جای هیچ تردیدی نیست که یکی از مهمترین چالش ها و موضوعات جنجال برانگیز قرن جاری در سراسر جهان، مسئله انرژی است. اهمیت این بحث در سالهای نخست دهه 1960 زمانی که تقاضا برای عرضه ذخایر نفتی و انرژی ناشی از آن افزایش چشمگیری یافت روشن شد.

 توجه به این موضوع که منابع سوخت فسیلی محدود و روبه کاهش هستند مسئولین را به فکر یافتن روشهایی جهت استفاده بهینه از انرژی انداخت. اما ما در این سمینار قصد داریم صرفه جویی در مصرف انرژی با استفاده از سیستم های مدیریت هوشمند ساختمان (BMS) را معرفی کنیم.

BMS یا Building management system که در فارسی آن را مدیریت هوشمند ساختمان ترجمه کرده اند به مجموعه سخت افزارها ونرم افزار هائی اطلاق میشود که به منظور مانیتورینگ وکنترل یکپارچه قسمتهای مهم وحیاتی درساختمان نصب می شوند.

وظیفه این مجموعه، پایش مداوم بخش های مختلف ساختمان و اعمال فرامین به آنها به نحویست که عملکرد اجزاء مختلف ساختمان متعادل با یکدیگر و درشرایط بهینه و با هدف کاهش مصارف ناخواسته و تخصیص منابع انرژی فقط به فضاهای در حین بهره برداری باشد.

 این سیستم می تواند در برگیرنده تمام سرویس های الکتریکی, مکانیکی و حفاظتی ساختمان باشد. این سرویس ها شامل گرمایش، سرمایش، تهویه مطبوع، آسانسور، نیروگاه برق اضطراری، پله برقی، کنترل روشنایی، دوربین مدار بسته، اعلام و اطفای حریق، کنترل تردد و ... هستند.

 با بکارگیری BMS در بهترین حالت باعث کاهش 10 درصدی در مصرف انرژی ساختمانها می شود. اما استفاده از سیستمهای یکپارچه نسبت به سیستمهای مجزا 15 درصد قابلیت بالاتر ایجاد می کند.

در این مقاله ابتدا در مورد معماری هوشمند بحث خواهیم کرد، سپس به بررسی سیستم های هوشمند ساختمان و زیر سیستم های مربوطه و سپس مدیریت مصرف انرژی خواهیم پرداخت.

1. 1.  مقدمه

مدیریت انرژی در تعریف به معنای استفاده مقرون به صرفه و کارآمد از انرژی است. بسته به نوع مصرفی که یک ساختمان دارد دستگاههای پرمصرف متفاوتند. در سال 1970، ورود کامپیوتر و تکنولوژی ارتباطات راه دور زندگی بشر را متحول کرد. این تغییر و تحول حتی از نظریه ای که خود جلودار این تکنولوژی بود، پیشی گرفت. از سال  1990، زندگی فردی و اجتماعی افراد، با ورود کامپیوتر و ارتباطات راه دور و در نتیجه بی معنی شدن فاصله ها، تغییرات بسیاری کرد. فضاها و مکانهای فیزیکی و تعاریفشان، درست همانند چهره انسان، در طول زمان دچار تغییر شده اند. برای مثال اتاقهای ملاقات و کنفرانس شکل مجازی به خود گرفته اند. چرا که بسیاری از عناصر و اجزاء فیزیکی آنها، جای خود را به کامپیوتر داده اند.

اين اتفاق درست همان چيزي است كه مي‌توان نامش را وحدت ميان توانايي‌هاي كامپيوتر و دنياي فيزيكي ما دانست. در هم آميختن دنياي فيزيكي ما با كامپيوتر اين امكان را فراهم مي‌آورد تا دنياي بدست آمده با ذهني كامپيوتري بيا نديشد. كامپيوتر اين توانايي را دارد كه اطلاعات را دريافت كند Input)) و آنها را با كامپيوترها و ماشين‌هاي ديگر رد و بدل كند. همچنين كامپيوتر مي‌تواند به راحتي كارهايي نظير، پويش اطلاعات، محاسبه و نتيجه‌گيري (  ( output را در مدت زمان كوتاهي انجام دهد. گويي كامپيوترها هم مي‌تواند بيانديشند، اما سريعتر از انسانها.

امروزه ساختمانها خود گونه ای از تکنولوژی هستند. آنها خود را با تکنولوژی وفق می دهند و از آن بهره می گیرند. ساختمانها به عنوان یک سازه به محض اینکه توانایی کامپیوتر را در اختیار بگیرند، هوشمند خواهند شد. نخستین بنای هوشمند از تکنولوژی در جهت مهیا ساختن محیطی امن و راحت و انرژی زا استفاده کرد. ایده یک ساختمان هوشمند، ارتباط و پیوستگی میان دسترسی، نوردهی، امنیت، نظارت، مدیریت و ارتباط راه دور را پیش رو قرار میدهد.

عامل يكپارچگي اين توانايي را به سيستمها مي‌دهد تا بتوانند اطلاعات را ميان خود رد و بدل كنند. تبادل اطلاعات ميان اين سيستم‌ها باعث مي‌شود كه خروجي اطلاعات كه همان نتيجه نهايي است، بدون ايجاد هر گونه اختلال، انجام شود. از سوي ديگر سيستمهاي خروجي اطلاعات و يا تصميم گيرنده‌هاي نهايي، سيستم‌هايي هستند پاسخگو، كه پاسخي مناسب براي اطلاعات ارسالی كه از منابع گوناگون به سيستم وارد مي‌شوند، مهيا مي‌كنند. خروجي‌هاي اطلاعات            ( output ) و سيستم‌هاي تصميم گيرنده ، اصلي‌ترين و ضروري‌ترين مولفه در اين نوع معماري كه به نام معماري پاسخگو شناخته مي‌شود، هستند.

سیستم مدیریت هوشمند ساختمان سعی دارد تا با بهره گیری از فناوری های کنترلی، مدیریت منابع و رخدادهای یک ساختمان را بسته به نوع کاربری آن (مسکونی، اداری، تجاری و ...) در دست بگیرد. هوشمندسازی سبب می شود تا تاثیر عواملی همچون خطای نیروی انسانی، نرخ وقایع و رخدادهای خارج از کنترل و سوانح کاهش پیدا کرده و باعث افزایش قابلیت اطمینان از عملکرد صحیح تاسیسات و تجهیزات ساختمان و بهبود امنیت عمومی ساختمان شود[8].

1. 2. بیان مسئله

در دنیای امروز مسئله انرژی، برای کشورهای جهان بسیار اهمیت دارد زیرا در سال های اخیر، سرعت رشد مصرف انرژی به حدی بوده است که گمان می رود با گذشت چند سال، دیگر قادر به بهره گیری از منابع نفتی و سوخت های فسیلی نباشیم. به همین دلیل حفظ و مصرف بهینه انرژی و امکانات طبیعی اهمیت یافته و به تدریج در بسیاری از کشور ها به راه حل هایی توجه شده که آسیب کمتری به محیط زیست وارد کنند. در این میان فضاهای معماری به عنوان یکی از عرصه های گسترده ای که فعالیت های انسانی در آن صورت می پذیرد، می توانند نقش مهمی در فرآیند حفظ محیط زیست و کاهش آلودگی های محیطی و نگهداشت انرژی، داشته باشند . از این روی، رویکرد معماری منطبق بر اصول زیست محیطی یکی از رویکردهای مهمی است که در طراحی و ساخت بسیاری از فضاها به آن توجه می شود.

رایانه با توانایی پردازش داده ها می تواند به عنوان مغز ساختمان عمل کند. ایده یک ساختمان هوشمند، ارتباط و پیوستگی میان دسترسی، نوردهی، امنیت، نظارت، مدیریت و ارتباط راه دور را پیش رو قرار می دهد. اما هر تکنولوژی با ورود به معماری موجب تحول در عرصه معماری شده است. در سال های گذشته ساختمان هایی طراحی و ساخته شده اند که نشان از شکل گیری سبک جدیدی از معماری تحت تأثیر استفاده از تکنولوژی رایانه دارند. این معماری جدید غالبا با نام معماری هوشمند خوانده می شود. یک ساختمان هوشمند ساختمانی است که توانایی پاسخگویی و تطابق با تغییرات پیچیده را داشته باشد و همین نکته باعث استفاده بهتر از منابع و فراهم آوردن آسایش و راحتی برای ساکنین آن می شود.

1. 3. پرسش هایی که در پیدایش این طرح پژوهشی تاثیرگذار بوده اند:

1.با توجه به اینکه سیستم ساختمان های هوشمند تا کنون در ایران به صورت تجهیزات سازمانی ایجاد می شده و بر روی ساختمان ها نصب میگردند، بنابراین اصول و مفاهیم معماری چه تأثیری بر این گونه خانه ها خواهند داشت؟

2.با توجه به هزینه هایی که برای هوشمند سازی ساختمان ها اعمال میگردد، آیا ساختن چنین خانه هایی ضروری است؟

3.در صورت از کار افتادن سیستم به هر دلیلی، خانه هوشمند چه وضعیتی پیدا خواهد کرد؟

 

1. 4. دلایل انتخاب موضوع (خانه هوشمند)

در سال های اخیر در کشور ما بحث ساختمان های هوشمند مطرح شده است. اما شکل گیری ساختمان های هوشمند با وارد کردن تجهیزات هوشمند و نصب آنها بر روی ساختمان ها بوده است و مفهوم ساختمان های هوشمند و معماری هوشمند مترادف ساختمان هایی در نظر گرفته شده است که تجهیزات الکتریکی و مکانیکی هوشمند بر روی آنها نصب شده است.

 با توجه به اینکه ورود تکنولوژی های هوشمند به داخل کشور اگر همراه با دانش آن نباشد می تواند موجب پایه ریزی غلط مفهوم ساختمان هوشمند و نوع استفاده از آن شود که ممکن است جبران آن غیر ممکن یا بسیار مشکل باشد. در این برهه نیاز به تحقیقی کامل که همه جوانب ساختمان های هوشمند شامل: تعاریف ساختمان هوشمند، تکنولوژی های مورد استفاده، چگونگی عملکرد و تأثیر آن بر معماری را در بر گیرد، احساس می شود.

 

1. 5. اهداف

بحرانی که در اواسط دهه 1965 با افزایش میزان آلودگی محیط زیست هشداری به جهانیان محسوب می شد، سبب تشکیل گروه های طرفدار محیط زیست که از حامیان محیط زیست در جهان بودند گردید و معماران نیز همسو با دیگر حرفه ها، در پی یافتن راهکارهای جدید برای تأمین زندگی مطلوب برای انسانها بوده اند. چرا که زندگی، کار، تفریح، استراحت و دیگر فعالیتها، همگی در فضاهای طراحی شده توسط معماران اتفاق می افتد و با توجه به اینکه نقاط ضعف و قوت یک ساختمان بر زیست بوم جهان تأثیر مستقیم خواهد داشت، در این مقوله وظیفه ای کاملا حساس بر عهده معماران قرار گرفت. بنابراین، مهم ترین هدف از انتخاب این موضوع توجه به روند رو به کاهش فراوان انرژی های تجدیدناپذیر کره زمین به دلیل استفاده نابخردانه و سودجویانه انسان ها در طول دراز مدت و توجه به انرژی های رایگانی ست که طبیعت با سخاوت در اختیار انسان قرار داده است.

در حقیقت هدف اصلی از طراحی ساختمان هوشمند استفاده از تکنولوژی مدرن در سیستم گرمایشی، روشنایی و امنیتی ساختمانها می باشد که باهم در ارتباط باشند. در حال حاضر بزرگترین مانع بر سر راه هوشمند کردن ساختمانها مشکلات اقتصادی و قیمت آنها می باشد. مصرف انرژی در ساختمان های کشور بیش از  40% انرژی تولیدی سالانه است که معادل 30% درآمد حاصل از فروش نفت است. عملیات بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمانها را می توان از طریق ممیزی انرژی و مطالعات پیش امکان سنجی و بهینه سازی مصرف انرژی در ساختمانهای در حال طراحی و با اعمال ضوابط و آئین نامه های مقررات ملی ساختمان اجرایی کرد. همچنین می توان با اجرای سیستمهای نوین در ساختمانها این هزینه را به شکل قابل توجهی کاهش داد و هزینه ای را که برای پیاده کردن این سیستم اجرا می شود در مدت زمان کوتاهی از راه ذخیره انرژی بدست آورد.

مقدمه

مدت زيادي نيست كه بحث درباره موضوع ساختمان هاي هوشمند در محافل عمومي مطرح شده است، اما يك ساختمان هوشمند چگونه ساختماني است؟

يك ساختمان هوشمند بنا به تعريف انستيتو ساختمانهاي هوشمند بنايي است كه با استفادة بهينه از چند عنصر پاية سازه و سيستم و خدمات و مديريت و روابط دروني آنها، محيطي مناسب و داراي صرفة اقتصادي ايجاد نمايد.

1. 6. تعاریف
      1. تعریف خانه هوشمند

تعريفي كه در كشورهاي توسعه يافته درباره يك ساختمان هوشمند عنوان مي شود چنين است:

"يك ساختمان هوشمند ساختماني است كه در بردارنده محيطي پويا و مقرون به صرفه به وسيله يكپارچه كردن چهار عنصر اصلي يعني سيستمها، ساختار، سرويسها و مديريت و رابطه ميان آنها است".

مزاياي يك ساختمان هوشمند از طريق اتوماتيك كردن سيستمهائي مانند گرمايش و تهويه مطبوع HVAC سيستم اعلام حريق و آتشنشاني، سيستمهاي امنيتي، مديريت انرژي و روشنائي به وجود مي آيد. اگر حريقي در يك ساختمان به وقوع بپيوندد، سيستم اعلام حريق با سيستم امنيتي به صورت خودكار ارتباط برقرار مي كند و از اين طريق قفل هاي كليه درها باز مي شوند و مردم مي توانند به راحتي از محل حريق دور شوند و نيز ارتباطي خودكار برقرار كرده و از اين طريق هواي سالم جايگزين هواي دودآلود HVAC سيستم امنيتي با سيستم مي شود. اصول يك ساختمان هوشمند مي گويد كه هزينه هاي واقعي يك ساختمان فقط هزينه هاي ساخت نيست بلكه بايد به آنها هزينه هاي راهبري و تعميرات را نيز اضافه كرد. ساختمان هوشمند تمامي اين هزينه ها را به وسيله كنترل اتوماتيك و يكپارچه، مخابرات و سيستم مديريت كم مي كند. در قرن بيست و يكم و تغييرات فرهنگي و تكنولوژي و همچنين تغيير نحوه ديد مردم در مورد محيط كاري و زندگي خود، چه در بخش تجاري يا صنعتي يا حتي مسكوني، نياز به محيطي كه حداكثر استفاده و حداقل هزينه را بتوان در آن تجربه كرد وجود دارد.

مفهوم ساختمان هوشمند معرف نوعی بده و بستان و تبادل قوی و بدون نقص اطلاعات میان بخش‌های مختلف ساختمان است. اصطلاح «بخش‌های ساختمان»، همه اجزایی را که در اداره کردن ساختمان نقش ایفاء می‌کنند را در بر می‌گیرد. بخش‌هایی نظیر HVAC، بخش‌های مکانیکی، ساختمانی، کنترل دسترسی، امنیتی، مدیریتی، نوردهی، نگهداری و تعمیرات، شبکه محلی و مدیریت انرژی.

ساختمان‌ هوشمند یعنی کنترل و مدیریت اجزاء یک بنا توسط کاربرانی که از توانایی‌های کامپیوتر استفاده می‌کنند تا نیازها را برآورده سازند. نیازهایی که ممکن است شامل کارآمدی، سودمندی و ذخیره انرژی، سرگرمی، ایجاد شعف و شادی، آسایش، بازگشت سرمایه و کم کردن هزینه‌های زندگی باشد. بنابراین لزومی ندارد که تعریف یک ساختمان هوشمند را به موفقیت‌ها و اهداف بسیار ویژه و آرمانی ربط داد. چرا که تعریف این موفقیتها و اهداف از موقعیتی به موقعیت دیگر تغییر می‌کند و نزد افراد گوناگون، تعاریف گوناگون دارد. یک ساختمان هوشمند باید دارای عملکرد یکسانی باشد تا این توانایی را داشته باشد که نیازهای مختلف و گوناگون را پاسخ گوید.

دانشمندان لغت «ساختمان هوشمند» را اینگونه تعریف کرده‌اند: «بنایی که در آن از آخرین تکنولوژی‌ها استفاده شده باشد». با این تعریف مشخص است که آنها به بنایی هوشمند می‌گویند که دارای بروزترین سیستمهای ساختمانی باشد. اگر چه نوآوری و ابداع در ساختمانهای هوشمند بسیار مهم است اما این به آن معنی نیست که لزوماً تبادل اطلاعات و یکپارچگی سیستم‌های ساختمان موجب می‌شود که آنرا هوشمند بنامیم.

سمپوزیوم بین المللی معماری در سال ۱۹۸۵ در تورنتو تصریح کرد که: یک ساختمان هوشمند آمیزه‌ای است از ابداعات (خواه این ابداعات تکنولوژیک باشد خواه خیر) به همراه مدیریتی بدون نقص که در این راستا و با داشتن این دو ویژگی سرمایه صرف شده تا حد زیادی باز گردد. این تعریف علاوه بر لزوم وجود ابداع و نوآوری و استفاده از تکنولوژی این موضوع را نیز یادآوری می‌کند که یکی از اهداف ساخت ساختمانهای هوشمند، این است که ساختمانهایی ساخته شوند که هر چه بیشتر سرمایه‌ای را که در ساخت و ساز صرف شده است برگردانند[1].

ممکن است اینگونه به نظر برسد که این اهداف تنها در ساخت ساختمانهای تجاری و اداری مدنظر قرار داده می‌شود اما در ساخت خانه‌های مسکونی به آنها توجه نمی‌شود. مگر اینکه این اهداف در راستای توجه به آسایش و راحتی مردم و توجه به استفاده بهینه و بهره‌برداری تمام و کمال از سرمایه، مورد توجه قرار گیرند. به علاوه اهداف دیگری که در ساخت بناهای تجاری و اداری مورد توجه است، در تعریف بالا ذکر نشده است. ارائه تعریف برای بناهای هوشمند بر مبنای ذکر اهداف ضروری در تعریف  EIBG(گروه سازنده ساختمانهای هوشمند در اروپا)¹ به وضوح مشاهده می‌شود که می‌گوید: «یک بنای هوشمند، بنایی است که کارآیی و راندمان ساکنانش را افزایش داده و امکان مدیریت موثر را بر اساس مقتضیات خاص و با کمترین هزینه فراهم آورد». راندمان و سودمندی تا حدودی غیرقابل لمس و نامحسوس هستند. که تنها با نگاهی به عملکرد گذشته و مقایسه آن با عملکرد جدید، تا حدودی می توان به این دو مفهوم دست یافت. همچنین پایین آوردن هزینه‌ها (راندمان و سودمندی) از جمله اهدافی است که باید توسط سیستم‌های کنترل کننده مورد توجه قرار گیرد.

از سویی دیگر در سال ۱۹۹۶، باب، تعریفی برای ساختمانهای هوشمند ارائه کرد.” ساختمانی که با بهره گرفتن از تکنولوژی مدرن این امکان را فراهم آورد تا بتوان اجزاء و تجهیزات مختلف را به طور خودکار کنترل کرد”. این تعریف به خوبی نشانگر روند تبادل اطلاعات بین اجزاء کنترل کننده و اجزاء کنترل شونده، در ساختمانهای هوشمند است. روند فرماندهی ساختمان در تعریف DEGW ² در سال ۱۹۹۸ ذکر شده است. این تعریف بیان می‌کند که یک ساختمان هوشمند در برابر نیازهای کاربران خود بسیار پاسخگوتر است و توانایی هماهنگی یا تکنولوژی جدید را دارد و می‌تواند خود را با تغییرات سازمانی ساختمان، هماهنگ کنند. این تعریف یک مبحث بسیار مهم را درباره روند فرماندهی ساختمان دربرمی‌گیرد[9].

کلمه «پاسخگو» در این تعریف بیانگر معنای «خروجی سیستم» است. کلمه «در برابر نیازهای کاربران» معرف توانایی سیستم در شناخت و تشخیص «نیازها» به وسیله تحلیل ورودیهای کاربران است. کلمه «هماهنگی» نشانگر توانایی سیتسم برای هماهنگ شدن است. خواه این هماهنگی توسط خود سیستم انجام شود خواه به وسیله دیگران.

