیش از 5 برابر کشور آلمان و13 برابر کشور چین می باشد، ولی مردم از سطح تکنولوژی مورد نیاز کمتری برخوردار می باشند.همین امر تعیین می کند که انرژی فراوانی در بخش های مختلف یک ساختمان به علت عدم رعایت استاندارد و عدم وجود سیستم کنترلی مطلوب ، به خصوص در بخش خانگی و تجاری به هدر می رود. لذا با توجه به رشد روزافزون مصرف انرژی و استفاده بخش زیادی از آن در ساختمان ها، اهمیت بهینه سازی انرژی مشخص می گردد.7]و[8
آژانس بین المللی انرژی IEA میزان صرفه جویی انرژی در بخش های مختلف مسکونی و تجاری یک ساختمان را مطابق جدول( (1 بیان می کند. که با یک سیستم کنترلی مناسب و هوشمند می توان تا حد مطلوبی این بهینه سازی را انجام داد. همچنین این سیستم می تواند کاهش تلفات در جریان های نشتی و تلفات حرارتی هادی های حامل جریان را در برگیرد، که در مجموع می توان حدود %35کاهش مصرف انرژی الکتریکی را انتظار داشت.[8] خانه هوشمند یا سیستم مدیریت انرژی ساختمان از کلمات مBEMSم اManagement اEnergy اBuilding ا
Systems ، Building Management System (BMS) ،Smart Home ، System اIntelligent و گرفته
شده است و به سیستمی گفته می شود که بتواند توزیع انرژی ، کنترل ، حفاظت و ایمنی را به صورت یکپارچه و دقیق انجام دهد.بطور واضح ترBEMSیک مجموعه دیجیتالی است که با استفاده از تجهیزات رایانه ای،الکترونیکی و برقی، مدیریت کنترل و نظارت بر ساختمان را جهت بهینه سازی انرژی ، حفاظت و ایمنی از افراد و تجهیزات را با بهترین ضریب امنیتی بر عهده بگیرد[3]
- 2 اهداف اصلی سیستم خانه هوشمند
یک سیستم BEMS باید اهداف زیر را با بهترین روش و بالاترین دقت انجام دهد:
-1-2 بهینه سازی انرژی
همانطور که گفته شد یک ساختمان پتانسیل های مناسبی برای صرفه جویی دارد. نمودار((2 میزان انرژی مصرفی برای هر بخش از ساختمان را نشان می دهد و باید جهت رسیدن به اهداف یک سیستم هوشمند، با توجه به میزان مصرف و امکان صرفه جویی، مجموعه ی مدرن کنترلی را برنامه ریزی کرد.لذا یک سیستم مدیریت انرژی ساختمان هوشمند و مرکزی می تواند این قابلیت را داشته باشد تا در زمینه های مختلف این وظیفه را بر عهده بگیرد،که به آنها اشاره می نامیم:[7]
الف-یک تابلوی هوشمند می تواند سیستم های سرمایش و گرمایشHAVC را در منزل یا محل کار کنترل نماید، به نحوی که بااستفاده از سنسورهای حرارتی ، دمای محیط را در حد تنظیم شده قرار دهد. همچنین با نصب حسگر مخصوص مانند آلتراسونیک درصورت عدم حضور شخص در محل، سیستم به صورت خودکار خاموش شود و یا طبق یک برنامه زمان بندی شده آن را فعال یا غیر فعال نماید.همچنین می تواند آب گرم مصرفی را تحت کنترل قرار دهد، تا از تلفات آن تاحد امکان جلوگیری گردد.
ب-سیستم هوشمند می تواند بر اساس کنتورهای چند تعرفه ،طوری تنظیم شود که اجازه فعالیت دستگاههای پر مصرف را در زمان پیک بار ندهد. بدین معنا که سطح زیر منحنی انرژی را تحت کنترل گرفته و به این روش در هزینه پرداختی توسط مصرف کننده تاثیر ویژه ای داشته باشد.
ج- به کمک سیستم مدرن و هوشمند از سیم های برق بخش قدرت کاسته شده و از سیم های حامل جریان و یا سیستم های بی سیم، برای قسمت فرمان و انتقال اطلاعات استفاده می شود ، لذا در این حالت از تلفات حرارتی کاسته شده ، علاوه برآن انتقال سیستم فرمان درکنار مخابرات امکان پذیر است و فضای مورد نیاز برای عبور سیم ها کاهش می یابد. همچنین کنترل از راه دور وسایل از محل های مختلف، امکان پذیر می باشد.