در سال ۱۹۸۸، معماری بنام «اتکین» تعریفی برای ساختمانهای هوشمند ارائه کرد. او گفت: یک ساختمان هوشمند ساختمانی است که از وقایعی که در درون و برون آن رخ می‌دهد مطلع است و می‌‌تواند در مواجهه با این وقایع و برای بوجود آوردن محیطی دلچسب برای کاربرانش، موثرترین و بهترین تصمیمات را در همان زمان بخصوص، اتخاذ کند. «اتکین» در تعریف خود علاوه بر توانایی کسب اطلاعات (input  ) و توانایی پاسخگویی (output  )، فاکتور زمان را نیز دخیل کرد. بر مبنای این تعریف همه تصمیمات سیستم در مواجهه با وقایع درون و برون ساختمان باید در زمان خاص خود اتخاذ شوند و اگر این تصمیم گیری ها در زمان دیگری انجام شوند، ارزشمند نخواهند بود. کلمه «مطلع است» در تعریف «اتکین» به معنای اطلاعات دریافت شده (( input  و وسایل ارتباطی است که اطلاعات به وسیله آنها به سیستم کنترل وارد شده و جمع آوری می‌شود. کلمه «تصمیم می‌گیرد» در این تعریف بیانگرهمه انواع پاسخ‌هاست. مانند تصمیم سیستم برای تعادل دمای درون بنا، هماهنگ فرم ساختمان که همه اینها تحت عنوان خروجی سیستم  (output) قرار می‌گیرند.

تحولی که در زمینه ارتباطات راه دور و همچنین علم الکترونیک رخ داد موجب گسترش تواناییهای ساختمانهای هوشمند شد. توانایی یادگیری در سیستم‌های یکپارچه که شامل اصطلاح «هماهنگی» است و در تعریف DEGW  ذکر شده است، موجب می‌شود که سیستم بتواند از تجربه‌های مشابه در موارد دیگر استفاده کند. تا با توجه به این تجربه‌ها و آموزه‌ها بهترین تصمیمات را اتخاذ کند. علاوه بر توانایی یادگیری سیستم، اطلاعاتی که بین بخش‌های مختلف رد و بدل می‌شود باید در BCS که همان بخش کنترل ساختمان است، مورد تحلیل و پردازش قرار گیرند که در حقیقت بخش BCS به منزله مغز ساختمان است.

با این اوصاف، ویژگی‌های اصلی که یک ساختمان در صورت دارا بودن به نام هوشمند خوانده می شود به قرار زیر هستند.

•   ورودی سیستم که وظیفه دریافت اطلاعات را به وسیله ابزارهای دریافت کننده برعهده دارد. input))

•   پردازش و تحلیل داده های اطلاعاتی

•   خروجی سیستم که در مواجهه با اطلاعات دریافت شده توسط ورودی سیستم، پس از پردازش آنها، اقدامات لازم را اتخاذ می‌کند. (output)

•   ملاحظات زمانی که موجب می‌شود تا تصمیمات اتخاذ شده در زمان مقرر رخ دهند.

•   توانایی یادگیری.

بنابراین تعریف معماری هوشمند باید ویژگیهای بالا را دربربگیرد[2].

               

در ادامه به بحث پیرامون این ویژگی ها می پردازیم تا سهم و نقش هر یک را در ساختمان های هوشمند روشن سازیم.

 

15. 1. 2. اجزای اصلی معماری هوشمند:
16. 2-2-2-1- ورودی ها

هر بخشی در یک ساختمان هوشمند باید دارای تجهیزاتی باشد که توسط آنها اطلاعات دریافت شده و وارد سیستم کنترل شوند سیستم می تواند اطلاعات مورد نظر خود را از روش های زیر به دست آورد.

16. 2-2-2-2- حسگرها

زمانی که از معماری هوشمند سخن می گوییم، نقطه شروع باید حسگرها باشند. حسگرها ابزارهایی هستند که اطلاعات داخلی و خارجی ساختمان را جمع آوری می کنند. در فضای داخلی، حسگرها این امکان را برای سیستم ها فراهم می کنند تا درک درستی از شرایط درونی ساختمان داشته باشد. در فضای خارجی، آنها اطلاعات را از محیط بیرونی ساختمان، در زمانهای معین دریافت و جمع آوری می کنند.

حسگرها به منزله عصبهای یک ساختمان هستند که می توانند شرایط خاص را حس کرده و تصمیم های مورد نیاز در قابل شرایط درونی و برونی بنا را اتخاذ کنند[2].

انواع حسگر

حسگرها به 9 دسته کلی تقسیم می شوند که حسگرهای درون و بیرون بنا زیر مجموعه های این سه قسم هستند.

حسگرهای پرتو خورشیدی، حسگرهای نظارتی و امنیتی، حسگرهای آلودگی صوتی، حسگرهای تغییر رنگ و نمای بصری از جمله حسگرهای بیرونی هستند. حسگرهای بخش هایی نظیر بخش انرژی، کنترل هوا، بخش نوردهی، تهویه مطبوع از انواع حسگرهای درون بنا هستند که به وسیله آنها اهداف گوناگونی محقق می شوند. گروه های یاد شده به قرار زیر هستند:

حسگرهای امنیتی و مراقبتی که در خدمت محیط درون و بیرون ساختمان هستند.

الف- حسگرهای آتش و دود

ب- حسگرهای دوربین های مدار بسته

ج- حسگرهای ورود و خروج

د- حسگرهای لرزش و شتاب

ه- حسگرهای حرکت

ی-حسگرهای تشخیص کیفیت هوا

•   حسگرهای دما

دما یکی از عوامل اصلی در آسایش حرارتی است و همواره در حال تغییر است. انواع مختلفی از  حسگرهای دما برای استفاده در تجهیزات مکانیکی و غیره وجود دارد. یکی از متداولترین حسگرهای خانگی دما ترموستات های داخل اتاق است. نقطه تنظیم ممکن است بسته به متغیرهای فیزیکی تغییر کند.

•   حسگرهای رطوبت

اندازه گیری رطوبت در کنترل شرایط اهمیت دارد، اما مشکلات عملی در جریان و آلودگی را نشان نمی دهد. حسگرهای مکانیکی ساده ای وجود دارند که بر مبنای انبساط یا یک لایه نایلون در اثر افزایش رطوبت نسبی محیط کار می کنند. این عناصر می توانند در نم سنج ها به کار گرفته شوند. آنها برای تشخیص آلودگی نیز کاربرد دارند اما دارای دقت پائینی هستند. در حالیکه انواع مختلفی حسگر رطوبتی وجود دارد.

حسگر لایه یک اندازه گیری مستقیم از رطوبت نسبی ارائه می دهد و به شکل گسترده مورد استفاده قرار می گیرد. عنصر حس کننده بوسیله یک غشاء یا فیلتر توری محافظت می شود. در جائیکه یک اندازه گیری دقیق از نقطه شبنم مورد نیاز است بویژه در رطوبت های پائین با دماهای پائین حسگر نقطه شبنم بیشترین دقت در اندازه گیری را عرضه می کند. این حسگر شکل گیری یک قطره کوچک روی سطح آینده ای کوچک که سرد نگهداشته می شود را حس می کند، دمایی که در آن تقطیر صورت گرفته است نقطه شبنم را مشخص می کند. حسگرهای نیز وجود دارند که دما و رطوبت نسبی را با همدیگر اندازه می گیرند و می توانند نقطه شبنم را با یکدیگر اندازه بگیرند و به علاوه مقدار دما و رطوبت را با یکدیگر ارائه دهند.

در بعضی مواقع مانند کنترل سقف سرد، پیش بینی شکل گیری تقطیر در سطح سرد ضرورت دارد. دو حسگر در اینجا استفاده می شود. یکی مانند رطوبت سنج عمل می کند. عنصر حس کننده شامل یک صفحه فلزی نازک می شود که در تماس با صفحه سرداست. واحد کنترل مقدار عددی رطوبت نسبی و از زمانیکه حسگر به مقدار پیش فرض 37 درصد می رسد و احتمال تقطیر بوجود می آید، گزارش می دهد. نوع دیگر وجود تقطیر را با استفاده از مقاومت الکتریکی از طریق یک ردیف از اثرات تماسی زیر لایه های که در تماس مناسب با سطح سرد هستند پیدا می کند و گزارش می دهد.

•   حسگرهای فشارهوا

فشار بیشترین اندازه گیری را بعد از دمای هوا دارد. بیشتر حسگرهای فشار شامل دیافراگم یا لایه ای می شوند که در نتیجه فشار هوا که از درون آنها عبور می کند حرکت می کنند. حرکت نتیجه فشار است و مسئله اندازه گیری به طور اساس اندازه گیری مقدار جابجایی است.

فشار ممکن است با توجه به فشار جو اندازه گیری شود. فشار در درون یک ساختمان بوسیله تجهیزات مکانیکی، بازشوی در و پنجره ها و اثر انباشتگی مشخص می شود یک حسگر فشار ثابت باید در هوای آزاد حداقل 1 متر بالای سطح نصب شود که با یک محافظ باد احاطه شده باشد. ساختار دیا فراگم یا غشاء بیشتر به فشار کارکردی بستگی دارد و حسگرهای فشار بیشتر ممکن است با آب و هوا استفاده شوند.

•   حسگرهای جریان آب و گاز

در مسئله جریان سرعت و جهت سیال اهمیت دارد. در عمل جهت جریان بوسیله راکت یا لوله مشخص می شود و اندازه گیری سرعت است که اهمیت دارد. جریان در یک راکت ممکن است مستقیماً اندازه گیری شود یا از طریق اندازه گیری سرعت و اطلاعات مربوط به سطح مقطع راکت بدست آید. ملزومات دما و فشار نیز ممکن است در نظر گرفته شود. برای روانی خوب سیال در یک لوله یا راکت سرعت پخش در مقطع عرضی باید محاسبه شود.

•   حسگرهای تشخیص محتویات هوای درون بنا

برای اینکه تشخیص داده شود که ساختمان نیاز به تهویه دارد یا نه باید کیفیت هوای داخل مشخص شود. تشخیص مقدار دی اکسید کربن چیزیست که در این نوع حسگرها بیشتر از همه اهمیت دارد. اگرچه که مقداری اکسید و کربن معیار مشخصی برای دیگر آلودگی ندارد اما شاخص خوبی برای مقدار تهویه محسوب می شود. حسگرهایی که چند گاز پاسخ نشان می دهند اما این پاسخ یکپارچه نمی تواند ملاکی برای مقدار آلودگی که افراد حس می کنند باشد این گونه حسگرها در ساختمان هایی که حضور افراد اهمیت کمتری دارد مناسب تر است. حسگرهایی که گازهای حاصل را حس می کنند کارکرد بیشتری در مکان هایی دارند که تهویه برای افراد اهمیت دارد[10].

16. 2-2-2-3- بایگانی اطلاعات و رجوع مجدد:

هر سیستم هوشمند باید توانایی بایگانی اطلاعات و رجوع مجدد به آن ها را داشته باشد. کلمه رجوع مجدد به این معناست که برای مثال سیستم باید بتواند سناریوی مشخصی را در اتاق کنفرانس زمانبندی کند و اگر نیاز باشد که این اتاق به شبکه متصل شود و سیستم تهویه مطبوع خواستار دمای 75 درجه فارنهایت در زمان معینی باشد، سیستم باید بتواند به اطلاعات گذشته خود رجوع کرده و آنها را بازخوانی کند و شرایط مورد نیاز را فراهم آورد. بایگانی نقش حافظه را در سیستم هوشمند بر عهده دارد.

16. 2-2-2-4- برنامه ریزی دستی:

سیستم باید به گونه ای باشد که کاربران خودشان بتوانند آنرا برنامه ریزی کنند. یک کاربر باید بتواند در هر زمانی با توجه به شرایط و مقتضیات جدید برنامه ای نو بر روی سیستم طرح کند.

16. 2-2-2-5- اینترنت

اینترنت به سیستم مدیریت هوشمند ساختمان این اجازه را می دهد تا متوسط توابع ورودی، با وجود محدودیت های جغرافیایی، یکپارچه و توسعه یافته شود و به آسانی تمام داده ها از هر نقطه سایت انتقال دهد و این باعث می شود که کاربرد حفاظت آن برای کاربردهای سیستم های ساختمانی راحت تر شود.

اتصال بخش های مختلف سیستم به اینترنت این امکان را فراهم می آورد تا اجزا مختلف به روز شوند و اطلاعاتی را که توسط شرکت های مختلف رایانه ای بر روی اینترنت قرار داده شده است دریافت کنند. بیشتر سیستم های رایانه ای و کنترلی دارای فایلهای به روز رسانی هستند و شرکت های فراهم کننده این فایل ها را بر روی اینترنت قرار می دهند. بنابراین اگر سیستمی بخواهد به روز باشد و عملکرد بهتری داشته باشد ناگریز است با ارتباط با شرکت های فراهم کننده فایلهای به روز رسانی از طریق اینترنت، سیستم های کنترلی اش را به روز نگه دارد[3].

1. 1. 3. سیستم ها و عناصر تأثیرگذار بر طراحی یک خانه هوشمند:

به طور کلی تکنولوژی ها و زیر سیستم هایی که در یک ساختمان هوشمند به کار گرفته می شود شامل موارد زیر می باشد:

- تأسیسات مکانیکی

- سیستم های روشنایی

- مصالح هوشمند

- کنترل سایبان ها و صفحات منعکس کننده

- سیستم های کنترل تردد و سیستم های امنیتی

- آسانسور و پله برقی

- سیستم اعلام و اطفاء حریق

- سیستم دوربین مدار بسته

16. 2-2-3-1- سیستم های کنترل هوشمند تأسیسات گرمایی و سرمایی

به علت عدم تغییر دمای آب گرم یا سرد ارسالی به ساختمان، متناسب با تغییرات دمای هوای محیط در بسیاری از زمان ها، دمای داخل ساختمان از محدوده آسایش خارج می شود. در نتیجه علاوه بر مصرف بی رویه انرژی در ساختمان، آسایش حرارتی ساکنین نیز تحت الشعاع قرار می گیرد. برای اصلاح این نقطه ضعف، امروزه از سیستم های کنترل هوشمند موتورخانه به طور فراگیر در کشورهای پیشرفته جهان استفاده می شود. سیستم های کنترل هوشمند موتورخانه، با استفاده از حسگر های دمایی، لحظه به لحظه اطلاعات ساختمان را دریافت و پردازش می کنند و تجهیزات موتورخانه را در راستای کاهش مصرف انرژی و ارتقای سطح آسایش ساکنین، به نحو بهینه راهبری می نماید. برای دستیابی به این هدف، حسگرهایی در حداقل دو موقعیت از موارد زیر نصب و بهره برداری می گردند:

- حسگر دما در ضلع شمالی ساختمان ( دمای هوا )

- حسگرهای دمای کلکتورهای رفت و برگشت آب گرم و سرد ارسالی

- حسگرهای دمای ورودی ها و خروجی های منابع آب گرم بهداشتی

- حسگرهای دمای مسیر رفت و برگشت برج های خنک کننده

- حسگر های دمای داخل ساختمان ( دمای هوا )

- حسگرهای رطوبت نسبی داخل و خارج ساختمان

با پردازش اطلاعات حرارتی فوق توسط سیستم کنترل هوشمند و اعمال فرمان های کنترلی لازم به تجهیزات موتورخانه، دمای آب چرخشی متناسب با تغییرات دمای هوای خارج ساختمان تنظیم و به ساختمان ارسال می گردد، تا شرایط آسایش فضاهای داخل ساختمان تأمین شود. به عبارت دیگر با گرم شدن دمای هوای خارج در زمستان آب گرم چرخشی با دمای پایین تری به پایانه های حرارتی ساختمان ارسال می گردد و با خنک شدن دمای هوای خارج در تابستان، آب سرد چرخشی با دمای بالاتری به سمت پایانه های برودتی ساختمان ارسال می شود.

برای تأمین دمای آب گرم بهداشتی توسط سیستم کنترل هوشمند نیز تجهیزات موتورخانه صرفا به اندازه ای کار می کنند که دمای آب گرم بهداشتی در ساعتهای مورد نظر در حد مطلوب تثبیت گردد. سیستم های کنترل هوشمند موتورخانه، علاوه بر ویژگی های فوق، دارای قابلیت های دیگری نیز از جمله کنترل رادیویی برق هواسازها و فن کویل ها، کنترل شیرهای برقی تابستانی و زمستانی می باشند.

با داشتن این خصوصیات، سیستم کنترل هوشمند موتورخانه موجب کاهش چشمگیر مصرف سوخت، برق، استهلاک تجهیزات و همچنین کاهش تولید آلاینده های زیست محیطی می گردد[2].

16. 2-2-3-2- تاسیسات مکانیکی

در این سیستم ها مبتنی بر بهینه سازی مصرف انرژی ساختمان و کنترل صحیح تجهیزات مولد انرژی می باشد، عملیات کنترل در لایه های مختلف سیستم اعمال می شود.

در سیستم سنتی عملیات کنترل عملکرد تجهیزات بصورت کلی و کاملا مستقل صورت می گیرد برای مثال در کنترل چیلر جذبی با پایین آمدن اختلاف دمای آب سرد رفت و برگشت به مواد ساختمان، شیر بخار یا آب گرم ورودی به تدریج بسته می شود تا عملیات سودسازی کاهش یابد اما همکاری بین چیلرها و یا همزمان فعالیت چیلرها با پمپ های تزریق آب به داخل سیستم وجود ندارد. در سیستم کنترل هوشمند تمام تجهیزات نصب شده در سطوح مختلف اعم از موتورخانه، اتاق هواساز و یا در بالاترین سطح شوفاژ یافتن کوئیل ها، اعضای یک پیکره کنترلی می باشند و فعالیت آنها در راستای یکدیگر است. این سیستم توانایی آن را دارد تا در حالت پشتیبان، تمام تجهیزات را بصورت اتوماتیک در صورت خرابی جایگزین یکدیگر نماید. با پیاده سازی این سیستم مزایای زیر در عملکرد تجهیزات کاملاً در دسترس است.

1.  صرفه جویی در مصرف انرژی

2.  کاهش هزینه های نگهداری تجهیزات مکانیکی

3.  کاهش ضریب استهلاک تجهیزات

4.  کنترل آسان و مرکزی سیستم

5.  ایجاد گرما و رطوبت مطلوب در سطح ساختمان

6.  برنامه ریزی متمرکز برای تجهیزات مبتنی بر زمان مناسب عملکرد

7.  امکان بهره گیری از دیگر سیستم های هوشمند در عملکرد صحیح

8.  امکان تغییر موردی عملکرد تجهیزات با توجه به تغییرات آب و هوا و نیز تغییرات فصول

9.  امکان کنترل تجهیزات از راه دور توسط شبکه جهانی اینترنت

10.  امکان اعلام خرابی به هوش های مختلف اعم از فکس، از آلارم به شکل بوق و غیره

11.  طراحی زیرساختاری بر مبنای تجهیزات مناسب به فراخور نیاز تاسیساتی ساختمان برای مثال انتخاب هواسازی یا امکان کنترل و تامین رطوبت، دما، دمپرهای هوای تازه، برگشتی و یا هوای مناسب تزریق شده به محیط

12.    مشخص شدن محل و نوع کنترل فضا از جهت نصب ترموستات های دیواری

همچنین چنانچه سیستم های مکانیکی توسط سیستم حریق هوشمند کنترل شوند می تواند فواید زیر را دارا باشد.

13.  اجازه دادن به افراد برای تنظیم دمای مناسب محل ( با محدودیت های خاص )

14.  تحت نظر داشتن دما و تنظیم کردن آن بر اساس شرایط استفاده

15.  تنظیم کردن کیفیت هوای داخل بر مبنای ساکنین ساختمان و استانداردهای ساختمان

16.  تنظیم کردن دما، رطوبت و سرعت جریان هوا و غیره

17.  استفاده از سیستم های حجم هوای متغیر با حجم هوای ثابت بر اساس طراحی، نوع اول کنترل فردی بیشتری را در اختیار می گذارد.

16. 2-2-3-3- فن خروج هوا با حسگر رطوبت نسبی هوا

در مواقعی که ساکنین در برخی قسمت های ساختمان حضور ندارند، کاربرد فن خروج هوا که دارای حسگر رطوبت نسبی هوا است امکان کاهش دبی هوا را فراهم می آورد و این امر موجب کاهش سهم مصرف انرژی مربوط به تهویه و تعویض هوا و همچنین افزایش طول عمر فن های خروج هوا می گردد.

دریچه ورود هوا با حسگر رطوبت نسبی هوا:

همانند فن های خروج هوا، دریچه های ورود هوا نیز مجهز به حسگر رطوبت نسبی هوا هستند. این امر باعث می گردد که دبی هوای ورودی در زمان هایی که ساکنین در ساختمان حضور دارند و از تجهیزات آلاینده هوا (همچون پکیج، بخاری و آب گرم کن و ...) استفاده می شود، افزایش یابد و در اوقات دیگر روز دبی حداقل لازم تأمین گردد. این دریچه ها در داخل دیواره های خارجی ساختمان نصب می شوند.

16. 2-2-3-4- سیستم های روشنایی

سیستم های روشنایی برای ساختمان های هوشمند شامل شکل ها و عملکردهای متفاوتی می شود. نورپردازی در هر ساختمانی نسبت به ساختمان دیگر متفاوت است. هدف نهایی تامین نور مورد نیاز برای ساکنین در انجام کارها به صورت موثر و مطلوب است. بعضی از سیستم های روشنایی موجود شامل موارد زیر می شود:

- خاموش و روشن شدن اتوماتیک با استفاده از سلول های نوری یا برنامه های رایانه ای

- تنظیم میزان نور از طریق استفاده از پنجه های فتوکروماتیک

- اجازه دادن به اشخاص برای تنظیم نور از طریق رایانه یا با استفاده از تلفن

- قطع یا وصل کردن مدارات با استفاده از برنامه های رایانه ای

- مدیریت مصرف انرژی از طریق مشاهده ساکنین ساختمان و تنظیم روشنایی بر اساس آن.

استفاده از سیستم های هوشمند روشنایی دارای مزایای متعدی است که بعضی از آنها در ذیل آورده شده است:

1.  کنترل هوشمند روشنایی بر اساس شدت نور مورد نیاز و مناسب هر فضا تعریف می شود نه بر اساس تعداد و تنوع پمپ های روشنایی و این همان عامل اصلی کاهش انرژی مصرفی در ساختمان های هوشمند می باشد.

2.  تفاوت اساسی که بین سیستم های روشنایی سنتی و نوع هوشمند وجود دارد آن است که در ساختمان هوشمند، سیستم انتقال قدرت و سیستم کنترل کاملاً مجهز از یکدیگرند و این به معنی آن است که هیچ ارتباط فیزیکی بین وسایل کنترل (مثل کلیدها، سنسورها و ....) و مصرف کننده ها (مثل لامپ ها و ...)  وجود نخواهد داشت.

مسیر انتقال قدرت و انتقال سیگنال های کنترلی کاملاً مستقل از یکدیگرند در این سیستم وسایل کنترلی از طریق کابل کنترلی مخصوص و ترمینال های ویژه آن به هم متصل شده و وارد تابلوی کنترل می شوند و از طرفی خطوط انتقال قدرت از لوپ های تعریف شده وسایل روشنایی مستقیماً به تابلو می روند.

3.  از دیگر مزایای پیاده سازی سیستم هوشمند در ساختمان آن است که در هر شرایطی که منطبق کنترلی تغییر کند، می توان بدون کوچکترین تغییر فیزیکی (برای مثال تغییر در سیم کشی و ...) و صرفاً با اعمال تغییرات در برنامه ریزی و یا اصولا برنامه ریزی مجدد تجهیزات کنترلی، منطق جدید را پیاده سازی کرد.

4.  در سیستم روشنایی هوشمند، امکان تعریف منطق های روشنایی یکپارچه به راحتی میسر می گردد. برای مثال می توان حالت مختلفی مانند وضعیت ساکنین، مهمان، مسافران، مجالس، خروج از منزل و ... را تعریف و اجرا کرد که سیستم هوشمند به طور خودکار در وضعیت های فوق تنظیم می گردد.

5.  هوشمند سازی امکان ارتباط ساختمان با شبکه را به راحتی میسر می سازد و این به معنای آن است که کلیه ادوات روشنایی و اصولاً کلیه لوازم الکتریکی ساختمان هوشمند از راه دور و از طریق خط تلفن و یا شبکه اینترنت یا شبکه های محلی قابل هدایت و کنترل می باشند.

6.  برنامه ریزی متمرکز مبتنی بر زمان

7.  برنامه ریزی جهت ایجاد روشنایی منقطع در صورت حضور ساکنین و یا عبور افراد

8.  کنترل روشنایی بوسیله کاهنده های اتوماتیک ولتاژ

9.  کنترل کلیدها بوسیله ریموت کنترل

10.  ایجاد روشنایی مناسب با تلفیق نور طبیعی و مصنوعی به وسیله کنترل خودکار پرده ها

11.  کنترل روشنایی بر اساس شدت روشنایی محیط

12.  ایجاد نور مناسب، مطلوب، مرغوب و جلوگیری از اتلاف انرژی با حذف مصرف کننده های زائد

13.  امکان بهره برداری از سیستم های هوشمند کنترل روشنایی برای ایجاد نورپردازی های ویژه

14.  امکان تغییر سریع و آسان کلیدها و دیگر المان های روشنایی

15.  ارتباط موثر این سیستم تجهیزات کنترلی

16. 2-2-3-5- سیستم های کنترل تردد و سیستم های امنیتی

این سیستم ها برای طبقه بندی دسترس به مکان های مختلف طراحی شده است. منظور از طبقه بندی، برنامه ریزی روی زمان، مکان و افراد است. برای مثال راهرویی در تمام ساعات روز پر تردد و در ساعات خاصی از شب تردد ممنوع می باشد. در این صورت چنانچه اتفاق خاصی خلاف روال عادی رخ دهد سیستم به ما اطلاع خواهد داد. از طریق دیگر بعضی از درها تنها اجازه ورود به افراد خاصی را می دهند و همه امکان ورود و خروجی ندارند. بدیهی است که با پیاده سازی سیستم مذکور تنها افرادی مجاز به تردد خواهند بود که دارای مجوز عبور (کد، کارت ورود، اثر انگشت معرفی شده و ...) باشند. سیستم کنترل دسترسی محدودیتی نسبت به نوع محل مورد استفاده ندارند. بلکه سیستم بسته محل که می تواند مسکونی، اداری، تجاری، تفریحی و ... باشد، راه حل مناسب را ارائه داده و کنترل فضاها را بر عهده میگیرد.

16. 2-2-3-6- سیستم اعلام و اطفاء حریق

یکی از مهمترین ارکان حفظ امنیت در داخل ساختمان پیاده سازی سیستم اعلام حریق به منظور اطلاع سریع وقوع حادثه آتش سوزی است. محل نصب سنسورها، نوع سنسورهای انتخابی، نوع سیستم، پروتکل مورد استفاده و نیز مسائلی از این قبیل از مهمترین ارکان سیستم کنترل حریق هستند که با توجه به نوع محل، از سنسورهای حرارتی، سنسورهای دودی، سنسورهای حساس به گازهای سمی و سیستم مکش جهت نمونه برداری محیط و ارائه عکس العمل سریع در برابر حریق استفاده می شود. استانداردهای جهانی در همین راستا تدوین شده اند که به تائید محصولات ساخته شده توسط سازندگان و نیز روش های اجزا سیستم می پردازد. یکی از مهمترین ارکان حفظ امنیت در داخل هنگام وقوع حریق نیاز است در مکان هایی که از بعد امنیت فیزیکی و تجهیزات دارای اهمیت خاصی هستند، از رشد و افزایش حریق تا رسیدن نیروهای امداد جلوگیری شود. سیستم اطفاء حریق در مواردی نیز می تواند به عنوان اطفاء کننده کامل حریق وارد عمل شود. سیستم فوق بصورت هماهنگ با اعلام حریق عمل می کند و در مراحل اطفاء گازی با حس کردن حریق، فرمان اطفاء صادر شده و در محل مورد نظر تخلیه گاز صورت می گیرد که با توجه به نوع محل از گازهای مناسب نظیر: دی اکسید کربن، آرگون، هالون، افشانه های آب جهت اطفاء سیستم های گازهای تلفیقی استفاده می شود.

مزایای سیستم اعلام و اطفای حریق:

1.  انجام عملکرد سریع و مناسب هنگام وقوع حریق

2.  امکان مشخص نمودن قطر ذرات دود

3.  امکان برنامه ریزی جهت زمان عملکرد سیستم اعلام حریق

4. پیاده سازی بصورت آدرس پذیر و معمولی

5. یکپارچه سازی و توانایی برقراری ارتباط و ایجاد هماهنگی با سایز و زیر سیستم های هوشمند امنیتی و اخباری از قبیل سیستم کنترل دسترسی به منظور کنترل بیشتر

6. استفاده از نرم افزارهای گرافیکی جهت ردیابی نزدیکترین و سریعترین راه جهت رسیدن به محل حریق و نیز مشخص نمودن محل دقیق آتش

7. استفاده از تکرار کننده های منطقه حریق در محل های مختلف ساختمان

8. استفاده از فرمول های اتصال جهت هماهنگی با تجهیزات جانبی حریق از قبیل دمپرهای تخلیه دود و یا فن های فشا رمنفی و مثبت مناطق حریق

9. قابلیت توسعه سیستم در فضاهای جدید الاحداث

10. استفاده از پنل مشترک کنترلی با سیستم اعلام حریق

11. امکان گزارش گیری از اطفاء و انتقال آلارم مناسب به دیگر زیر سیستم های کنترلی مانند کنترل روشنایی، کنترل دسترسی و ...

12. امکان اطفاء حریق در زیر کف کاذب و بالای سقف کاذب

13. امکان اطفاء حریق و کنترل کامل آن در داخل سرور و دیگر تجهیزات اکتیو شبکه

14. امکان کنترل و دستی و اتوماتیک سیستم اطفاء به جهت صرفه جویی در گاز اطفاء حریق

15. امکان استفاده از مخازن ذخیره جهت کنترل افزایش زمان و شدت حریق

16. امکان کنترل تخلیه گاز بصورت مرحله ای و نیز یکباره

16. 2-2-3-7- سیستم دوربین مدار بسته

سیستم دوربین های مدار بسته یکی از ارکان اصلی هوشمند سازی ساختمان هاست. نسل جدید این سیستم ها با قابلیت مشاهده تصاویر از هر جای دنیا بوسیله اینترنت و با کیفیت بسیار مطلوب را دارد.

1.  کنترل امنیت مکان ها بصورت تصویری

2.  کنترل تردد افراد و یا نحوه عملکرد پرسنل به جهت کنترل فضاها و نیروی انسانی

3.  بسته به نوع کاربری فضاها، رویکرد پیاده سازی هر کدام از منطق های مذکور همچنین روش های کنترل تصاویر بر اساس نوع سخت افزاری و نیز منطق نرم افزاری مورد نظر ساختمان تغییر خواهد کرد.

4.  استفاده از دوربین های آنالوگ، دیجیتال و یا دوربین هایی با آدرس پذیری شبکه

5.  استفاده از توزیع کننده های مناسب بر اساس پورت های تصویری

6.  استفاده از سرورهای مناسب با سرعت بالا جهت پردازش هوشمند تصاویر

7.  ضبط تصاویر و با تمام اطلاعات پایه از قبیل تاریخ، ساعت

8.  زمان بندی فعالیت دوربین ها در بازه های زمان[4].

16. 2-2-3-8-  مصالح هوشمند

مواد هوشمند موادی هستند که با عملکردی هوشمندانه در مقابل تغییرات محیط می توانند مانند موجودات زنده خود را با شرایط محیطی منطبق سازند. برخی از این مواد، هر نوع خدشه و خرابی در ساختار خود را پیش بینی کرده و نقایص خود را برطرف می سازند. یک یا چند ویژگی این مصالح مانند شکل، میزان سختی، فرکانس و رنگ آنها در یک حالت کنترل شده یا تحت اثر محرک خارجی مانند فشار، دما، رظوبت، PH، نیروی الکتریسیته یا میدان مغناطیسی به صورت قابل توجهی تغییر می کند. روند پیشرفت این مواد از مصالح سازه ای و عملکردی آغاز شده به سمت ساخت مصالح Hyper- Functional که بر مصالح بیولوژیکی نیز برتری دارند پیش می رود.

مواد هوشمند و یا انطباق پذیر خود به دو گونه هوشمند و نیمه هوشمند قابل تقسیم می باشند. در مواد هوشمند در برابر محرک های فیزیکی یا شیمیایی تغییرات بازگشت پذیر فیزیکی و شیمیایی ایجاد می شود. این تغییرات در مواد کاملا هوشمند به صورت نامتناهی بازگشت پذیر است. در صورتی که مواد نیمه هوشمند توانایی محدودی در تعداد دفعات تغییرات دارند، یک محرک می تواند چند تغییر در ماده ایجاد نماید و یا چند محرک مختلف می توانند موجب تغییر خاصی در ماده گردند. محرک های عمده عبارتند از: تغییر محیط شیمیایی، میدان مغناطیسی و الکتریکی، فشار، حرارت، نور و اشعه ماورا بنفش. تغییرات حاصل، بازده وسیعی را پوشش می دهد[4].

انواع مصالح هوشمند

مصالح هوشمند از نظر کارکرد به انواع زیر تقسیم می شوند:

مواد کروموژنیک

مواد پیزوالکتریک

آلیاژهای دارای حافظه

مصالح الکتروهوستاتیک ER و مگنتاهستاتیکMR

شیشه هوشمند

شیشه های ترموکرومیک

شیشه های الکتروکرومیک

شیشه های کریستال مایع

شیشه های خود شو

 

مصالح کروموژنیک

مصالح کروموژنیک خاصیت نوری خود را در پاسخ به محرک های خارجی (میدان الکتریکی، تزریق یون، شدت نور و دما) تغییر می دهند. دامنه این تغییر از شفافیت کامل و انعکاس جزیی تا جذب یا پخش کل نور مریی گسترده است. به این ترتیب مصالح الکتروکرومیک، ترموکرومیک، فتوکرومیک و هالوکرومیک در زیر مجموعه این مواد قرار می گیرند. با در نظر گرفتن عامل محرک بین انواع Adaptive این مصالح ( فتوکرومیک پاسخ گو به شدت نور و تروکرومیک و تروموتروپیک پاسخگو به دما ) و مصالحSwitchable  کریستال مایع و GC وEC  باید تفاوت قائل شد. به این ترتیب مزایای کنترل خودکار و کنترل انتخابی مصالح مشخص می شود. به عبارت دیگر برخی مصالح کرموژنیک قابلیت کنترل انتخابی داشته و از این نظر تفاوت عمده ای با مصالح فتوکرومیک و ترموکرومیک دارند. زیرا این تغییرات مصالح فتوکرومیک و ترموکرومیک هر چند ممکن است در برخی موارد مطلوب نباشد اما به صورت خودکار انجام می شود. اما مصالح کروموژنیک Switchable توسط کابر قابل کنترل هستند و به سیستم مدیریتی ساختمان BMS نیز نیز می توانند متصل شوند.

مصالح الکتروکرومیک موادی هستند که با استفاده از جریان الکتریکی تغییر رنگ یا شفافیت می دهند ( مانند کریستال های مایع ) شاید این مصالح مناسب ترین نوع برای کنترل انرژی در ساختمان ها باشند.

شیشه های ساخته شده با این مصالح سریعا از حالت شفاف به کدر تغییر یافته و نور را پراکنده می سازند. عملکرد اولیه آنها ایجاد محرمیت وکنترل خیرگی است. تغیر رنگ مصالح تروکرومیک به تغییرات دما بستگی دارد. مصالح هالوکرومیک (حساس بهPH ) مصالحی هستند که در نتیجه تغییر میزان اسیدیته تغییر رنگ می دهند. یکی از موارد استفاده برای رنگ هایی است که می توانند برای تعیین خوردگی در فلز زیرین خود تغییر رنگ دهند.

مصالح فتوکرومیک به تغییرات نور پاسخ می دهند (عینک های فتوکرومیک) و بر خلاف مصالح الکتروکرومیک Switchable به صورت دستی نمی توانند کنترل شوند. مثلا در یک روز آفتابی سرد که کسب گرمای خورشیدی بیشتر محسوس است ممکن است یک پنجره فتوکرومیک تاریک شود. اگر عامل محرک تغییر رنگ، محرکی به صورت انرژی مکانیکی باشد، مواد تغییر رنگ دهنده را مکانوکرومیک و چنانچه این عامل محرک، به وسیله تغییر در محیط شیمیایی پیرامونی ایجاد شود، ماده تغییر رنگ دهنده را کموکرومیک می نامند[5].

مصالح پیزوالکتریک   Pyzoelectric ))

دومین نوع مواد هوشمند، مصالح پیزوالکتریک هستند که با ایجاد جریان الکتریکی به دو سر آنها طولشان کم و زیاد می شود. گاه با عبور جریان برق یک ماده پیزوالکتریک تا 4 درصد افزایش حجم پیدا می کند. با استفاده از این مصالح سازه هایی طراحی شده که با عبور جریان برق می توانند خم شده یا منبسط یا منقبض شوند. این مصالح به صورت وسیعی به عنوان حس گر استفاده می شوند.

آلیاژهای حافظه ای مغناطیسی

سومین نوع مواد هوشمند، آلیاژهای حافظه ای مغناطیسی مشابه پیزوالکتریک ها بوده اما تحت میدان مغناطیسی اندازه متغیر داشته و حالت خود را تغییر می دهند. مشهورترین این آلیاژها ترکیب خاصی از نیکل و تیتانیوم با اسم تجاری "نیتینول" ماده ای است که مقاومت زیادی در برابر خوردگی و خستگی دارد و در صورت تغییر شکل می تواند به حالت اولیه بازگردد و در صورتی که تا 8 درصد خمیده شود شکل نخستین خود را در اثر حرارت به دست می آورد. کاربرد آن در عضلات مصنوعی بدن و اجزای متحرک روبات هاست.

مصالح الکتروهوستاتیک ER و مگنتاهستاتیکMR

چهارمین نوع مواد هوشمند، مایعاتی هستند که در معرض میدان مغناطیسی یا الکتریکی با تغییر ویسکوزیته (گران روی) از حالت غلیظ به مایع روان تبدیل می شوند. ژل های تورم پذیر یا سنتزی هوشمند که در پاسخ به تغییرات PH، ولتاژ دما و ... جمع شده یا متورم می شوند جز این دسته ها هستند. خواص گران روی کشسان برخی از این ژل ها مشابه بتون های معمولی است: وقتی روی ژلها فشار زیاد اعمال شود خواص کشسانی نشان می دهند و پس از برخورد با مانع می جهند و هنگامی که روی آنها فشار کم اعمال شود خواص گران روی بروز می کند و در نتیجه ژل همانند مایع، روان می گردد. بهترین کاربرد سیال های ER ساخت وسایلی است که حرکت یا ارتعاشات را کنترل و دفع می کند[6].

شیشه هوشمند (smart glass)

در سه دهه آخر قرن 20 تغییرات وسیعی در صنعت شیشه ایجاد شد. در دهه 60 و 70 افزودن رنگ هایی برای کاهش اتلاف حرارتی و خیرگی مرسوم شد. این روند در سال های بعد به ایجاد فیلم های شفاف شیشه از اکسید فلزات، فیبر شیشه، واحدهای رزینی، تیوب های اکرلیک، کریستال های مایع، ائروژل ها و شیشه کاری کرموژنیک منجر شد. این شیشه ها به صورت دینامیکی با شرایط اقلیمی متغیر خارجی و نیازهای ساکنین تطبیق داده می شود. ایجاد این سیستم ها گام بلندی به سمت طراحی پوسته پایدار ساختمان است که نور در آن فاکتور اساسی بوده و علاوه بر کاهش مصرف انرژی، شفافیت و آسایش را به همراه دارد.

شیشه های ترموکرومیک   Thermochromic ))

با استفاده از پوشش هایی از مصالح ترموکرومیک می توان نوعی شیشه هوشمند ساخت که بدون مسدود کردن نور، گرما را سد می کند. این پوشش ساخته شده از مشتقات دی اکسید وانادیم، در هر دمایی طول موج های مرئی نور را از خود عبور می دهد اما در دمای بالاتر از 29 درجه سانتی گراد نور مادون قرمز را منعکس می کند. توانایی پوشش برای تغییر وضعیت بین جذب و انعکاس نور به معنی استفاده از مزایای گرمایش خورشید در شرایط زمستانی و انعکاس در دماهای بالاتر و جلوگیری از گداختگی فضاهاست. ضمن آنکه در هر دو حالت نور مریی مطلوب جهت روشنایی فضا وجود دارد.

شیشه های الکتروکرومیک   Electrochromic ))

واحد شیشه با استفاده از فیلم های شفاف با ضخامت 200 یا 300 نانومتر با شدت های رنگی متفاوتی در طیف EC این سیستم مرئی از شفاف تا آبی تیره تغییر می کند. واحد شیشه برای تغییر میزان شفافیت مطلوب با توجه به مقادیر مختلف انتقال حرارتی به جریان برق متصل می شود. پس از قطع جریان، تغییر حالت نوری حفظ می شود و نیازی به جریان مداوم برق نیست. وقتی که رنگ شیشه تیره می شود تابش حرارتی کاهش یافته و بیشتر اشعه عبوری در طیف مادون قرمز فیلتر می شود. مصرف انرژی برای یک چرخه کامل کمتر از 0.5 وات ساعت بر متر مربع است و این روند ممتد و آرام در مدت 15 دقیقه برای بزرگ ترین  2*1.2 متر انجام می شود.

شیشه های کریستال مایع ( Liquid Crystals )

این شیشه ها متشکل از دو جام شیشه ( شفاف یا با ته رنگ ) و یک فیلم لایه میانی از کریستال مایع هستند. با استفاده از خاصیت لایه میانی از کریستال مایع، شفاف یا کدری شیشه را به طور دلخواه می توان تنظیم نمود. شیشه به یک منبع نوری الکتریکی با ولتاژ 330 ولت و 50 هرتز وصل می شود . با برقراری جریان در شیشه، اجزای لایه کریستال مایع در یک خط قرار گرفته و شیشه کاملا شفاف می شود. با قطع جریان برق اجزای کریستال مایع به صورت تصادفی قرار می گیرد و مانع دید از دو طرف شیشه می شود.