د- علاوه بر موارد گفته شده یک سیستم همشمند می تواند روشنایی را به صورت خودکار از طریق سنسورها، کنترل نماید((Auto Light ودر این زمینه به خوبی بهینه سازی شود.برای این کار می توان از سنسورهای کنترل کننده میزان نور برای روشنائی روز و شب، ویژه مکان هایی که در طول روز روشنایی مناسب دارند استفاده نمود. همچنین با سنسورهای حضور و عدم حضورکه بعد از تشخیص، فرمان به تابلوی اصلی فرستاده و میکرپروسسور به رله هوشمند فرمان می دهد و لامپ مربوطه روشن می شود و بعد از گذشت زمان تعیین شده و عدم ارسال سیگنال مجدد از سنسور، فرمان خاموش شدن لامپ صادر می گردد. قابلیت تعریف عادات کاری و زندگی برای دستگاه هوشمند نیز باید میسر باشد.
ه- ازموارد دیگر بهینه سازی که می توان به آن اشاره نمود صرفه جویی در زمان به علت وجود برنامه ریزی بر اساس نیازها ، استفاده از تجهیزات کنترل از راه دور،مدیریت تجهیزات توسط دستگاه و داده پردازی اطلاعات سیستمی بین تجهیزات دانست. همچنین با وجود BEMS در زمینه تعمیر و نگهداری بهینه سازی صورت گرفته ، هزینه تعمیرات کاهش یافته و عیب یابی به علت داشتن پردازنده و دادن پیامهای خطا بسیار راحت و سریع می گردد.
و-یکی از مزیت های مهم دیگر در استفاده از خانه هوشمند،کاهش چشم گیر در آلودگی های محیط زیست می باشد.شاید در نگاه اول برای انتخاب سیستم هوشمند، کاهش آلودگی توسط یک مصرف کننده حائز اهمیت نباشد، اما نتایج حاصل از مقایسه برای دو حالت وجود و عدم وجود یک سیستم مدیریت انرژی ساختمان نشان می دهد که کاهش اثرات زیست محیطی گسترده ای را در جهت کاهش آلودگی به همراه دارد . همانطور که گفته شد یک سیستم مدرن و هوشمند می تواند % 35 کاهش مصرف در زمینه های مختلف انرژی را به همراه داشته باشد،بنابراین کاهش تولید این انرژی ها را به دنبال دارد.این زمانی مشهودتر می باشد که بدانیم انرژی در نقطه
مصرف %30 از مقدار اولیه می باشد و % 70 به صورت تلفات در مراحل مختلف تولید انرژی تا انتقال هدر می رود و عوارض سوء خود را در محیط زیست آشکار می سازد و کاهش این تلفات به منزله کاهش اثرات مخرب زیست محیطی روی هوا،آب و خاک است. [8]
-2-2 هوشمند ساختن کلیه تجهیزات کنترلی
خانه هوشمند مجموعه ای از تکنولوژی ها و سرویس ها در شبکه ی خانگی برای بهبود کیفیت زندگی است
æ در سال های اخیر در حال گسترش در ساختمان های مسکونی و غیر مسکونی می باشد .تکنولوژیی که چه از نظر بهبود کیفیت زندگی و چه از نظر صرفه جویی در مصرف انرژی بسیار سودمند است .سیستم خانه هوشمند بیشتر از یک ده است که مفهوم شبکه شدن وسایل و تجهیزات را در خانه معرفی کرده است و به کمک فن آوری اطلاعات و ارتباطات ICT و بهره مندی از تکنولوژی الکترونیک و رایانه بهترین رابطه بین انسان و ماشین را در BEMS ایجاده کرده و با هر فرمان، پردازش توسط این سیستم انجام می پزیرد.این سیستم با بهره گیری از انواع سنسورها ، مطابق نیاز و برنامه خواسته شده به صورت مدرن و هوشمند عمل کرده و آسایش ،راحتی و امنیت را برای انسان مهیا می کند.لذا لازم است در این سیستم کلیه تجهیزات به صورت شبکه ای متصل گشته و اتوماسیون ساختمان را به صورت مانیتورینگ با استفاده از تجهیزات مختلف مدیریت کرده و تحت کنترل هوشمندانه یک سامانه مرکزی قرار داد.[6] با استفاده از سیستم هوشمند شخص از پشت میز کار خود می تواند محل کار و افراد را مشاهد و مدیریت نموده
همچنین از امنیت و حفاظت افرادو تجهیزات مطمئن باشد.
خانه هوشمند می تواند نقش ویژه ای در تکمیل شهر و دولت الکترونیک ایفا نماید.