شیشه های خود شو (Self Cleaning )

شیشه های خود شو با استفاده از دو فرآیند همزمان باعث تمیز نگه داشتن سطح شیشه می شوند:

الف - به علت اینکه لایه روی سطح شیشه، خاصیت فوتوکاتالیک (استفاده از نور برای انجام واکنش) دارد، باعث از بین بردن اتصال آلودگی های موجود روی سطح شیشه با شیشه می شود. این شیشه پس از نصب، چند روز باید در معرض نور خورشید قرار گیرد تا روکش مخصوص آن، که باید روی سطح بیرونی شیشه باشد، با نور ماوراءبنفش خورشید (که حتی در روزهای ابری هم وجود دارد) فعال شود.

پس از فعال شدن، این لایه می تواند با آلودگی های روی سطح شیشه واکنش دهد و اتصال آنها با شیشه را از بین ببرد. پس از فعال شدن لایه رویی به وسیله نور خورشید، این شیشه خاصیت خود را حتی در شب و در سایه نیز حفظ می کند.

ب - خاصیت دوم این روکش که همزمان با خاصیت فتوکاتالیک به وسیله نور UV فعال می شود خاصیت هیدروفیلیک (آب دوستی) است. این ویژگی باعث می شود که آب روی سطح شیشه به صورت ورق پخش شود. بنابراین به راحتی روی سطح شیشه جاری و پخش می شود و سطح شیشه را تمیز می کند. بنابراین حتی باران می تواند سطح شیشه را کاملا تمیز کند. این ویژگی همچنین از پیدایش لکه های ناشی از خشک شدن قطرات آب هم جلوگیری می کند.

    

15. 2-2-3-9- بتن هوشمند؛ خود تمیز شونده و آلاینده زدا

در جوامع امروزین بشری، استفاده گسترده ای از بتن در بخش های مختلف زیر ساختی و روساختی شهری به چشم می خورد؛ بنابراین شاهد حضور سطوح بتنی در جای جای فضای شهری هستیم و به همین دلیل، آلودگی، کثیفی و زنگار بستن سطوح بتنی سبب بد منظره شدن چشم اندازهای شهری خواهد شد .

غالب نگرش های متداول در زمینه پیشگیری از آلوده شدن سطوح بتنی، مبتنی براستفاده از مواد محافظ است، حال آن که در سالیان اخیر، ظهور و پیدایش پوشش های نوینی که از ویژگی خود تمیز شوندگی و آسان تمیز شوندگی (مبتنی بر ویژگی آب گریزی یا آب دوستی) برخوردارند، بر کیفیت دوام و زیبایی ظاهری و کاهش مصرف انرژی و نیروی انسانی در جهت تمیز نگه داشتن این سطوح، شرایط آرمانی را برای معماران و مهندسان ساختمان تصویر کرده است.

پوشش های قدیمی که برای بتن استفاده می شده برای اینکه بتواند در برابر آثار ناشی از هوازدگی و سایش، از مقاومت کافی برخوردار باشد، ضخامت زیادی داشته و از آن مهم تر، با وجود ضخامت زیاد، در برابر تابش پرتوهای فرابنفش خورشید نامقاوم بوده و با گذر زمان، دچار تجزیه می شوند. با توجه به مطالبی که برای شیشه عنوان شد، بتن های نسل جدید را نیز به گونه فتوکاتالیتیک طراحی می کنند، پوشش هایی که از این قابلیت برخوردارند تا عوامل واکنش گر و ملزومات واکنش های شیمیایی منجر به تجزیه و نابودی بسیاری از مواد آلی و غیر آلی و آلاینده های محیطی را فراهم کنند. تفاوت اساسی بین اثر فتوکاتالیز در بتن (یا ملات) و شیشه در اینجاست که در مورد شیشه پوششی متشکل از نانو ذرات فعال بر روی ساختار شیشه کشیده می شود، حال آنکه در بتن، این عملکرد نه به وسیله پوشش، بلکه به واسطه لحاظ کردن نانو ذرات فعال در طرح اختلاط بتن و آمیخته شدن آن ها با دیگر مواد اصلی و بنیادی بتن ممکن می شود. بر پایه گزارشات منتشر شده از انجمن ها و آزمایشگاه های تخصصی بتن های ذکر شده، علاوه بر قابلیت خود تمیز شوندگی، از امکان کاهش آلاینده های موجود در هوا مانند اکسیدهای نیتریک، نیز بر خوردارند که این خود گامی در راستای پایداری زیست محیطی می باشد [5].

1. 1. 4. معماری حرکتی- معماری جنبشی   Kinetic Architecture ))

سرچشمه تحرک در معماری حرکتی به هنر برمی گردد. در آغاز قرن 23 هنرمندان تلاش کردند مجسمه هایی بسازند که دارای اعضای متحرک باشند. در زندگی چادرنشینان نیز معماری حرکتی مشاهده می شود. چادرهای آنها سازه هایی متحرک هستند که قابلیت جمع شدن دارند و به سادگی حمل می شوند. سازه های حرکتی به عنوان سازه هایی تاشو و قابل حمل در معماری حرکتی قابل مشاهده هستند.

مایکل فاکس Michael Fox)) در سال 2000  میلادی "معماری حرکتی" را اینچنین تعریف کرد: «بنایی است با موقعیت متغیر، سیار و هندسه ای متغیر و حرکتی»  او انواع سیستم های حرکتی را شرح داد که یکی  از آنها سیستم تاشو بود. طبق این تعریف مفهوم معماری حرکتی در اصل یک مفهوم هوشمندانه نیست اما نوعی توانایی را در ذهن متبادر می سازد که میتواند سازه ها را کنترل کند و اجزای مخلتف آن را حرکت دهد. حرکات دینامیکی در بخشی از کالبد بنا می تواند، نمایشگر تکنیک بالای ساخت و هنر مهندسی عصر حاضرباشد. حرکت در عناصر اصلی ساختمان از جمله، سقف، کف، دیوارها و ... در معماری امروز با دو هدف صورت میگیرد: یکی استفاده بهتر از فضا و دیگر القاء یا ایجاد یک مفهوم انتزاعی و خیال انگیز.

سانتیاگو کالاتراوا (Santiago Calatrava) معمار اسپانیایی نمونه هایی از حرکت را در ساختمان ایجاد کرده است. از نظر وی ساختمانها نیز به مثابه جزئی از طبیعت می تواند در حال تغییر باشد. او در کارهایش این امکان را به وجود می آورد تا ساختار سازه حرکت کند. برای مثال در پوشش سقف "موزه میلواکی" نیز می توان استعاره ای از بال زدن یک پرنده را در طرح دید. وی در "پاویون کویت" که سازه متحرک نمادی از انگشتان یک نوازنده پیانو مشغول نواختن و در "افلاک نمای والنسیا" نماد چشم در حال پلک زدن را در ساختار معماری و سازه متحرک طراحی نموده است.

16. 2-2-4-1- مکانیزم کنترلی در معماری حرکتی

برای درک بهتر مکانیزم کنترل به شرح انواع گوناگون کنترل (دستی و سنتی) و چگونگی تبدیل آنها به انواع هوشمند، خواهیم پرداخت. سه نوع مکانیزم اصلی برای کنترل در معماری حرکتی وجود دارد:

الف - مکانیزم درونی

 ب - مکانیزم برونی

 ج - مکانیزم مرکب

در نوع اول، سیستم به بخش های کوچک تقسیم می شود که این تقسیم شدن این امکان را به سیستم می دهد که بخشهای مختلف را تغییر دهد. برای این نوع از کنترل می توان سیستم تاشو یا چین خورده را به عنوان مثال مطرح کرد. نوع دوم یعنی مکانیزم برونی، توانایی سیستم در حرکت کردن است. خواه این حرکت توسط خودش انجام شود خواه توسط نیرویی دیگر. برای این نوع از مکانیزم کنترل می توان دیوارهای حائل را مثال زد که می توان آنها را در جایی نصب کرد یا برداشت و سر انجام مکانیزم مرکب، ترکیبی است از مکانیزم درونی و برونی تا این توانایی را به سیستم بدهد که بتواند ساختار خود را از برون تغییر دهد و همچنین تمام سیستمهای خود را به صورت تمام و کمال حرکت دهد. مکانیزم کنترل درونی، برونی و مرکب. مکانیزم هایی هستند که به هر سازه ای امکان تغییر ساختار را می دهد و البته می توان آنها را به صورت دستی نیز کنترل کرد. کنترل دستی می تواند هوشمند نیز باشد.

16. 2-2-4-2- حسگرها در معماری حرکتی

حرکت در این نوع از معماری می تواند به سادگی باز کردن یک در یا پنجره یا به پیچیدگی حرکت دادن یک سازه باشد. پاسخهای حرکتی یکی از تصمیمات عملی در میان پاسخهای BCS است. برای مثال ممکن است سیستم به منظور تازه شدن هوای یک اتاق تصمیم به پالایش هوای اتاق و یا روشن کردن تهویه مطبوع بگیرد، اما سیستم باید این اختیار را نیز داشته باشد که بتواند در زمانهای مناسب برای دستیابی به هدف تازه شدن هوای اتاق، پنجره ها را نیز بگشاید. ساختمانهای منحنی شکل می توانند از حسگرها و تحریک کننده ها استفاده کند تا با ایجاد حرکت به کنشهای موردنظر دست پیدا کنند[10].

1. 1. 5. پوسته هوشمند    (Smart Skins)

امکان طراحی اجزا و عناصر ساختمانی و یا سازه ای متحرک، قابلیت ایجاد کیفیات جدید و متحورانه در معماری ساختمان ها را فراهم نموده است. طراحان، معماران و مهندسان سازه، اهداف متعددی را از طراحی و اجرای عناصر متحرک یا تغییر شکل پذیر، در بخش های مختلف ساختمان دنبال میکنند. به طور کلی می توان اهداف به کارگیری این عناصر در ساختمان های مختلف را به دو گروه تقسیم نمود. بهبود کیفیات رایج، همچون زیبایی، ایستایی و عملکرد در معماری را می توان از اهداف گروه اول دانست و اهداف گروه دوم، خلق مفاهیم و دستاوردهای نوینی مانند تغییر فرم پذیری، تنوع، چند عملکردی، هوشمندی و انعطاف پذیری می باشد. بدیهی است اهداف گروه دوم اهمیت بکارگیری ساختار های تغییر فرم پذیر در معماری را بیش از پیش نشان می دهد چرا که بعضا استفاده از این عناصر بهترین و گاهی تنها راه حل در پاسخ به نیاز های سازه ای، معمارانه می باشد.

به طور کلی، کالبد و فضای معماری از پوسته های داخلی و خارجی ساخته می شوند. پوسته ساختمان، بنا بر موقعیت قرارگیری، زمان استفاده از آن (کوتاه مدت و بلند مدت)، نوع کاربران آن و شرایط محیطی می تواند عملکردهای متفاوتی داشته باشد. انطباق هر پوسته با عملکردش سبب پاسخگویی بنا به نیازهای مورد هوشمند می باشند. به طور کلی هدف اصلی اکثر رویکردهای رایج در زمینه پوسته های هوشمند، ایجاد توانایی حس کردن عوامل محرک خارجی و ارائه واکنش مناسب به آنها می باشد. پوسته هوشمند به پوسته ای اطلاق میگردد که ضمن همسازی با محیط، در آن ترکیبی از روش های فعال و غیر فعال به منظور تأمین آسایش کاربران و کاهش مصرف انرژی به کار رفته است.

مکانیزم های تغییر شکل را می توان به دو شیوه تقسیم بندی نمود. ابتدا از نظر نوع حرکت و جابجایی مکانیکی اعضای سازه ای حین تغییر شکل و دوم از نظر فعال بودن که بر اساس عملکرد و مسائل زیبایی شناسی است، می توان این مکانیزم ها را دسته بندی نمود. از نظر شیوه و نوع حرکت مکانیکی، مکانیزم ها به چند گروه تقسیم می شوند.

16. 2-2-5-1- نحوه عملکرد پوسته های هوشمند

هدف از طراحی مکانیزم های فعال، ایجاد تغییر شکل های کنترل شده در سازه های تغییر شکل پذیر است. این سیستم کنترلی با استفاده از آرایش مناسب مجموعه ای از سنسورها که در بخش های مختلف سازه قرار داده شده اند، اقدام به جمع آوری داده ها از محیط می کند. پس از پردازش داده های دریافتی بر اساس شرایط محیطی سازه و نیازهای کاربران، دستورات لازم برای حرکت مکانیکی اعضا و در پی آن تغییر شکل سازه را صادر می کند. این مکانیزم اغلب برای تداعی و با ایجاد مفاهیم خاص مورد نظر طراحان در ذهن کاربران فضا به کار گرفته می شوند. به بیان دیگر هدف کاربران این فضاها، مفاهیم حرکت ظاهری عناصر سازه ای متحرک نیست، بلکه مفاهیمی است که مکانیزم های حاکم بر سازه آن ها را ایجادکرده اند.

16. 2-2-5-2- نرم افزار پردازش و تحلیل اطلاعات

پردازش اطلاعات در قسمت کنترل ساختمان انجام می شود ( BCS). BCS همه سیستم ها را به صورت یک سیستم واحد کنترل می کند و همچنین این توانایی را نیز دارد که هر سیستم را به صورت مجزا کنترل کند. مرکز کنترل ساختمان جایی است که در آن همه سیستم ها به صورت واحد در می آیند. لذا این محل به نام یکپارچه کننده سیستم ساختمان نامیده می شود (BSI). برای اینکه بخش های گوناگون ساختمان یکپارچه شوند ، آنها باید دارای آدرس هایی مشخص باشند تا دیگر اجزا بتوانند برمبنای آن آدرس ها اجزاء دیگر را بشناسند[11].

1. 7. نتيجه‌گيري

با وجود اینکه اجرای سیستم مدیریت ساختمان سبب افزایش هزینه های ساخت ساختمان می گردد، میزان صرفه جویی در هزینه های جاری ساختمان ناشی از اجرای این سیستم، می تواند در مدت کوتاهی هزینه های اولیه را جبران نماید و بعلاوه سطح بالاتری از آسایش را برای ساکنان به همراه داشته باشد. سیستم های کنترل هوشمند دارای سطح انعطاف پذیری بالایی هستند که می توان براحتی آنها را با نیازهای مختلف منطبق نمود. همچنین در هنگام بهره برداری براحتی می توان عملیات تغییر و بهینه سازی برای راهبری بهتر و کاهش هزینه های انرژی و کاهش هزینه های تعمیراتی را انجام داد. همچنین سیستم های مدیریت ساختمان از قابلیت کنترل پذیری بالایی برخوردار بوده و با اجرای ساختار مناسب، کنترل اجزای مختلف آن از سرتاسر دنیا امکان پذیر است. با تعریف سطوح دسترسی مختلف می توان قابلیت کنترل پذیری اجزای مختلف را سطح بندی نمود تا امکان اعمال برخی تغییرات تنها برای کاربران مجاز و در صورت وارد نمودن رمز عبور تعریف شده امکان پذیر باشد.

سیستم مدیریت هوشمند ساختمان   به مجموع سخت افزار ها و نرم افزارهایی اطلاق می شود که به منظور مانیتورینگ و کنترل یکپارچه قسمت های مهم و حیاتی در ساختمان نصب می شوند.

وظیفه این مجموعه پایش مداوم بخش های 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 بهره برداری باشد.

امروزه BMS (Building Management System)  يا سيستم مديريتي ساختمان به يكي از گريز ناپذير ترين شاخه هاي علمي، تحقيقاتي و اجرايي در ساختمانها به منظور نظارت اتوماتيك و كنترل تاسيسات تبديل گرديده است.

سیستم معمولاً در سه سطح دسته بندی می شود. در سطح صفر وسائل و تجهیزات، حسگرها و اجزاء نهایی کنترل قرار می گیرند. سیستمهای M&E) ایستگاههای مهندسی و اپراتوری سیستم)  در این بخش قرار دارند و از طریق ورودی و خروجیهایی به کنترلرهای یکپارچه منتقل می شوند. این انتقال ممکن است به طور مستقیم و یا از طریق تابلوهای طراحی شده صورت گیرد. اجزاء پس از خاموش شدن سیستم وجود داشته و شامل سیستمهای I/O، کنترلرها و نرم افزارهای ارتباطی با سطح 2 می باشد و تمامی الگوریتمهای کنترلی و منطقی در این سطح انجام می شود.

در سطح 2 یا سطح کنترل نظارتی سطحی است که در آن ابزارهای نظارتی و مدیریت اطلاعات شامل HMI ها، سرورها، تجهیزات ذخیره سازی و ایستگاههای کاری اپراتورها و مهندسان که باید با سیستم BMS در ارتباط باشند، قرار دارد. ارتباط بین سطح یک و دو از طریق پروتکلهای استاندارد صنعتی انجام می پذیرد.

نرم افزار کنترلی سیستمهای BMS دارای قابلیتهای بسیاری هستند. این نرم افزارها در سطح صفر قرار گرفته و روی سرورهای مناسب نصب می شوند و معمولاً دارای حداقل شرایط زیر هستند:

- دارای محیط گرافیکی مناسب و ساده برای کاربر عادی

- دارای مجموعه Library از انواع راه حل ها و برنامه ها جهت آسانی طراحی و توسعه سیستم در آینده

- دارای امکانات سرویس و نگهداری جهت راهبری سیستم در آینده بدون نیاز به تهیه نرم افزار PM مجزا

- امکان تعریف طول و عرض جغرافیایی جهت تنظیم اتوماتیک شرایط طلوع و غروب خورشید و کنترل مصرف انرژی

- امکان تعریف لایه های امنیتی دسترس به برنامه توسط کاربران متفاوت

- امکان تعریف لایه های امنیتی برای کاربران زیر سیستم های متفاوت از قبیل Access ، HVAC، Lighting و ....

- امکان ذخیره سازی اطلاعات نرم افزار در بانکهای اطلاعاتیSQL قابل کنترل توسط ویندوز

- امکان تهیه، تنظیم و مقایسه نمودارهای مختلف عملیاتی از جمله نمودار مصرف برق و ... در بازه های مختلف زمانی (Trends)

- ارتباط ساده نرم افزار گرافیکی و I/O های سیستم

- امکان ذخیره سازی اطلاعات مربوط به خطاها و دیگر گزارشات تا مدتها قبل

- امکان ردیابی و پیگیری توپولوژی شبکه BACnet   توسط نرم افزار بطور Online بطوریکه در صورت قطعی عضوی از شبکه، سیستم بطور اتوماتیک آلارم میدهد.

1. 9. اجزای سیستم مدیریت هوشمند ساختمان

اصطلاح  BMS، تمامي المانهاي كنترلي شامل سخت افزار، كنترلرها، شبكه هاي ارتباطي و كنترلر هاي مركزي را پوشش مي دهد. به طور كلي يك سيستم كنترلي شامل سه بخش اصلي سنسور، كنترلر و يك وسيله كنترل كننده مي باشد و هر سه مولفه در معماري شبكه به طريقي با سيستم ارتباطي در تماس است.

1. 1. 1. حسگرها (Sensors)

سنجش پارامترهای محیطی و ارسال این اطلاعات به سیستم را عهده دار هستند. این اطلاعات میتواند دمای محیط بیرون و درون، دمای سیال گرم کننده و یاخنک کننده، میزان روشنائی محیط، میزان رطوبت، مقدار گازها در هوا، حضور و یا عدم حضور افراد در محل و دیگر اطلاعاتی که برای راهبری بهینه سیستم حیاتیست باشد.

1. 1. 2. کنترلر ها  (Controllers)

اجزائی از سیستم هستند که اطلاعات دریافتی از حسگرها را دریافت و بر اساس نرم افزار درونی خود و یا نرم افزار شبکه پردازش و بر حسب نیاز فرامینی را به عملگرها ارسال می کنند.

1. 1. 3. عملگرها  (Actuators)

اجزائی از سیستم هستند که فرامین ارسالی از کنترلر ها را دریافت و بر اساس آن واکنش نشان می دهند. این عملگرها میتوانند شیرهای برقی سیالات، دریچه های قابل تنظیم عبور هوا، رله های قطع و وصل جریان الکتریکی و.... باشند . سه بخش یاد شده بالا توسط یک مکانیزم ارتباطی با هم مرتبط میشوند که خود از دو قسمت مهم تشکیل شده است:

رسانه (مدیای) ارتباطی مانند سیم، فیبرنوری، امواج رادیوئی

پروتکل ارتباطی و یا زبان محاوره اجزاء مانند BacNet و LonWorks

در حقیقت حسگرها، کنترلرها و عملگرها از طریق رسانای ارتباطی، براساس زبان محاوره ای و یا پروتکل ارتباطی با یکدیگر ارتباط برقرار می کنند.

 

• • توابع اولیه سیستم های مدیریت ساختمان

يك سيستم BMS توابع مختلفي را ارائه مي كند كه عبارتند از:

1. 1. 1. سوئيچينگ اتوماتيك ON/OFF تجهيزات

این تابع لحظه ای عمل می کند و نوع آن روزانه براساس شرایط محیطی قابل تغییر می باشد.

1. 1. 2. مانيتورينگ وضعيت تجهيزات، همراه با شرايط محيطي

توسط این تابع پرسنل تعمیراتی ساختمان می توانند توسط هشدار دهنده برای یک لحظه برای ترمیم سیستم اطلاع حاصل کرده و اقدام نمایند. به بیانی دیگر یک سیستم خوب BMS به ما اجازه می دهد که به روشی غیر فعال خطاهای موجود در سیستم را به صورت پیشگیرانه و  فعال کنترل نماییم.

1. 1. 3. نگهداري و حفاظت انرژي

در طراحی خوب یک ساختمان و تجهیزات HVAC کارآمد، BMS نقشی اساسی در جلوگیری از هدر رفتن انرژی و کاهش اثرات محیطی به ساختمان ایفا می کند.

1. 1. 4. مديريت تجهيزات ساختمان

BMS یک خلاصه از الگوریتم ها و گزارشات را در سطحی وسیع در اختیار ما قرار می دهد. این امر اطلاعات مفیدی را برای پیشبرد سرویس ها و هزینه ها تامین می کند. برای مثال بعد از ساعت ها استفاده از تهویه مطبوع می تواند به درستی عمل نظارت ،ثبت و کنترل اتوماتیک را هرجا که کاربری داشته باشد انجام دهد. 

1. 1. 5. قابليت هاي كنترل از راه دور

BMS نظارت کنترلی و مرکزی یک ساختمان را فراهم می سازد. از یک مکان می تواند وضعیت دما ، فشار و تجهیزات را در مکان های دیگر به دست آورد که این اطلاعات وضعیت ساختمان را کاملا مشخص نموده و این موقعیت مرکزی از نظر جغرافیایی محدودیت ندارد.

1. 1. 6. رديابي خطا

BMS این امکان را فراهم می کند، تصویری بزرگ از سیستم های ساختمان در اختیار داشته و به کمک آن خطاهای موجود در فرایند بهره برداری را تشخیص دهیم.

1. 1. 7. قابليت يكپارچه كردن سيستم هاي ساختمان

افزایش این کار باعث افزایش راندمان و کاهش هزینه های مربوط به راه اندازی سیستم می شود و از طرفی نیز بازدهی کارکنان را نیز افزایش می دهد[7].

1. 11. مزایای بهره گیری از BMS

با وجودیکه اجرای سیستم مدیریت ساختمان سبب افزایش هزینه های ساخت ساختمان می گردد، میزان صرفه جویی در هزینه های جاری ساختمان ناشی از اجرای این سیستم، می تواند در مدت کوتاهی هزینه های اولیه را جبران نماید و بعلاوه سطح بالاتری از آسایش را برای ساکنان به همراه داشته باشد. سیستم های کنترل هوشمند دارای سطح انعطاف پذیری بالایی هستند که می توان براحتی آنها را با نیازهای مختلف منطبق نمود. همچنین در هنگام بهره برداری به راحتی می توان عملیات تغییر و بهینه سازی برای راهبری بهتر و کاهش هزینه های انرژی و کاهش هزینه های تعمیراتی را انجام داد. همچنین سیستم های مدیریت ساختمان از قابلیت کنترل پذیری بالایی برخوردار بوده و با اجرای ساختار مناسب، کنترل اجزای مختلف آن از سرتاسر دنیا امکان پذیر است. با تعریف سطوح دسترسی مختلف می توان قابلیت کنترل پذیری اجزای مختلف را سطح بندی نمود تا امکان اعمال برخی تغییرات تنها برای کاربران مجاز و در صورت وارد نمودن رمز عبور تعریف شده امکان پذیر باشد.

حذف مصارف ناخواسته:

از آنجائیکه سیستم فقط در هنگام بهره برداری از فضا، اجازهاستفاده از منابع انرژی از قبیل سرمایش و گرمایش  و روشنائی را میدهد، مصارف ناخواسته انرژی از بین رفته و استفاده از انرژی بهینه می گردد.

کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری:

مدیریت بهینه استفاده از تاسیسات، موجب کاهش میزان ساعات کارکرد هر تجهیز گردیده و در نهایت به مقدار قابل ملاحظه ای هزینه های تعویض قطعات مصرفی و نیز خرابی های ناشی از کارکرد طولانی را کاهش می دهد.

پایش دائمی کلیه اجزاء ساختمان :

کلیه اجزاء مهم ساختمان از قبیل مجموعه های سرمایش و گرمایش و تهویه و آبرسانی و...  بطور متمرکز از طریق یک کامپیوتر در محل ساختمان و یا از راه دور و در تمام ساعات قابل پایش بوده و نیاز به سرکشی محلی هر تجهیز در محل نصب را مرتفع می نماید .

حذف خطاهای اپراتوری:

از آنجائیکه پس از تنظیمات اولیه سیستم، کلیه کنترلها توسط رایانه صورت میپذیرد، نگرانی اشتباهات و کوتاهی پرسنل بهره بردار و در نتیجه بروز خسارات از بین می رود.

اعلام وضعیت اجزاء جهت جلوگیری از خرابی و وقفه در کار اجزاء ساختمان:

با توجه به نمایش وضعیت کارکردی هر یک از المان های تاسیسات روی رایانه اصلی، کنترل سلامت اجزاء براحتی امکان پذیر است.

مدیریت ساختمان در هنگام بروز حوادث:

مدیریت یکپارچه سیستم روی بخش های مختلف، باعث ایجاد هماهنگی بین بخشهای مختلف از قبیل اعلام حریق، سیستم هوارسان، اگزوز فن ها، اطفاء حریق، آسانسورها در جهت کاهش خطرات احتمالی در هنگام بروز حوادث می گردد.

ثبت دقیق میزان بهره برداری از قسمتهای مختلف ساختمان:

میزان دقیق استفاده هر قسمت و یا واحد از منابع انرژی قابل ثبت می باشد.

گزارش گیری آماری دقیق از عملکرد اجزاء مختلف ساختمان:

کارکرد دقیق کلیه اجزاء ساختمان در سیستم ذخیره می گردد. این ذخیره سازی راهنمای مدیر تاسیسات ساختمان برای تنظیم بازبینی های و تعمیرات دوره ای می باشد.

تعریف سطوح مختلف دسترسی برای اپراتورها:

کاربران سیستم با سطوح مختلفی از دسترسی میتوانند به اجزاء مختلف دسترسی داشته باشند.

اولویت بندی هوشمندانه مصارف در هنگام اضطراری:

در هنگام پیک مصرف و یا هنگامیکه منابع کافی برای در مدار قراردادن کلیه اجزاء وجود ندارد، سیستم بطور هوشمندانه بر اساس اولویتهای از پیش تعیین شده نسبت به تخصیص منابع اقدام می نماید.

اعلام آلارم های هشدار دهنده برای بازبینی های دوره ای تجهیزات:

بر اساس مشخصات ثبت شده هر المان تاسیساتی، زمانهای بازبینی ها و تعویض و تعمیر توسط سیستم به اپراتور گوشزد می گردد .

پایش کیفیت هوا و تنظیم پارامترهای مهم از قبیل میزان منو اکسید کربن، گازهای قابل اشتعال و دود:

سیستم بطور مستمر نسبت به کنترل کیفیت هوا اقدام نموده و در صورت وجود آلایندگی فراتر از حد مجاز، نسبت به افزایش ورود هوای تازه و اعلام وضعیت اقدام می نماید.

1. 1. 1. مزایای سیستم مدیریت ساختمان برای ساکنین

کنترل مناسب تجهیزات برای افزایش آسایش و رفاه

امکان کنترل هر فضا به طور جداگانه و مستقل

افزایش بهره وری کارکنان

امکان پایش (مانیتورینگ) میزان مصرف انرژی ساختمان

افزایش طول عمر و قابلیت اطمینان موتورخانه

کاهش هزینه های تعمیر و نگهداری

1. 1. 2. مزایای سیستم مدیریت ساختمان برای مالکین

افزایش ارزش ساختمان

ساده سازی تغییر کاربری ساختمان 

قابلیت کنترل جداگانه میزان مصرف انرژی بخشهای مختلف مجزا از هم

قابلیت پایش )مانیتورینگ( مرکزی کل سیستم

افزایش طول عمر و قابلیت اطمینان موتورخانه

افزایش رفاه و صرفه جویی در زمان

قابلیت کنترل از راه دور موتورخانه

کنترل و مانیتورینگ مرکزی و از راه دور ساختمان

 

1. 1. 3. مزایای سیستم مدیریت ساختمان مدیران تاسیسات ساختمان یا شرکتهای ارائه دهنده خدمات نگهداری ساختمان

دسترسی به اطلاعات کنترلی مورد نیاز

تشخیص زودهنگام مشکلات

رضایت بیشتر عمومی

1. 12. بیان برخی کاربرد های سیستم مدیریت هوشمند برای مکان های مختلف (BMS)
       1. سیستم مدیریت هوشمند انرژی

- ایجاد سیستم تفکیک مصارف و هزینه های آب، برق و گاز برای ساکنین و کاربران ساختمان

- کنترل بهینه کارکرد تاسیسات متناسب با ساختار و برنامه زمانی بهره برداری قسمت های مختلف ساختمان

- قابلیت برنامه ریزی هوشمند و تصحیح عملکرد متناسب با شرایط عملیاتی و اقلیمی توسط خود سیستم (سیستم خبره)

- تعیین ضرایب و شرایط کنترل بر اساس مدلسازی رفتار دینامیکی ساختمان و سنجش دقیق عواملی همچون موقعیت تابشی و نورگیری ساختمان، وضعیت سطوح خارجی بنا و ملاحظات کاربری ساختمان

- کنترل بهینه هزینه های جاری به کمک سیستم کنترل یکپارچه روشنایی و تاسیسات به تناسب حضور و نیاز افراد در بخش های مختلف مبتنی بر استانداردهای روز

 

1. 1. 2. سیستم مدیریت هوشمند بیمارستان

- کنترل هوشمند شرایط محیطی و بهداشتی در قسمت های مختلف بیمارستان  )اتاق عمل، اتاق مراقبت های ویژه، بخش های بیمارستان و اتاق بیمار(

- کنترل هوشمند سیستم های تاسیساتی و هواسازهای بهداشتی

- ایجاد پایانه های لمسی هوشمند در اتاق بیماران جهت دریافت اطلاعات، خدمات بالینی و کنترل شرایط محیطی) دما، رطوبت، روشنایی و موسیقی (

- ایمن سازی و کنترل امنیت قسمت های مختلف بیمارستان) دوربین های مداربسته، سیستم کنترل دسترسی به اتاق های خاص و سیستم تشخیص هویت افراد (

1. 1. 3. سیستم مدیریت هوشمند مجموعه ورزشی

- ایجاد بستر امنیتی هوشمند با بهره گیری از سیستم هایی همچون دوربین مداربسته، سیستم کنترل دسترسی افراد به قسمت های مختلف و سیستم تشخیص هویت کارکنان

- استفاده از سیستم شناسایی افراد به منظور ارائه خدمات هوشمند رفاهی و ورزشی به اعضای مجموعه

- کنترل هوشمند تاسیسات زیربنایی مجموعه ورزشی (گرمایش، سرمایش و تهویه)

- ایجاد شرایط محیطی متناسب با سالن های مختلف (مجموعه ورزش های آبی و غیر آبی)

- کنترل هوشمند شرایط در فضاهای خاص (فعال سازی سیستم سونا و جکوزی در صورت حضور افراد)

- تفکیک مصارف انرژی (آب، برق و گاز) هر یک از قسمت های مجموعه

1. 1. 4. سیستم مدیریت هوشمند مجتمع های چند منظوره

- بهینه سازی مصرف انرژی کل ساختمان با کنترل پایانه های روشنایی، تهویه مطبوع و ... متناسب با ساعت کاری و نوع کارکرد واحدهای ساختمان

- کنترل هوشمند امنیت و آتش نشانی مجموعه

- کنترل و عیب یابی هوشمند تاسیسات ساختمانی

- پیاده سازی سیستم مدیریت یکپارچه و تخصیص هوشمند پارکینگ برای مراجعین

- کاهش چشمگیر هزینه های جاری با بهینه سازی مصرف انرژی و جلوگیری از هدررفتِ آن در بخش های مختلف ساختمان

- تفکیک مصارف انرژی (آب، برق و گاز) و گزارش گیری از مصرف و هزینه انرژی هر یک از واحدها

1. 1. 5. سیستم مدیریت هوشمند پارکینگ

- ساماندهی و مدیریت هوشمند پارکینگ و جلوگیری از ورود وسایل نقلیه غیر مجاز

- امکان دریافت گزارشات گوناگون از جمله گزارش آمار تردد اتومبیل ها

- امکان تنظیم و فعال شدن سیستم روشنایی و تهویه پارکینگ بطور هوشمند با ورود و خروج اتومبیل ها

- برقراری شرایط امنیتی مطلوب برای پارکینگ در لحظه بدون نیاز به حضور نگهبان

- امکان راهنمایی هوشمند خودرو ورودی به نزدیکترین و مناسب ترین جایگاه پارک

- مدیریت و ساماندهی خودروهای ورودی و امکان صدور قبض پارکینگ

1. 1. 6. هوشمندسازی هتل ها و مراکز اقامتی

- ارائه خدمات رفاهی به میهمانان در بستر هوشمند از مرحله رزرو اتاق ها تا آخرین لحظه اقامت

- کنترل هوشمند و امکان برنامه ریزی شرایط محیطی (دما، رطوبت، روشنایی، کنترل پرده ها و پخش موسیقی)

- امکان ارتباط آنلاین میهمانان با پذیرش هتل از طریق صفحه نمایش لمسی

- رزرو اینترنتی و مشاهده اتاق ها بصورت آنلاین

- امکان گزارش گیری و تفکیک مصارف انرژی بخش های مختلف هتل در بازه های زمانی گوناگون و سیستم های Time Sharing

- عدم نیاز به پیمانکار تاسیساتی دائمی جهت پشتیبانی، نگهداری و عیب یابی هوشمند تاسیسات مکانیکی و الکتریکی از طریق نرم افزار از داخل ساختمان هتل و یا از راه دور[7]

1. 13. سیستم کنترل تردد

سیستم کنترل تردد مجموعه ای از تجهیزات سخت افزاری و نرم افزاری است که برای حصول به سه هدف در یک مجموعه نصب می شود که عبارتند از :

ایجاد محدودیت در تردد

افزایش امنیت

تشخیص هویت و ردگیری پرسنل

هر سیستم کنترل تردد می تواند ترکیب بهینه ای از اهداف بالا باشد.

1. 1. 1. ایجاد محدودیت در تردد

محدودیت در تردد یکی از اساسی ترین کارکردهای سیستم است و بر اساس این ویژگی دیگر توابع سیستم نیز محقق می شوند .

محدودیت فیزیکی

 کنترل ورود کارکنان ساده ترین کاری است که می توان برای محدود کردن تردد انجام داد. قفل کردن در و دادن کلید در به کلیه پرسنل یک مجموعه تقریبا عملی نیست در حالیکه می توان با قرار دادن کارتخوان روی در و دادن کارت به پرسنل، همان محدودیت فیزیکی را فراهم کرد .

محدودیت های مجازی

بر اساس برنامه ریزی سطوح تردد و زون های زمانی که شامل محدودیت های تردد بر حسب روز، زمان، درها و روزهای تعطیل می باشد. این محدودیت ها را از این جهت مجازی می نامند که می توان آنها را با برنامه نویسی کنترل کرد و نیازی به تغییراتی مثل اضافه کردن در یا قفل ندارد[7].  

 

1. 1. 2. افزایش امنیت

افزایش امنیت اشیا و اهداف مجموعه با ایجاد محدودیت هایی مثل محدود کردن تردد کارکنان به محل کار ، محدود کردن تردد کارکنان به برنامه زمانی از پیش تعریف شده و محدود کردن تردد مهمانان به محل کار ایجاد می شود.

1. 1. 3. تشخیص هویت و ردگیری پرسنل

 به وسیله سیستم کنترل تردد، شناسایی به طرق زیر انجام می شود.

استفاده از سیستم الکترونیکی که افراد را با استفاده از کارت یا رمز ورودی از طریق صفحه کلید شناسایی می نماید و یا کارت ویژه ای را که برای فرد خاصی صادر شده، شناسایی می کند.

توانایی سیستم کنترل تردد برای ثبت تردد می تواند از چاپ ساده هر تراکنش تا ایجاد گزارشات ویژه فایل هایی با ظرفیت میلیون ها تراکنش در سال، متغیر باشد. وقتی هدف شناسایی قطعی افراد باشد، سیستم بیومتریک می تواند از تردد افراد حتی دارای کارت و رمز ورود جلوگیری نماید.

ترددگیری افراد از توابع ارزشمند سیستم کنترل تردد است و دقت ردگیری افراد به محل های نصب تجهیزات کنترل تردد بستگی دارد. به این ترتیب در صورت نیاز می توان ترددهای ماهیانه یک فرد خاص یا تردد افراد مختلف از یک محل خاص را بررسی و یا ارزیابی نمود.

1. 14. امكانات و سيستمهاي هوشمند قابل ارائه و كنترل در يك ساختمان

1 -سيستم كنترلي هوشمند روشنايي و نورپردازي Lighting))

2 -سيستم كنترلي هوشمند سرمايش / گرمايش و تهويه مطبوع HVAC) )

3 -سيستم كنترلي هوشمند تاسيسات موتورخانه

4 -سيستم كنترلي هوشمند درب / پنجره / پرده / كركره / سايبان و .....

5 -سيستم كنترلي هوشمند صوتي و تصويري

6 -سيستم كنترلي هوشمند امنيتي - حفاظتي

7 -سيستم كنترلي هوشمند تجهيزات از راه دور

8 -سيستم كنترلي هوشمند تاسيسات استخر، سونا و جكوزي ، سالن هاي ورزشي و رستوران

 

در تعريف تهويه مطبوع بر اسا س S.B.I در استانداردهاي جهاني آمده است:

نوعي از مكيدن و يا دميدن هوا از طريق طبيعي و يا مكانيكي به هر فضا يا از هرفضا براي كنترل برودت و حرارت ساختمان با تنظيم هوشمند دما, رطوبت, همراه با حذف آلاينده هاي مختلف براي تامين آسايش حرارتي. در اين سيستم كه مبتني بر بهينه سازي مصرف انرژي و كنترل صحيح تجهيزات مولد انرژي مي باشد محل كنترل در سطوح مختلف ساختار برودتي و رطوبتي سيستم اعمال مي شود. سالهاست كه چيلرها، بويلرها، هواسازها، فن كوئلها و ديگر تجهيزات مكانيكي يك ساختمان امكان كنترل را دارا مي باشند كه اين كنترل بصورت كاملاً بسته و محلي صورت مي گيرد. براي مثال در صورتي كه فشار بخار داخل بويلر از حد استاندارد بالاتر رود بطور خودكار مشعل خاموش شده و يا شير اطمينان عمل مي كند. در چنين سيستمي تمامي كنترلها و عملكردهاي تجهيزات بصورت دستي صورت مي گيرد. مثلاً در ابتداي فصل اين مدير واحد تاسيسات است كه تصميم مي گيرد چند درصد از سيستم فعال شده و چه تعداد از پمپها در مدار قرار گيرند و يا اينكه توالي فعاليت پمپها طوري انجام گيرد كه استهلاك بصورت متناسب انجام شود. ولي در سيستم مدرن و نوين، طي پياده سازي يك شبكه عصبي و كنترلي، اطلاعات مربوط به كليه تجهيزات اعم از فشار مايع، فشارگاز، دما، رطوبت، فرمان حركت و ... در يك كنترلر مركزي وارد شده و سپس با نرم افزاري كه در آن كليه ساختمان و تجهيزات مكانيكي آن بصورت گرافيكي شبيه سازي شده است عمل برنامه ريزي صورت مي گيرد.

15. 1. 1. برخي از وسايل قابل كنترل
16. 3-7-1-1- هواساز: AHU

هر هواساز يك منطقه از ساختمان را تحت پوشش خود دارد و يكي از وظايف آن پيش سرمایش و يا پيش گرمايش هواي تزريقي به مناطق مختلف فضاههايي است كه اين مناطق از سيستم فن كويل استفاده مي كنند و بعضي از مناطق بصورت مستقيم از هواي هواساز تغذيه مي شوند و وظيفه ديگر آن تامين هواي تازه براي فضاهاي داخلي ساختمان است كه اين مهم در قسمت Mixer هواساز ميسر است. در اين قسمت هماهنگي دمپرهاي ورودي هواي تازه و هواي برگشته را مي طلبد كه در اين رابطه سيستم BMS با جمع آوري اطلاعات دمایی، رطوبتي و مقدار CO2 فضاها بهترين توازن را بين دمپرهاي ورودي و خروجي بوجود مي آورد كه باعث استفاده بهينه از هواي برگشتي فضاها نيز مي گردد.