در ادامه برخی از خدمات و عملکردهایی که یک تابلوی مرکزی هوشمند BEMS باید داشته باشد را اشاره می نماییم:[9]
- کنترل کلیه تجهیزات به صورت خودکار طبق برنامه و یا فرمان با استفاده از وسایل کمکی مانند صفحه کلید،تلفن ثابت ، همراه، وکنترل از راه دور
- امکان ارتباط با سیستم آیفون به وسیله تلفن همراه از راه دور، و همچنین در صورت مراجعه به آن و باز کردن درب در صورت لزوم
- وجود سیستم برق اضطراری درون دستگاه در هنگام قطع برق جهت تامین آن برای مدت زمان مناسب و انجام وظایف مهم دستگاه طبق برنامه و ایجاد روشنایی مناسب
- وجود سیستم نظارت بر ولتاژ و جریان برق جهت حفاظت افراد در مقابل برق گرفتگی و تجهیزات در مقابل اتصال کوتاه و بدنه
- امکان اتصال هرگونه سنسور جهت انجام وظایف
- وجود سیستم تلفن کننده جهت اطلاع و ارتباط
- آبیاری فضای سبز طبق برنامه ریزی و یا با فرمان از سنسور خاص
- کنترل دمای با استفاده از سنسورها و تهیه آب گرم با کمترین اتلاف انرژی
- کنترل کامل روشنایی با استفاده از انواع سنسورها
- امکان قطع بعضی از سیستم ها مانند آب و گاز در مواقع ضروری
- اتصال دستگاه به رایانه برای انجام تنظیمات ویا مشاهده وقایع
- حفاظت ساختمان در برابر ورود افراد غیر مجاز ، اعلام حریق و اتصال دوربین با امکان ضبط تصاویر ، انتقال و مشاهده آن
-برنامه ریزی دستگاه در ساعات اوج مصرف برای غیر فعال نمودن مصرف کننده های غیر ضروری
- اتصال سنسور زلزله برای اعلام زلزله قبل از وقوع و گاز جهت تشخیص نشتی انواع گازها واعلام آن و قطع شیر اصلی گاز
- امکان اتصال کارت و یا دستگاه تشخیص افراد در ورودی ساختمان برای کنترل ورود و خروج و یا ورود بدون نیاز به کلید
- قابلیت برنامه ریزی دستگاه به راحتی با استفاده از صفحه کلید نصب شده بر روی آن و وجود رمز عبور برای دسترسی اولیه
- امکان کارکرد دستگاه در دو حالت دستی و خودکار
- کنترل وسایل اصلی مانند تلویزیون و وسایل آشپزخانه، طبق برنامه ریزی مصرف کننده - مراقبت از کودکان و بزرگسالان با نصب حسگر صوتی و اطلاع از صدای محل با تلفن -امکان ارتباط با آسانسور و هماهنگی در مواقع لزوم
همانطور که مشخص است استفاده از یک سیستم هوشمند مرکزی باعث می شود تا تجهیزات جانبی که طبق نیاز یا استاندارد برای یک ساختمان لازم است حذف شده و در مصرف تجهیزات صرفه جوئی گشته و هزینه ها را پایین آورد.مانند سیستم اعلام حریق ، دز دگیر،دوربین مداربسته و ... ، که در صورت نبودن تابلو مدیریت انرژی ساختمان باید به صورت جداگانه نصب گردند.اما در صورت وجود سیستم هوشمند،همگی دارای یک تابلوی مشترک گشته و حتی مسیرها و مکانهای مورد نیاز برای عبور و نصب،کاهش می یابد.همچنین بعضی از تجهیزات و سنسورها می توانند چند وظیفه را بر عهده گیرند.به عنوان مثال حسگرهایی که برای تشخیص ورود افراد غیر مجاز به عنوان سنسورهای دزدگیر استفاده می شوند، می توانند برای بخش روشنایی خودکار ، کنترل دما و فعال شدن دوربین استفاده شوند.برای استفاده از این امکان باید دقت شود که در ریزپردازنده،دو حالت حضور و عدم حضور برنامه ریزی گردیده و توسط مصرف کننده قابل انتخاب باشد، تا در هنگام فعال بودن حالت حضور و وجود شخص در منطقه ی (Zone) مربوطه و فعال شدن سنسورها،ریزپردازنده اقدامات لازم جهت فرمان به روشنائی هاوکنترل دما را صادر نمایید ودر صورت فعال شدن حالت عدم حضور و خارج شدن فرد از ناحیه،و ورود افراد غیر مجاز،سنسورها تشخیص داده و پردازنده فرمان جهت فعال شدن دوربین و انجام وظایف تعریف شده در این شرایط مانند ضبط تصاویر،پخش صدای آژیر و تماس تلفنی را انجام دهد.