16. 3-7-1-2- فن تزريق هوا در هواساز ها

درون هر هواساز فن تعبيه شده است كه عمل دهش و يا مكش هوا را بعهده دارد. در سيستم كنترل هوشمند هواساز، كنترل عملكرد فن بسيار حياتي است كه مي توان اطلاعات مورد نياز را با استفاده از سنسورهاي فشار هوا و نيز سيگنالهاي الكتريكي تابلو هاي برق به سيستم BMS گزارش داد.

نحوه كنترل دما در هواساز ها

هواساز داراي يك مبدل حرارتي است كه نقش انتقال حرارت از سيال مايع سرد و يا گرم به سيال گذرا (هوا) را بر عهده دارد كه مي توان بصورت مستقيم DX و يا غير مستقيم باشد كه در هر صورت مي توان با تعبيه يك شير سه راهی به همراه يك شير برقي قابل كنترل توسط BMS به ذخيره انرژي و كاركرد بهينه دست پيدا كرد. باز و بسته شدن شير عملگر (Actuator) بستگي به دماي منطقه هاي تحت پوشش هواساز دارد كه توسط برنامه ريزي سيستم BMS اينكار صورت مي گيرد.

دمپرهاي تزريق هوا

در حالت كنترل سيستم به شيوه VAV,HVAC جهت كنترل دبي هواي تزريقي و دماي مطلوب محيط دمپرها نقش حياتي دارند، اين دمپرها كارايي گوناگوني دارند، بعنوان مثال در زمان آتش سوزي كليه دمپرها بسته مي شوند تا اكسيژن به مناطق آتش سوزي نرسد. در زمان بسته بودن كليه دمپرها، جهت آسيب نرسيدن به موتور هواساز، سيستم BMS موتور را خاموش مي كند. در سيستم تهويه مطبوع توسط سيستم هواساز مي توان بر روي zone هاي ورودي (هواي تازه و هواي برگشتي) و zone خروجي از هواساز، سنسور هاي رطوبت، دما و حتي CO قرار داد تا بتوان از محيط هاي مختلف اطلاعات مفيدي جهت كنترل كيفي محيط بدست آورد.

سنسورهاي ضد يخ زدگي Freezing Detector :

در شرايط سرد محيط، وجود سنسور يخ زدگي بر روي كويل ها ضروري است به اين صورت كه در هنگام پايين تر رفتن دما از نقطه مشخص سيستم BMS، فرمانهاي لازم را جهت جلوگيري از يخ زدگي كويل صادر مي كند.

16. 3-7-1-3- برج خنك كن :  Tower Cooling

برج خنك كن وظيفه پايين آوردن دماي آب خروجي كندانسور دستگاههاي چيلر را بر عهده دارد. در سيستم BMS جهت كنترل بهينه برج خنك كن نقاط كنترلي متمركز بركلكتورهاي Makeup و قسمت Bypass دستگاه است و اطلاعات لازم را از سنسورهاي دمايي بر روي كلكتورهاي رفت و برگشت برج خنك كن و از اطلاعات باينري موجود در تابلو برق  )  Status-Trip) بهره مي برد و مي تواند در مواقع لزوم از قسمت stop/start تابلو برق بهره جسته و به فن هاي برج فرمان لازم را صادر كند. در اين ساختمان از دو برج خنك كن بهره گرفته شده است در سيستم هاي جديد مي توان از سيستم دور متغير فن و يا پمپ استفاده كرد. با تغيير اول مي توان انتقال حرارت را كنترل كرد و با تغيير دوم مي توان دبي سيال را كنترل كرد.

16. 3-7-1-4- تانک ومبدل حرارتي آب گرم مصرفي D.H.W.G:

در اين دستگاه بخار يا آب جوش توليد شده در ديگها وارد كويل تانك ها شده و حرارت خود را به آب مصرفي مي دهد و آن را گرم مي كند. با داشتن دماي آب ورودي و خروجي به تانك آب گرم مصرفي (آب جوش و آب مصرفي ) مي توان انتقالحرارت بوجود آمده را بدست آورد و از اين اطلاعات در جهت كنترل هر چه بهتر دستگاه استفاده كرد .در حالت ايده آل، بر حسب نوع و كيفيت كويل استفاده شده، كيفيت انتقال حرارت تعيين مي گردد، اما با وجود سختي و رسوبات در داخل آب مصرفي، به مرور زمان بر روي كويل، يك لايه از رسوبات ايجاد مي شود. كه انتقال حرارت را با مشكل مواجه مي سازد. در سيستم BMS اگر انتقال حرارت صحيح دچار اختلال گردد با يك بوق هشدار دهنده به فرد نگهدارنده دستگاه اعلام مي گردد كه G.W.H.D از لحاظ جرم گرفتگي كويل دچار اشكال گرديده است. همچنين با نصب يك سنسور فشار بر روي تانك مي توان امنيت كاري دستگاه را افزايش داد.

16. 3-7-1-5- سيستم كنترلي پمپها :

در ساختمان از پمپهاي سير كولاتور و يا بوستر پمپها  استفاده مي شود كه بطور معمول يكي از آنها در حالت رزرو قرار دارد و مابقي با توان نامي مشغول بكار هستند كه انرژي برق فراواني را مصرف مي كنند، از اين پمپها در جهت گردش آب درون سيستم هاي مختلف از قبيل هواسازها، فن كويلها، آب مصرفي و برج خنك كن و ... استفاده مي شود كه اين گردش سيال بدون در نظر گرفتن مصرف انرژي و راندمان كاري است در صورتيكه در سيستم BMS اين گردش سيال بصورت كنترل شده است و بر حسب نياز ساختمان پمپها بصورت متوالي و چرخشي، روشن و خاموش مي گردند. در سيستم كنترل پمپها مي توان از فرامين و اطلاعات زيادي همچون Status-Trip stop/start -  در جهت كنترل پمپها استفاده كرد كه اين اطلاعات در منطق كنترل به صورتهاي مختلف قابل استفاده است و همچنين در قسمت ورودي و خروجي پمپها از سنسورهاي فشار جهت كنترل كار پمپها از نظر سلامت بهره گرفت.

16. 3-7-1-6- سيستم كنترل چيلر جذبي

 وظيفه آن تامين آب سرد جهت سرمايش ساختمان است. چيلر هاي بكار رفته داراي يك سيستم كنترلي كامل هستند. بنا به ماهيت سيستم BMS كه يك سيستم مديريت جامع است، دستگاههاي چيلر بصورت كامل با مدارات كنترلي داخلي بكار خود ادامه مي دهند، تنها كاري كه سيستم BMS انجام مي دهد اين است كه در يك مرحله كنترلي بالاتر كار كنترل را انجام مي دهد تا در مواقع اضطراري فرمانهاي لازم را صادر نمايد. اينكار با اطلاعات جمع آوري شده توسط سنسورهاي متعدد و اطلاعاتي كه از تابلو برق گرفته مي شود امكان پذير است. نقاط حساس چيلر همچون خط chilled و condenser داراي سنسورهاي حرارتي ورود و خروج سيال از چيلر است و همچنين داراي سنسور جريان سيال  (Sw.F) در نقاط ورودي اپراتور و كندانسور است تا احتمال يخ زدگي و سلوشن شدن مايع مبرد را از بين ببرد و همچنين با كنترل دبي آب گرم ورودي از ديگ آب گرم به چيلر به همراه سنسورهاي حرارتي در ورودي و خروجي آب گرم كار كنترل خط ژنراتور را انجام دهد.

16. 3-7-1-7- سيستم كنترل بويلر

 بويلر ها داراي مدارات كامل كنترلي داخلي هستند كه كنترل تمام سيستمهاي داخلي بويلر را انجام مي دهد. در سيستم كنترل بويلر توسط BMS با داشتن دماي ورودي و خروجي مي تواند در يك مرحله بالاتر، بر كار بويلر نظارت داشته باشد و در زمان خطر، فرامين لازم را صادر كند .

16. 3-7-1-8- فن كويلها

 بر اساس نياز پروژه و تعداد زياد فن كويلها، پيش بيني سيستم كنترلي خاص براي كاهش مصرف انرژي و كنترل بهينه دماي اتاقها وجود دارد  تنظيم و دبي آب سرد و يا گرم مورد نياز فن كويلها به كمك شير سه راهي كه دستورباز يا بسته بودن را از كنترلر مي گيرد انجام مي پذيرد. اما با توجه به بهينه شدن پروژه 2 گونه خاص طراحي در نظر گرفته شده است .

 استفاده از شير سه راهی و چهار شير سوزني اين روش جهت فضاهاي بسته ايست كه تنها يك فن كويل در آنها فعال است.

استفاده از شير سه راهه و دو شير سوزني

         

در سيستم كنترل BMS مي توان بر هماهنگي و كارايي دستگاههاي مرتبط با سيستم گرمايش ساختمان همچون بويلرها و پمپهاي مربوطه و فن كويلها و هوا ساز ها و در يك زمان واحد، كار نظارت را انجام داده تا بهترين بازده را از سيستم بدست آوريم. اين روش جهت فضاهايي است كه تعداد فن كويل بيش از يك دستگاه مي باشد، كه در صورت نياز به تعمير ديگر فن كويل ها جبران بار حرارتي محيط را انجام مي دهند.

با اين برنامه ريزي امكان آن بوجود مي آيد كه در مصرف انرژي تا 30 %صرفه جوئي شود، هزينه هاي نگهداري تجهيزات مكانيكي ساختمان كاهش مي يابد، استهلاك دستگاهها تا حد بسيار زيادي كاهش يابد، دمايي مطلوب بدون نياز به كنترل لحظه اي و حتي مستقل از فصول در تمام طول سال ايجاد گردد، امكان تعامل سيستم با ديگر زيرسيستم هاي ساختمان مانند كنترل روشنايي، اعلام حريق و غيره وجود داشته باشد، تمام تجهيزات از راه دور توسط شبكه جهاني اينترنت قابل كنترل باشند  web base)) ، خرابي تجهيزات مكانيك بلا فاصله پس از وقوع و اعلام سريع آن توسط فكس، پست الكترونيكي ، آلارم، تلفن و ديگر روشهاي ممكن جهت رفع سريع آن صورت پذيرد [21].

 

1. 15. اهداف مديريت انرژی در ساختمان

در راستاي بهينه سازي مصرف انرژي ساختمان، ميتوان از سيستمها و تجهيزاتي نيز بهره جست تا نياز انرژي ساختمان تا حد امکان كاهش يابد. در حال حاضر، فناوري هاي مطرح در سطح جهاني امکان طراحي و ساخت ساختمان هايي را فراهم مي كند كه داراي نياز انرژي كمي هستند. ساختمان هايي نيز در كشورهاي پيشرفته ي دنيا طراحي و ساخته ميشوند كه نه تنها نياز سالانه  انرژي را به صورت ساختمان با انرژي تأمين مي كنند، بلکه قادر هستند انرژي اضافه توليدشده را به شبکه ي برق سراسري منتقل نمايند. در ادامه به معرفي برخي از فناوريهاي مطرح و قابل استفاده در ساختمان پرداخته ميشود. مهمترين اقدام جهت دستيابي به اهداف تعیین نشده در اين زمينه عبارت اند از:

بهره گيري حداكثر از انرژي خورشيدي با استفاده از سيستمهاي فعال و غيرفعال و بهره گيري حداكثری از ديگر انرژيهاي تجديد پذير، بازيافت انرژي،  ذخيره سازي انرژي، كاربرد تجهيزات مکانيکي و الکتريکي (تأسيسات مکانيکي و الکتريکي) با بازده انرژي بالا در  ساختمان، بهره گيري از سيستمهاي هوشمند براي انطباق هر چه بيشتر توليد انرژي با نيازهاي واقعي و مقطعي. همانطور كه تحقيقات نشان مي دهد، يک ساختمان پتانسيل هاي مناسبي براي  صرفه جويي و استفاده از انرژي هاي پاك و ارزان قيمت دارد[12].

شکل 4-1- ميزان انرژي مصرفي براي هر بخش از ساختمان را نشان ميدهد كه بايد جهت رسيدن به  اهداف يک سيستم هوشمند، با توجه به ميزان مصرف و امکان صرفه جويي، مجموعه ي مدرن كنترلي را برنامه ريزي كرد. لذا يک سيستم مديريت انرژي ساختمان هوشمند مي تواند قابليت آن را داشته باشد كه در زمينه هاي مختلف اين وظيفه را بر عهده بگيرد، كه چند مورد از آنها در اين سمینار به آن پرداخته شده است.

    

• • مفهوم مديريت انرژی در ساختمان

در اين فصل مفاهيم پايه و اساسي مديريت انرژي در ساختمان ارائه شده است. مديريت انرژي در ساختمان شامل دو بخش عمده مديريت توليد و مديريت مصرف ميباشد. در سالهاي اخير رشد مصرف انرژي در جهان سالانه 1 تا 2 درصد و در ايران 1 تا 5 درصد بوده است. به عبارت ديگر رشد مصرف انرژي در ايران 5 برابر متوسط رشد مصرف در جهان ميباشد. لازم به ذكر است حدود 33 الي 35 درصد از كل انرژي مصرفي در ايران در ارتباط با مصارف خانگي است. از سوي ديگر به واسطه انتشار آلاينده هاي حاصل از احتراق، محدوديت و پيش بيني افزايش قيمت هاي سوخت هاي فسيلي موجب گرديده است تا سياست گذاران و برنامه ريزان بخش انرژي با انجام مطالعات ساختاري، سياست بهينه سازي مصرف انرژي ساختمان را در رئوس برنامه هاي خود قرار دهند[14].

با توجه به افزايش روزافزون نياز به انرژي برق در جهان، شاهد نفوذ و گسترش مولدهاي انرژي پاك مانند سلولهاي خورشيدي و توربينهاي بادي در مناطق مسکوني هستيم[15]. اضافه شدن اين واحدهاي توليدي به شبکه برق علاوه بر اينکه داراي مزاياي زيادي است، چالشهايي را نيز به دنبال خواهد داشت.

 

1. 17. مديريت مصرف در ساختمان

مدت زيادي نيست كه بحث در مورد مديريت مصرف انرژي در ساختمان در محافل عمومي مطرح شده است. مديريت مصرف انرژي از طريق يکپارچه كردن چهار عنصر اصلي يعني سيستمها، ساختار، سرويسها)  خدمات (مديريت و رابطه بين آنها در راستاي تحقق محيطي پويا و مقرون به صرفه عمل مي نمايد. سيستم مديريت انرژي در ساختمان از طريق سيستمهاي كنترلي زير اعمال ميشود:

-1 سيستم تهويه ي مطبوع

-2 سيستم اطفاء حريق

-3 سيستم ايمني

-4 سيستم مديريت روشنايي

به عنوان مثال در ساختمانهاي اداري و تجاري دستگاه تهويه مطبوع و سيستم روشنايي مركزي جزء پرمصرف ترينها هستند[16]. البته كاربرد سيستم هاي HVAC مصرف انرژي را تا حد زيادي با كاهش روبرو ساخته است. با در نظر گرفتن ميزان مصرف انرژي با توجه به روشنايي روز و دماي بيرون سيستم قادر است يک روش مصرف ارزان قيمت را همراه با صرفه جويي در انرژي انتخاب نمايد [17]. در نظر گرفتن دماي مطلوب ساختمان بر اساس نوع استفادهاي كه از آن مي شود، مصرف انرژي را تا حد بسيار زيادي كاهش ميدهد. اين كار با در نظر گرفتن اطلاعات اوليه اي كه كارفرما به سيستم مي دهد و همچنين داده هايي كه سيستم به عنوان پيش فرض دارد ازجمله تغييرات روزانه و فصلي شرايط آب و هوايي طرح و نحوهي انتخاب تجهيزات صورت مي گيرد. درنتيجه فرآيند مصرف تصاعدي انرژي و ايجاد هزينه هاي بالا براي نگهداري ساختمان از بين مي رود و همچنين ميزان آسايش ساكنين در ساختمان افزايش مي يابد. به اين ترتيب سيستم هاي مديريت انرژي در ساختمان [1] تعريف مي شوند.

EMS ها با تغيير عملکرد ساعتي يا دورهاي تجهيزات از مصرف بيرويه انرژي جلوگيري مي نمايند. امروزه در ساختمانهاي مجهز به سيستمهاي مديريت انرژي، با كمک وسايل كنترلي پيشرفته مي توان يک مديريت دقيق به گونهاي كه موجب كاهش تعداد تجهيزات مورد استفاده و كاهش اتلاف انرژي گردد، پياده سازي كرد. به بيان كاملاً ساده كنترل كننده هاي ساختمان ميزان مطلوب مشخصه خاصي را در حد تعيين شده نگه ميدارند. اين مشخصه ميتواند ميزان روشنايي، ميزان گرمايش و يا ميزان سرمايش باشد. همچنين استفاده از عايق در ديوارها، سقف، كف و استفاده از شيشه هاي چند جداره در پنجره ها ميتواند اتلاف انرژي را كاهش دهد. براي شناخت اهميت اقتصادي سيستمهاي مديريت انرژي اشاره به اين موضوع كافي است كه استفاده از  EMS در يک ساختمان عادي 3 خوابِ در كشور آمريکا در يک بازه زماني 25 ساله هزينه انرژي 35000 دلار را در پي دارد. درحاليكه كنترل عادي همان ساختمان با روشهاي سنتي هزينهاي معادل 92000 دلار در بر دارد [18].  بنابراين مديريت انرژي وقتي براي تعداد زيادي ساختمان انجام شود موجب كاهش چشمگير هزينه ها ميگردد كه اين بيانگر نقش كليدي EMS  ها در آينده خواهد بود.

1. 18. انواع سیستم های EMS  و کاربردهای مختلف آنها

همانطور كه در قسمت قبل اشاره شد EMS ها سيستم كنترلي هستند كه با تنظيم عملکرد ساعتي يا دورهاي تجهيزات از اتلاف انرژي جلوگيري مي نمايند. به اين معنا كه زمان و محدوده  خاموش و روشن شدن دستگاه را با توجه به داده هاي از پيش تعيين شده اي بر اساس يک سيستم يکتا و به كمک ساعتهاي كنترلي، مديريت ميكند.

1. 19. روشهای کاهش اتلاف انرژی در صورت عدم وجود EMS

اشاره به اين نکته ضروري است كه EMS ها هميشه سودمند نم يباشند. علت اصلي استفاده از EMS بهينه سازي در انرژي و به دنبال آن صرفه جويي در هزينه ها ميباشد. گاهي هزينه ي نصب EMS در يک ساختمان با عملکرد عادي بسيار بالاتر از ميزان صرفه جويي مالي ناشي از حفظ انرژي مي باشد. درنتيجه بهتراست قبل از نصب سيستم يک آناليز كلي بين هزينه هاي مصرفي براي نصب و ساير عوامل ازجمله نوع عملکرد ساختمان، نوع كاربري آن، اندازه و ابعاد ساختمان و تعداد سيستمهاي كنترلي درون آن انجام شود.

در موارد عادي با در نظر گرفتن اصول زير ميتوان به ميزان قابل توجهي از اتلاف انرژي جلوگيري نمود.

عايق هاي حرارتي

وجود عايق در ديوارها، سقف و كف اتاقها مصرف انرژي را تا 25 % كاهش مي دهد. در مورد سقف هاي سفالي بايد از عايق هاي كه به صورت فويل دولايه هستند استفاده نمود[19].

جلوگيري از تهويه ي طبيعي

جلوگيري از نفوذ هوا از طريق درها و پنجره ها و ساير در روها به كمک نوارهايي كه به همين منظور در نظر گرفته شده است، مقدور است. همچنين كاهش سطح پنجره و استفاده از شيشه هاي دوجداره از اتلاف گرما يا سرما جلوگيري مي كند.

كنترل نور خورشيد

استفاده از سايبان هاي داخلي و خارجي و شيشه هاي رنگي و رفلکس تا حد زيادي اثر نور خورشيد را كاهش مي دهد.

انتخاب نوع موتور

نوع موتوري كه براي دستگاههاي تهويه و... در نظر گرفته مي شود بايد به گونه اي باشد كه علاوه بر قيمت مناسب ويژگي هاي مطلوب ديگري ازجمله بي صدا و بدون لرزش بودن را نيز دارا باشد.

هزينه هاي پياده سازي BMS در ابتدا ممکن است زياد به نظر برسد، اما پياده سازي اين سيستم باعث بازگشت سرمايه خواهد شد. هدف اصلي استفاده از سيستم BMS دريک ساختمان، ذخيره سازي انرژي و مصرف صحيح و بهينه از امکانات مي باشد كه نتيجه  اين هدف علاوه بر ذخيره سازي انرژي، بازگشت سرمايه اوليه اجراي BMS مي شود. بحث ديگري كه در بازگشت سرمايه نقش دارد استفاده بهينه از امکانات ميباشد كه باعث افزايش عمر تجهيزات مي شود. مثلاً در سيستم تأسيسات مکانيکي با تقسيم زمان هاي كاركرد بين تمام اعضاي يک مجموعه (مثل مجموعه پمپ هاي سيركولاسيون) فشار كاري بين تمام اعضاء تقسيم مي شود.  ضمن اينکه از غيرفعال بودن يک بخش از مجموعه به طور دائم جلوگيري مي كند كه خود باعث بهتر عمل كردن تمام مجموعه ها مي شود.

1. 20. ممیزی انرژی در ساختمان

ساختمانهاي مسکوني در بسياري از كشورها به عنوان يک بخش غيرمولد بيشترين سهم را در بين كليه بخشهاي مصرفي به خود اختصاص داده است. با توجه به ترازنامه انرژي كشور، سالانه بيش از  30 % مصرف انرژي مستقيماً صرف تأمين نيازهاي اين بخش ميگردد [20]. اين در حالي است كه اكثر مطالعات انجام گرفته نشان ميدهد كه بيش از نيمي از اين ميزان مصرف به دلايل مختلفي تلف مي شود. درواقع در صورت رسيدگي به وضعيت ساختمانها با اجراي راهکارهاي بهينه سازي مصرف انرژي، ارتقاي كارايي و اصلاح الگوي بهره برداري ميتوان با كمتر از نصف اين ميزان انرژي مصرفي، آسايش مورد نظر در ساختمان ها را فراهم نمود.

درواقع در اغلب ساختمانهاي موجود بيش از  50% پتانسيل صرفه جويي و كاهش مصرف انرژي قابل دستيابي خواهد بود. در اين ميان اتلاف انرژي در اغلب ساختمان هاي دولتي و عمومي در رتبه بالاتري قرار مي گيرد و شايد عمده دليل اين ضعف، علاوه بر ساير مسائل و نقاط ضعف مشترك در اكثر ساختمان ها، به عدم انگيزه كافي و نبود فرد يا افراد متولي براي پيگيري مسائل بهينه سازي مصرف مي باشد. اما بايد اذعان نمود كه در شرايط فعلي و در دوران حساس گذار به تحول اقتصادي، شايد بيشترين وظيفه را به دوش دستگاههاي دولتي گذاشته باشد. واقعي شدن تعرفه ها و قيمتهاي حامل هاي انرژي از يک سو و لزوم پيشگامي دولت و نهادهاي دولتي در اجراي اصلاح الگوي مصرف، اهميت اين موضوع را دوچندان مي نمايد. حال چه بايد كرد؟

بدين منظور در اولين قدم دو پيش نياز لازم و اساسي موردنياز خواهد بود.   

1. تعيين فردي به عنوان مسئول يا مدير انرژي در هر يک از ساختمانهاي اداري و عمومي;

2. اقدام به بررسي و تعيين وضعيت مصرف انرژي در ساختمان با انجام مميز انرژي سريع و اجمالي.

در ادامه به بيان نقش و تأثير هر يک از اين دو عامل اساسي و چگونگي استقرار آن در ساختمانها پرداخته شده است. به زبان ساده اگر مصرف زياد انرژي در يک ساختمان به منزله يک بيماري تلقي شود، به منظور شناسايي عوامل بيماري و دريافت نسخه درمان مؤثر، نياز به انجام برخي معاينات و آزمايشها مي باشد كه در اين مصداق، مميزي انرژي به اين منظور انجام ميگيرد. در كنار اين موضوع، به منظور حصول اطمينان از استفاده كامل و اجراي درست دستورات اين نسخه درمان و از همه مهمتر پيگيري آن در دوره درمان، نيازمند به فرد يا افرادي مسئول كه امروزه با عنوان مدير انرژي در ساختمان شناخته شده اند، خواهد داشت. لازم به ذكر است كه تجارب موجود نشان داده كه در اغلب موارد تنها با انجام مميزي انرژي سريع و اجراي راهکارهاي بدون هزينه و كم هزينه (بازگشت سرمايه كوتاه) و نظارت و پيگيري آن توسط فردي مسئول (مدير انرژي) حداقل 13 الي 23 درصد از مصرف انرژي كاسته خواهد شد. اين در حالي است كه در شرايط موجود با توجه به سهم هزينه هاي انرژي، با اجراي اين كار هزينه هاي اصلاحات و راهکارهاي بهينه سازي انرژي در مدت يک سال بازگشت داده ميشود و از سال دوم نيز صرفاً به سود دستگاه مبدل خواهد شد [20].

معرفي روش ممیزی انرژی

تعریف ممیزی انرژی

مميزي انرژي به روشي گفته ميشود كه طي آن با انجام سلسله اقداماتي مي توان مقادير مصرف انواع حامل هاي انرژي و موقعيت هاي اين مصارف را در محل هاي مصرف و به تفکيک مصرف كنندگان انرژي مشخص و معين نمود و درنهايت نيز با روش مقايسهاي نسبت به شناسايي و ارزيابي وضعيت انرژي ساختمان پرداخت.

هدف از انجام ممیزی انرژی

-1 تعيين مقادير مصرف و شاخص هاي انرژي براي بخشهاي مختلف در ساختمان،

-2 شناسايي فرصتهاي بهينه سازي و كاهش مصرف انرژي،

-3 ارزيابي فني و اقتصادي اجراي راهکارهاي مؤثر در دستيابي به صرفه جويي در مصرف انرژي.

معرفي ممیزی انرژی سریع

اين روش به عنوان يک ابزار و پيش نياز مهم براي بررسي و ارزيابي ارائه وضعيت مصرف انرژي ساختمان و تأسيسات آن به شمار مي آيد. طي انجام مميزي انرژي سريع به وسيله كارشناسان مجرب امر مميزي انرژي و يا متخصصين برق و مکانيک بدون نياز به دستگاههاي اندازه گيري پيشرفته ميتوان تا ميزان قابل قبولي فرصت هاي بهينه سازي و صرفه جويي انرژي را تعيين نمود. معمولاً مدت زمان لازم براي انجام يک مميزي انرژي سريع بين 3 تا 5 روز مي باشد. حداقل پتانسيل صرفه جويي قابل دسترسي  10 الي 20 درصد خواهد بود[20].

 

مراحل اصلي فرآیند ممیزی انرژی سریع

فرآيند مميزي انرژي به طور استاندارد در سه مرحله اصلي انجام ميگيرد:

مرحله اول : فاز بازديد و جمع آوري اطلاعات،

مرحله دوم : شناسايي فرصت هاي بهينه سازي و تعيين پتانسيل هاي صرفه جويي انرژي،

مرحله سوم : توجيه فني و اقتصادي و ارائه راهکارهاي بهينه سازي مصرف انرژي بدون هزينه و يا با هزينه كم.

 

عوامل تعیین کننده مصرف انرژی در ساختمان

مجموعه اي از عوامل مؤثر بر ميزان مصرف انرژي در ساختمان به شرح زير هستند:

-1 مواد و مصالح بکار رفته در پوسته و جداره هاي خارجي ساختمان،

-2 شرايط آب و هوايي و اقليمي محل احداث ساختمان،

-3 نوع معماري و سازه ساختمان،

-4 تأسيسات مركزي ساختمان) گرمايش، سرمايش، تهويه مطبوع، روشنايي و ... (،

-5 لوازم و تجهيزات مصرف كننده) لوازم برقي و تجهيزات حرارتي ( [20].

1. 21. مروری بر پروتکل های رایج در خانه هوشمند:

 خانه‌های هوشمند امروزه به عنوان یکی از بخش‌های مهم سیستم‌های مدیریت جامع ساختمان یا همان BMS  مورد توجه واقع شده‌اند. خانه‌های هوشمند با هدف ایجاد آسایش و امنیت برای کاربران به سرعت در حال توسعه می باشند. امروزه تکنیک‌های مختلفی برای اتوماسیون ساختمان‌های بزرگ بکار گرفته‌می‌شود از قبیل کنترل نور، کنترل دما، کنترل درها و پنجره‌ها و پرده‌ها و یا سیستم‌های امنیتی و مدار بسته و ... . علاوه برموارد یاد شده، در خانه‌های هوشمند، کاربرد‌های دیگری نیز از قبیل کنترل Multimedia، آبیاری گیاهان و غذا دادن به حیوانات خانگی نیز قابل تعریف است.

سیستم‌های خانه هوشمند علاوه بر ایجاد آسایش و امنیت مضاعف در خانه به بهینه‌سازی مصرف انرژی و صرفه‌جویی در زمان و هزینه‌های نگهداری ساختمان نیز کمک شایانی ‌می‌نماید. ضمناً این سیستم‌ها علاوه بر مخاطبین معمول خود می‌توانند در بهبود کیفیت زندگی معلولین و سالمندان نیز کمک شایانی نمایند. بسته‌های موجود در خانه‌های هوشمند می‌توانند موارد زیر را تحت کنترل قرار دهند:

کنترل دما

کنترل روشنایی

کنترل نور طبیعی (به کمک باز و بسته کردن خودکار پرده و کرکره ها)

سیستم های صوتی و تصویری

سیستم های اعلام حریق

سیستم‌های حفاظتی وامنیتی

آبیاری گیاهان و تغذیه حیوانات

 

تکنولوژی های ارتباطی خطوط برق

تکنیک های به کار رفته جهت هوشمند سازی بنا به دو دسته کلی تقسیم می گردند:

روش هایی که در آنها نیازی به کابل کشی مجزا برای کنترل ادوات مختلف وجود ندارد که در این روش ها سیگنالهای تولید شده توسط وسایل کنترل کننده، از طریق شبکه برق موجود در این ساختمان ها و یا با کمک سیگنالهای RF منتقل شده و در مقصد، دستگاه مورد نظر را کنترل می نماید. مشهورترین تکنولوژی در این دسته X10 و Z-Wave می باشد.

روش هایی که در آنها برای کنترل وسایل و ادوات مختلف علاوه بر سیم کشی برق ساختمان نیاز به برپایی یک شبکه کابلی مجزای دیگر به جهت انتقال سیگنالهای تولید شده توسط وسایل کنترل کننده داریم. در این دسته نیز معتبر ترین تکنولوژی KNX می باشد.

شایان ذکر است که به غیر از موارد مذکور کلیه تجهیزاتی که به نحوی با برق کار کرده و یا قابلیت تبدیل به سیستم برقی در آنها وجود دارد، در این مجموعه قرار خواهد گرفت. تکنولوژی های متفاوتی جهت اجرای سیستم های مذکور در خانه ها موجود است که در ذیل به برخی از آنها اشاره گردیده است. در کلیه تکنولوژی ها تمامی امکانات قابل اجرا و بهره برداری می باشند.

پروتکل x10

 X10 به‌عنوان اولين تكنولوژي domotic در سال ۱۹۷۵ توسط شركت Pico Electronics اختراع شد كه هنوز هم به‌عنوان پركاربردترين اين تكنولوژي‌ها مطرح مي‌باشد. امروزه از اين تكنولوژي در سرتاسر دنيا به خصوص در مواقعي كه امكان استفاده از شبكه هاي باسيم و يا كابل كشي در سطح فيلد (Field) وجود ندارد استفاده مي گردد.

X10 يك زبان ارتباطي ست كه امكان مي دهد ادوات اتوماسيون خانگي سازگار با اين زبان از طريق سيم كشي موجود در منزل با يكديگر ارتباط بر قرار كنند. با اين امكان ديگر نيازي به هزينه و كابل كشي مجدد در منزل براي اتوماسيون نخواهد بود. فن آوري X10 سالهاست كه در اتوماسيون خانگي امريكاي شمالي مورد استفاده قرارمي گيرد. سهولت استفاده و كاربري قابل اعتماد اين فن آوري باعث شده كه سري ۲۳۰V/50Hz اين ادوات نيز جهت استفاده در اروپا توليد و به سرعت همه گير شود. اين فناوري در حال حاضر در حال گسترش در آسيا نيز مي باشد.

چرا X10 محبوب تر از ساير روشهاي اتوماسيون خانگيست؟ چون:

–  از نظر اقتصادي بدليل صرفه جوئي در انرژي بصرفه است.

–  بصورت ماژولهاي مستقل بوده و به آساني قابل افزايش مي باشد.

–  كاربري فوق العاده راحتي دارد.

–  نصب آن بسيار آسان است.

–  احتياجي با سيم كشي مجدد در ساختمان نداشته و به همین دليل هزينه و زمان نصب اندكي دارد.

–  توليد كنندگان مختلفي در دنيا محصولات متنوعي در اين زمينه توليد مي كنند.

–  باعث افزايش راندمان، سهولت كاربري و ايجاد امنيت در خانه مي گردد.

 

آدرس دهي در پروتكل X10

آدرس دهي در X10 بر اساس house code و unit code انجام مي شود كه house code ها ازA تا P براي تفكيك نواحي و unit code ها از۱ تا ۱۶ براي تفكيك ماژول هاي هر ناحيه است. بعنوان مثال اگر كليدي روي ريموت كنترل شما براي آدرس D8‌ تنظيم شده باشد، كليه ماژولهائي كه با اين آدرس تعريف شده باشد توسط اين كليد روشن و خاموش ميشوند. تلفيق house code و unit code امكان استفاده از ۲۵۶ آدرس و بالطبع ۲۵۶ ماژول كنترلي را در يك منزل فراهم مي نمايد.

 

ماژولهاي X10 چگونه كار مي كنند؟

به زبان ساده فن آوري X10 بر مبناي ارسال و دريافت سيگنال با ولتاژ پايين روي خط انتقال نيروي الكتريكي ۲۳۰V AC/50Hz مي باشد. تمامي ماژولهاي X10 نصب شده در منزل كه به خطوط برق خانه شما متصل مي باشند اين سيگنال را مي بينند ولي فقط ماژولي به اين سيگنال پاسخ مي دهد كه آدرس خود را روي اين سيگنال ببيند. بعنوان مثال اگر يك فرستنده X10 فرمان On A3 را ارسال نمايد، ماژولي كه با آدرس A3 تعريف شده است روشن ميشود. اگر در منزل بيش از يك ماژول با اين آدرس كد شده باشند، تمامي آنها پس از وصول اين سيگنال روشن مي شوند.

اساسا X10 نام يك پروتكل ارتباطي و نيز محصولاتيست كه ما روي سيم كشي موجود ساختمان خود نصب مي كنيم تا از طريق عبور سيگنال هاي با ولتاژ پايين از سيم كشي با يكديگر ارتباط برقرار كنند. اين سيگنالها روي ديگر وسايل برقي منزل هيچ تاثيري نمي گذارند.

سيگنال ها وقتي ارسال مي شوند كه ولتاژالكتريكي ۰V است. اين كار بدليل متناوب بودن جريان الكتريكي با تناوب ۵۰ سيكل در ثانيه صورت مي پذيرد. بيشتر فرستنده هاي X10 ولتاژي كمتر از۱V را روي خط ارسال مي نمايند. اغلب گيرنده هاي X10 ولتاژي در حدود ۱۰۰mV را جهت فعال شدن نياز دارند. در اين حالت اگر روي خط، نويز حاصل از كاركرد ديگر وسايل برقي مانند جارو برقي، هواكش، تهويه مطبوع، سشوار، رايانه و تلويزيون وجود داشته باشد، ممكن است باعث عدم دقت كاركردي ماژول ها شود. در اين حالت استفاده از فيلتر ها و ميكروفيلتر هاي X10 باعث كاهش نويز هاي ناخواسته در حد استاندارد كاركرد ماژولهاي X10 مي شود.

 

Device Moduleها

بسته به باري كه بايستي كنترل شود ماژول‌هاي مختلفي بايستي بكارگيري شود. براي لامپ هاي معمولي يك ماژول لامپ و يا ماژول راديويي مي‌تواند استفاده گردد. اين ماژول‌ها با كمك تراياك لامپ را روشن و خاموش و يا پرنور وكم‌نور مي‌نمايند. اين ماژول ها هيچ صدايي را ندارند و باري بين ۴۰ تا ۵۰۰ وات را كنترل مي‌نمايند. براي بارهايي غير از لامپ‌هاي معمولي مثل فلورسنت و يا لامپ هاي متال (دشارژ بسيار سريع) و يا وسايل الكترونيكي ماژول‌هاي لامپ مناسب نيستند و يك ماژول وسايل برقي بايستي به‌كارگرفته شود. اين ماژول‌ها جهت روشن و خاموش كردن وسايل از يك رله Impulse استفاده مي‌نمايند. اين ماژول ها غالباً براي كنترل وسايلي كه از آمپر‌هاي خيلي كم تا حدود ۱۵A را استفاده مي‌نمايند استفاده مي‌شوند.

 

بسياري از ماژول‌ها قابليت ديگري را بنام كنترل منطقه‌اي ارائه مي‌دهند. يعني اگر ماژول خاموش باشد روشن كردن كليد اصلي دستگاه يا لامپ باعث روشن شدن آن مي‌شود بدون اينكه نياز باشد شما به سراغ دستگاه كنترل كننده X10 برويد. لازم به ذكر است ماژول‌هاي كليد ديواري اين قابليت را ندارند.

برخي ماژول‌هاي كليد ديواري قابليتي را به‌نام كم كردن نور محلي دارند. معمولاً يك كليد لامپ معمولي فقط قابليت روشن و خاموش كردن مي‌دهند تا قابليت كم نور و پر نور كردن ولي در اين كليدها فشار دادن و نگه‌داشتن كليد زنگي باعث مي‌شود كه لامپ كم‌نور و پرنور شود.

 

كنترل كننده ها :

بازه بسيار گسترده‌اي را از كنترل كننده‌هاي بسيار ساده تا كنترل كننده‌هاي بسيار پيشرفته را شامل مي‌شوند. ساده‌ترين كنترلها براي كنترل ۴ وسيله X10 طراحي شده‌اند كه مي‌تواند:

۱) چهار وسيله را كنترل كند

۲) آخرين وسيله انتخابي را كم‌نور يا پرنور نمايد

۳) همه را روشن و يا همه را خاموش نمايد.

 

كنترل‌هاي پيشرفته‌تر مي‌توانند وسايل بيشتري را كنترل كرده و يا مي‌توانند نقش يك تايمر را ايفا نمايد كه درزمانهاي معيني كارهاي از پيش تعيين شده‌اي را انجام مي‌دهند. همچنين برخي از اين كنترلها مي‌توانند به كمك Motion-detector ها يا Photo cell‌ ها چراغ‌ها را روشن يا خاموش نمايند.

نهايتاً كنترل‌هاي بسیار پيشرفته‌اي نيز موجود هستند كه مي‌توانند كاملاً برنامه‌ريزي شده و يا برنامه‌هايي كه در يك كامپيوتر خارجي نوشته‌شده‌اند را اجرا نمايند. اين وسائل مي‌توانند بسياري از فعاليت‌هاي زمان‌بندي شده را انجام دهند. به سنسورهاي خارجي پاسخگو باشند و كاري را به‌صورت يكپارچه و با فشار يك دكمه انجام دهند، مثلاً چراغ‌ها را روشن كنند، سطح روشنايي را تنظيم نمايند و … . برنامه‌هاي كنترلي براي كامپيوتر‌هايي كه تحت ويندوز هستند ، Apple Macintosh‌ ها و يا Linux‌ ها در دسترس هستند.

در اين تكنولوژي سيستم‌هاي هشدار‌دهنده سرقت نيز وجود دارند. در اين سيستم‌ها كنترل‌كننده ها از پروتكل‌هاي X10 استفاده نموده و يا بطور‌عادي سيم‌كشي مي‌شوند تا به يك سري از سنسور‌هاي خارجي كه ممكن‌است درها، پنجره‌ها يا ساير نقاط دسترسي را مراقبت مي نمايد مرتبط شوند. ممكن است كنترل كننده بعد از تشخيص سرقت از پروتكل X10 جهت روشن كردن چراغ‌ها، به صدا درآوردن آژير و … استفاده نمايد.

 

نقاط ضعف و محدوديت ها:

يك مشكل با X10 فراواني تضعيف سيگنال ها بين دو هادي در سيستم‌هاي سه سيمه است كه در بسياري از نقاط آمريكاي شمالي استفاده مي‌گردد. سيگنال ها از يك فرستنده بر روي يك هادي فعال امكان انتشار به يك‌هادي ديگر از طريق سيم‌پيچ‌هاي يك ترانسفورماتور با امپدانس بالا را ندارند. معمولاً هيچ راه‌حل قابل اطميناني براي ارسال سيگنالها از روي يك فاز بر روي فاز ديگر وجود ندارد. اين مشكل ممكن است براي وسايلي كه با ولتاژ 230 ولت كار مي كنند مثل بخاري‌ها و خشك‌كن‌ها پديد آيد و باعث خاموش و روشن شدن آنها شود. وقتي اين دستگاه‌ها روشن مي‌شوند يك پل با امپدانس پايين را براي سيگنالهاي X10، بين ۲ فاز ايجاد مي‌نمايند. اين مشكل را مي‌توان با نصب يك خازن بين فازها براي عبور سيگنالهاي X10 مرتفع نمود. بيشتر حرفه‌اي هاي اين محصولات، يك تقويت‌كننده فعال را بين فازها نصب مي‌نمايند. اين تقويت‌كننده‌ها در خانه‌هايي كه به‌صورت ۳ فاز از برق شهر استفاده مي‌نمايند نيز، جهت انتقال سيگنالهاي X10 بين فازها مورد نياز است. در ايران غالب منازل از يك سيستم 230 ولت تك فاز استفاده مي‌نمایند بنابراين اين مشكل احتمال وقوع ندارد.

 

مشكلات ديگر: تلويزيون‌ها يا وسايل بي‌سيم ممكن است سيگنالهاي On يا Off مجازي توليد نمايند. Noise Filtering (كه روي بسياري از كامپيوتر‌ها يا مودم‌ها نصب مي‌شود) مي‌تواند به دور نگه‌داشتن اين نويز‌ها از سيگنالهاي X10 كمك نمايد، ولي Noise Filter‌هايي كه براي X10 طراحي نشده‌اند ممكن است خود باعث فيلتر شدن سيگنالهاي X10 گردند.

ضمناً برخي منابع تغذيه بكاررفته در وسائل الكترونيكي پيشرفته مثل كامپيوتر‌ها، تلويزيون‌ها و رسيور‌هاي ماهواره سيگنالهاي X10 را دراصطلاح مي‌بلعند. به‌طور نمونه،‌ خازن‌هاي بكاررفته در ورودي‌هاي منابع تغذيه اين سيستمها سبب ايجاد اتصال كوتاه بين فاز و نول براي سيگنالهاي X10 شده و بنابراين باعث توقف سيگنالهاي توليد شده توسط آن سيستم و حتي حذف سيگنالهاي توليدشده توسط لوازم نزديك به آن خواهند شد. فيلتر‌هايي دردسترس هستند كه مي‌توانند حتي مانع از رسيدن سيگنالهاي X10 به چنين دستگاه‌هايي گردند و باعث شوند چنين ايرادات مبهمي در X10 از بين برود.

برخي كنترل‌كننده‌هاي X10 نمي‌توانند در توان‌هاي پايين (زير ۵۰ وات) عملكرد مناسبي داشته‌باشند. يا حتي اصلاً كار نخواهند كرد و يا حتي با وسايلي مثل فلورسنت ها كه بار مقاومتي زيادي ندارند مشكل ساز خواهند شد. بكارگيري يك Appliance Module بجاي يك Lamp Module اين دست مشكلات را مرتفع خواهد نمود.

سيگنالهاي X10 فقط مي‌توانند يك دستور را در يك زمان ارسال نمايند. اگر در يك لحظه دو سيگنال X10 ارسال شود تداخل بوجود آمده و گيرنده‌ها پاسخ مناسب را نشان نخواهند داد.

 

پروتکل Zwave

Zwave ابتدا در سال 2004 توسط استارت آپ دانمارکیZen-Sys توسعه داده شد و پس از آن در سال 2008 توسط Sigma Design خریداری شد.

استارت آپ دانمارکی در سال 2004، Zwave را توسعه داد و پس از آن sigman  design در سال 2008 آن را خریداری کرد.

Z-Wave یک پروتکل ارتباطی بی سیم است که در درجه اول برای اتوماسیون ساختمان مورد استفاده قرار می گیرد. این پروتکل برای کنترل محل های مسکونی و مغازه ها و به جهت  ارائه یک روش ساده و قابل اعتماد برای کنترل مواردی مثل سیستم امنیتی، پنجره های اتوماتیک، روشنایی، سینمای خانگی و … استفاده می گردد.  محصولات بر پایه ی پروتکل Z-Wave    که در خانه هوشمند استفاده می شود قوی تر و کم مصرف تر از شبکه wifi خانگی است.

با Zwave امکان کنترل تمامی وسایل، حتی زمانی که در خانه نیستید وجود دارد.  و این امر از طریق یک کامپیوتر شخصی  و با کمک اینترنت از هر کجا میسر خواهد بود. با موبایل نیز قادر به انجام بسیاری از امور خود خواهید بود.

در برابر قیمتی معادل بخش کمی از قیمت تکنولوژی های مشابه zwave ،یک شبکه با کیفیت بالا را ارائه می کند. این امر با استفاده از پهای باند کم و جایگزینی سخت‌افزارهای گران قیمت با روشهای نرم‌افزاری انجام شده است. انتقال سیگنالهای کنترلی تنها به کمک سیگنالهای RF  است و از سیم کشی استفاده نمی شود.

در واقع ساده ترین شبکه zwave از یک دستگاه کنترل شونده و یک کنترل کننده اولیه تشکیل می شود و دستگاه های دیگر در هر زمانی  می توانند وارد این شبکه شوند .یک شبکه Z-wave نهایتا 232 دستگاه را دارا می باشد که در صورت نیاز به تعداد دستگاه بیشتر می توان از شبکه های پرتابل استفاده کرد.

وقتی دستگاهی علامت مخصوص پروتکل zwave  را دارد، نشان دهنده این است که  این دستگاه می تواند با محصولات دیگری که از این استاندارد استفاده می کنند ارتباط برقرار کند. برای  کنترل کردن یک دستگاه توسط Z-wave باید ابتدا آن را وارد شبکه کنیم. به این عملیات” جفت شدن” یا ” اضافه شدن” می گویند.

معمولا با فشار دادن متوالی دکمه ی کنترل کننده و  دکمه ی دستگاه اضافه شدن به سادگی صورت می پذیرد. پس از آن دستگاه همواره برای کنترل کننده شناخته شده باقی می ماند. برای حذف دستگاه از شبکه نیز عملیات مشابهی انجام می شود. دستگاه کنترل کننده، قدرت سیگنال بین دستگاه ها را در طول فرایند های ورودی فرا می گیرد، پس بهتر است دستگاه ها را قبل از شناسانده شدن به سیستم در محل نهایی قرار دهیم.

برای جفت کردن دستگاه جدید، بهتر است کنترل کننده را از محل خود به محل دستگاه جدید برده (در این هنگام کنترل کننده با باتری داخلی کار می کند) و سپس به محل قبلی برگردانیم.

 

محدوده استفاده Zwave

  Zwave از معماری شبکه مش استفاده می کند. برای دور زدن موانع یا نقاط کور رادیویی به طور فعال دستگاه ها به کمک نقاط واسطه با هم ارتباط برقرار می کنند. حتی در صورت قرار نگرفتن دو نقطه  A و C در یک رنج، پیام با موفقیت از نقطه ی A به C تحویل داده شده است. بنابراین یک شبکه Z-wave در فواصل بسیار دورتر از یک واحد تنها عمل  می کند، اما امکان دارد با افزایش فاصله میان ارسال فرمان و نتیجه مورد نظر تاخیر بوجود بیاید.

 Zwave با هیچ یک از دیگر وسایل بی سیم (روتر ها، تلفن های بی سیم، مودم و.....) تداخل ندارد زیرا zwave روی فرکانس خاص خود (unic)کار می کند.

 

توپولوژی و مسیریابی

Zwave از توپوتوژی شبکه مش استفاده می کند و اگر حتی دو نقطه ی A و B یکدیگر را پوشش ندهند از طریق نقطه ی) B بین این نقاط) انتقال انجام می شود. در صورت در دسترس نبودن یک مسیر صادر کننده ی پیام مسیرهای دیگر را برای رسیدن به مقصد امتحان می کند. بنابراین یک شبکه Z-Wave می‌تواند پوششی در حدود 30 متر داشته باشد.

 

از مزایای پروتکل zwave  که باعث برتر بودن آن شده است میتوان به 7مورد زیر اشاره کرد:

سادگی: کارکرد بی سیم و عدم نیاز به تغییر سیم کشی ساختمان و  اجرا روی ساختمان های در حال ساخت و ساخته شده

هزینه کم: میتوان با هزینه ی کم و بسیار مقرون به صرفه آن را اجرا کرد.

قابل اعتماد:  بیش از 10 سال مورد استفاده قرار گرفته واز تکنولوژی های اثبات شده در خانه هوشمند است.

امنیت: استفاده از رمزگذاری مورد استفاده سیستم بانکداری در تکنولوژی zwave

با تجربه: حدود 50 میلیون محصول با این پروتکل کار می کنند.

پیشرو: 9 شرکت برتر جهان در زمینه امنیت از پروتکل Z-Wave استفاده می کنند که نشان دهنده کارایی بالای این پروتکل است.

تنوع: محصولات Z-Wave با دارا بودن بیش از 1700 محصول اتوماسیون خانگی هوشمند که توسط بیش از 600 تولید کننده ساخته می شوند، در بازار گزینه های بسیاری را برای نیاز های ساختمان فراهم می آورد.

 

 مزایا

این پروتکل با مصرف انرژی کم، هزینه کم، انتقال دو طرفه، تکنولوژی شبکه MESH و پشتیبانی از باطری به باطری گزینه مناسبی برای سنسور دما و دستگاه های کنترلی می باشد.

بسیار کوچک از نظر اندازه ی سخت افزار که آنرا برای مجتمع شدن با دیگر وسایل مناسب می کند.

چون این پروتکل روی فرکانس خاص کار می کند با هیچ یک از وسایل بیسیم تداخل ندارد.

 

پروتکلKNX  

  

- KNX یک استاندارد بر مبنای مدل OSI بوده و یک پروتکل ارتباطی شبکه است و پروتکل اصلی اتحادیه اروپاست که در خانه‌های هوشمند به‌کار می‌رود. KNXیک جانشین و در ضمن یک یکسو کننده برای سه استاندارد قدیمی زیر می‌باشد:

European Home System Protocol (EHS)

Bati BUS

European Installation BUS (EIB)

در حال حاضر استاندارد KNX توسط انجمن Konnex مدیریت می‌شود.  این استاندارد بر پایه سیستم ارتباطی EIB بوده که با لایه‌های فیزیکی، شیوه‌هایConfig  و تجارب کاربردی Bati   BUS و EHS گسترش یافته‌است KNX بستر‌های ارتباطی فیزیکی زیادی را تعریف می‌کند:

سیم‌کشی با کمک زوج بهم تابیده ( برگرفته از استانداردهای EIB و Bati BUS )

شبکه برق ساختمان (برگرفته از استانداردهای EIB و EH، ‌شبیه آن چیزی که X1O عمل می‌نماید).

استفاده از امواج رادیویی

  (Ethernet) که با عناوین EIB net/IP و یا KNX net/IP نیز شناخته می‌شود.

 

 KNX فارغ از هرگونه Platform سخت‌افزاری طراحی شده‌است. یک وسیله در شبکه KNX می‌تواند توسط هرچیزی کنترل شود، از یک میکرو کنترلر ۸ بیتی تا یکPC، که این امر را نیاز خاص آن مقطع تعیین می نماید. در برخی از نقاط دنیا امروزه KNX درحال رقابت با C-BUS طراحی شده توسط شرکت Clipsal است. اما بیشترین نوع نصب KNX نصب برروی بستر ارتباطی زوج سیم می‌باشد.

 

حالات برنامه‌ریزی :

 

وضعیتA-Mode   یا همان “Automatic Mode” یا حالت خودکار که تجهیزاتی هستند که به‌صورت خودکار خودشان را برنامه‌ریزی می‌نمایند و طراحی شده‌اند تا کاربران نهایی خرید و نصب آنها را انجام دهند[22].

وضعیت E-Mode یا همان “Easy Mode” یا حالت آسان که تجهیزاتی هستند که آموزش‌های ابتدایی را برای تصب نیاز دارند. رفتار آنها از  پیش برنامه‌ریزی شده‌ است. با این وجود پارامترهای قابل برنامه‌ریزی نیز دارند که متناسب با نیاز کاربر تعریف می‌شوند. 

S-Mode یاهمان “System Mode” یا حالت سیستمی که تجهیزاتی هستند که در ساخت سیستم‌های اتوماسیون سفارشی به‌کار گرفته می‌شوند. تجهیزات S-Mode هیچ پیش‌فرض اولیه‌ای نداشته و بایستی توسط تکنسین‌های مجرب نصب و برنامه‌ریزی شوند.

 

مزایا

 

پروتکل باز (امکان ارتباط با دیگر تامین کنندگان تجهیزات BMS).

عمر تجهیزات اش در رله های مکانیکی تا سه میلیون بار و سایر تجهیزات الکتریکی تا یک میلیون بار در عملکرد .

سایز کلید ها طبق استاندارد.

امنیت شبکه( امکان عبور کابل از کنار کابل قدرت وجود دارد).

قابل کنترل با نرم افزار گرافیکی توسط کامپیوتر که کلیه فضاها به صورت گرافیکی نمایش داده می شوند.

ایمنی بالا در استفاده ( فقط 29 v  برق در محل کلیدهای کنترلی وجود دارد).

هیچ گونه نویزپذیری یا نویزگذاری چون از کابل مجزا و شیلد دار استفاده می کنند.

هر سنسور یک میکروپروسسور دارد( باعث انعطاف پذیری سیستم در تغییر یک سنسور به جای دیگری).

امکان کنترل وضعیت هواشناسی، کنترل رطوبت، مصرف حریان الکتریکی، کلید روشنایی و سیستم سرمایشی گرمایشی .

انسانها از بدو پیدایش در آرزوي مکانی امن ومطمئن براي زندگی بوده اند و براي رسیدن به این آمال هیچ وقت دست از تلاش و تحقیق برنداشته اند. حال در هزاره سوم و عصر ارتباطات و کامپیوتر تنها ساختمانهاي هوشمند هستند که به این خواسته جامه عمل می پوشاند. بدین منظور تلاش براي کنترل ساختمان ها شروع شده است و ادامه دارد. امروزه بسیاري از ساختمان ها، ادارات، منازل، و حتی مراکز صنعتی به صورت هوشمند کنترل می شوند. همچنین در جهت کاهش هزینه هاي صنعت ساختمان واستفاده بهینه از تکنولوژي و به کارگیري فناوري ارتباطات و رایانه عملکرد سیستمهاي مدیریت و اتوماسیون ساختمان چشم گیرتر می گردند که در مجموع صرفه جویی انرژي را در بر خواهد داشت. به طوري که صرفه جویی هاي ناشی از به کارگیري این سیستم ها از مدت زمان کوتاهی موجب جبران هزینه اي مربوطه می شود. سیستم هاي کنترل هوشمند داراي انعطاف بالایی خواهند بود که می توان براحتی آنها را با نیازهاي مختلف منطبق نمود.

همچنین در هنگام بهره برداري براحتی می توان عملیات تغییر و بهینه سازي براي راهبري بهتر و کاهش هزینه هاي انرژي و کاهش هزینه هاي تعمیراتی را انجام داد. پروژه حاضر گردآوري مجموعه اي از مقالات و مطالبی است که می تواند خواننده را با اینگونه سیستم ها بیشتر آشنا کند. سیستم مدیریت هوشمند ساختمان با بکارگیري از آخرین تکنولوژي ها در صدد آن است که شرایطی ایده آل، همراه با مصرف بهینه انرژي در ساختمان ها پدید آورد. این سیستم ها ضمن کنترل بخشهاي مختلف ساختمان و ایجاد شرایط محیطی مناسب با ارائه سرویس هاي همزمان، سبب بهینه سازي مصرف انرژي، سطح کارایی و بهره وري سیستم ها و امکانات موجود در ساختمان می شود. کنترل و دسترسی به سیستم با استفاده از نرم افزارهاي مربوطه از هر نقطه در داخل ساختمان و خارج از آن از طریق اینترنت مقدور می باشد.

هم اکنون نیمی از ساختمان هاي بالاي 10000 متر مربع در سطح کشور آمریکا که در انها از انواع سیستم هايBMS استفاده شده است، چیزي بالغ بر 10 درصد کل انرژي مصرفی در ساختمانهاي بالاي 10000 متر مربع را صرفه جویی می کنند. در صورتیکه که استانداردهاي بین المللی در کلیه پروسه هاي نیازسنجی، طراحی، نظارت و اجراي سیستم رعایت شده و در طول بهره برداري از سیستم آموزشهاي بومی لازم در اختیار بهره برداران و گروه نت ساختمان قرار گیرد، می توان به میزان مورد انتظار باعث ایجاد کاهش در مصرف انرژي گردید.

1. 23. نتیجه گیری و جمع بندی

هیچ یک از اعمال انسان، بازدهی صددرصد ندارد از این رو استفاده بهینه و ممانعت از هدر رفتن امکانات امري اساسی است. این نکته هنگامی اهمیت بیشتري پیدا می کند که موضوع انرژي مطرح شود. منظور از بهینه سازي مصرف انرژي، انتخاب الگوها و اتخاذ و بکارگیري روش ها و سیاست هایی در مصرف درست انرژي است که از نقطه نظر اقتصاد ملی مطلوب باشد واستمرار وجود و دوام انرژي و ادامه حیات و حرکت راتضمین کند. در این چارچوب تعیین سهام صورت هاي مختلف انرژي در سبد انرژي هرجامعه با توجه به امکانات دراز مدت آن جامعه، همپنین بکارگیري پربازده ترین شیوه استفاده از آنها که متضمن کاهش تخریب منابع انرژي و نیز کاهش تأثیرات سوء ناشی از استفاده ناصحیح از انرژي، بر عوامل دیگر حیات و محیط زیست مدنظر است، این استفاده درست و به جا از انرژي، نه تنها متضمن استمرار حیات و توسعه پایدار جامعه است بلکه منجر به بقاء انرژي براي همگان و نسلهاي آتی و منافعی براي تولید و گسترش آلودگی هاي زیست محیطی ناشی از مصرف نادرست انرژي خواهد بود.

علاوه بر بار اقتصادي عوامل دیگري نیز وجود دارد که ضرورت بهینه سازي مصرف انرژي را می رساند. استفاده بی رویه از انرژي فسیلی از انرژي فسیلی که باعث افزایش آلودگی محیط زیست می شود

•   بالا بودن رشد جمعیت و نیاز به تقاضاي بیشتر انرژي

•   محدودیت منابع انرژي به دلیل تهدید ناپذیر بودن آن

•   رشد بالاي مصرف انرژي به دلیل الگوي نا صحیح مصرف انرژي

•   عدم وجود سیستم بازیافت انرژي

•   وجود صنایع و کارخانجات فرسوده

•   متکی بودن اقتصاد ملی به درآمدهاي نفتی

•   افزایش گازهاي گلخانه اي و باران هاي اسیدي

 

بکارگیري سیستم هاي هوشمند در ساختمانها، علاوه بر مزایاي بیشماري که دارد باعث مصرف بهینه انرژي در صورتهاي مختلف و در نتیجه کاهش شدید هزینه هاي انرژي خواهد گردید. ساختمان هوشمند ساختمانی است مرکب از سیستمهاي کنترلی مختلف که هر یک در انجام فعالیت هاي مرتبط هوشمندانه عمل کرده و در ارتباط و تعامل همیشگی با یکدیگر اند.

 

با توجه به مطالبی که گفته شد می توان نتیجه گرفت که BMS برنامه ای با ویژگی های زیر است:

1.  سیستم کاهش هزینه که قادر به کنترل مصرف انرژی است و در نتیجه امر نگهداری ساختمان را آسان تر می کند.

2.  سیستمی برای آسان سازی عملکرد و مختصر نمودن تجهیزات کاربردی در عین ایجاد آسایش و رفاه در ساختمان

3.  سیستمی انعطاف پذیر با ویژگی user friendly

4.  سیستمی برای کنترل و  بهبود عملکرد تجهیزات نصب شده و جلوگیری از پیشامد شرایط بحرانی

1. 1. 1. پيشنهادها

با بررسی امکانات یک خانه هوشمند به این نتیجه می رسیم که با وجود هزینه های اولیه برای داشتن یک خانه هوشمند می توان مصرف انرژی در کل ساختمان را به صورت لحظه ای کنترل کرد. همانطور که می دانیم صرفه جویی کم مصرف کردن نیست بلکه درست مصرف کردن است. با داشتن خانه ای هوشمند علاوه بر مصرف صحیح انرژی می توانه زینه مصرفی را کاهش داد و راحتی و سرعن و امنیت را به محیط ساختمان اورد. از جمله اتفاقاتی که به ئسیله کنترل کننده ها انجام می شود به موارد زیر اشاره می کنیم:

کنترل از راه دور نورهای خانه

امن تر از آنچه فکرش را می کنید

بهترین دما برای خانه شما

شما دست به سیاه و سفید نمی زنید

خانه تان را از راه دور چک می کنید

راحت تر کار کردن شبکه توزیع برق از جمله عدم نیاز به کنتر نویسی و کاهش ساعات خاموشی

پایین آوردن پیک بار

مدیریت صحیح انرژی

کاهش هزینه های مصرف انرژی