سیستم مدیریت هوشمند ساختمان | Building Management System (BMS)

سیستم مدیریت هوشمند ساختمان یا BMS  در میان تخصص های حوزه ساختمان به سیستم هایی گفته می شود که در ساختمان ها برای راحتی، عملکرد، کارآیی و ایمنی نصب شده اند. این مجموعه ها می توانند توسط مکانیزم های ساده ای مانند سوئیچینگ به شکل دستی، زمان سنج ها یا ردیاب هایی (مانند GPS,WiFi) کنترل شوند.BMS  کنترل گرمایش، سرمایش، تهویه، روشنایی و سایه اندازی را امکان پذیر می کند.

سیستم کنترل مدیریت انرژی هوشمند | Energy Management System (EMS)

سیستم کنترل مدیریت انرژی هوشمند یا  EMS نوع دیگری از سیستم مدیریت هوشمند ساختمان برای کاهش مصرف انرژی، بهبود استفاده از سیستم ها، افزایش قابلیت اطمینان، پیش بینی عملکرد سیستم الکتریکی و بهینه سازی مصرف انرژی برای کاهش هزینه طراحی شده است.

سیستم اتوماسیون ساختمان هوشمند | Building Automation System (BAS)

سیستم اتوماسیون ساختمان یا  BAS یک سیستم هوشمند از دو وجه سخت افزاری و نرم افزاری است که مجموعه سیستم های گرمایشی، تهویه مطبوع (HVAC)، روشنایی، امنیت و سایر اجزا را برای برقراری ارتباط با یک سیستم عامل متجمع می کند. بخش آرشیو و دیتابیس سیستم اتوماسیون اطلاعات مهمی در مورد عملکرد عملیاتی ساختمان و همچنین افزایش ایمنی و آسایش ساکنان به شما ارائه می دهد.

اجزای سیستم مدیریت هوشمند ساختمان:

سیستم کنترل دما و تهویه هوا

هدف اصلی از طراحی سیستم کنترل دما و تهویه هوا ایجاد شرایط آسایش با کنترل دما، رطوبت و جریان هوا در داخل اتاق ها است. دستگاه های کنترل دما مطابق نیاز کاربر، دمای مناسب داخل اتاق را حفظ می کنند. با رسیدن به دمای مطلوب، کمپرسور سیستم تهویه مطبوع خاموش شده و هنگامی که درجه حرارت تا حد مشخصی از سطح مورد نظر کاهش می یابد، کمپرسور دوباره راه اندازی می شود. تنظیم دما توسط کاربر به صورت دستی یا اتوماتیک و با استفاده از طراحی کنترل از راه دور سیستم تهویه هوا انجام می شود.

سیستم کنترل روشنایی هوشمند

سیستم های کنترل روشنایی هوشمند شامل چندین راه حل فنی و ویژگی است که به طور خودکار پارامترهای مختلف برای روشنایی مانند شدت و دمای رنگ نور را تنظیم می کند. این سیستم ها توسط ویژگی هایی مانند Active Dimming، Light Color Temperature  و RGB Control Systems  تولید شده اند تا به مشتری، نورپردازی داخلی مقرون به صرفه، قابل اعتماد و دلپذیری را در کنار طیف وسیعی از گزینه ها ارائه دهند.

سیستم امنیتی و دوربین ‌های مدار بسته نظارتی

سیستم امنیتی و دوربین ‌های مدار بسته نظارتی بخشی اساسی در تأمین امنیت خانه یا محل کار شما هستند. این سیستم ها می توانند شامل مجموعه گسترده ای از دوربین های امنیتی بی سیم قابل استفاده در خانه تا سیستم های هشدار پیچیده باشند. وجود دوربین های امنیتی می تواند به عنوان یک عامل بازدارنده برای سارقان احتمالی عمل کند. این در حالیست که دوربین های مخفی می توانند بصورت کاملاً محافظت شده عمل کنند.

سیستم کنترل تردد

تعدادی از استراتژی های کنترل تردد می توانند در عملیات شبکه کنترل به منظور بهبود جریان تردد کارکنان، جلوگیری از ازدحام و افزایش توان عملیاتی اجرا شوند. در کنار سیستم مدیریت هوشمند ساختمان از نرم افزارهای ITS  که توسط داده های بلادرنگ پشتیبانی می شود، امکان تخمین دقیق وضعیت شبکه تردد نیز فراهم است. 

سیستم اعلام و اطفاء حریق

پانل ها و سیستم های اعلام و اطفاء حریق نتایج پردازش شده توسط سنسورها و دستگاه های هشدار دهنده را کنترل کرده و هشدارها را به ایستگاه های آتش نشانی اعلام می کنند. این سیستم ها به طور مداوم سیستم های خاموش کننده را از نظر عملکرد کنترل نموده و در صورت لزوم آنها را از طریق برق فعال می کنند. علاوه بر این، با سیستم مدیریت هوشمند ساختمان و به ویژه سیستم های مدیریت ریسک از طریق وب با دستگاه های مجهز به اینترنت ارتباط برقرار می کنند. این سیستم ها معمولا از یک پانل کوچک گرفته تا پانل های کنترل بزرگ پیچیده، امکان انتخاب صفحه کنترل آتش مناسب را فراهم می کند.

سیستم توزیع دیتا

سیستم توزیع دیتا در سیستم مدیریت هوشمند ساختمان ،یک فضای یکپارچه داده ورزی مجازی را معرفی می کند که در آن برنامه ها می توانند به سادگی با خواندن و نوشتن اشیا، داده ای که با استفاده از یک نام تعریف شده توسط برنامه (موضوع) و یک کلید، اطلاعات را به اشتراک می گذارند. این سیستم ها دارای کنترل دقیق و گسترده پارامترهایی از جمله قابلیت اطمینان، پهنای باند، مهلت های تحویل و محدودیت های منابع است. سیستم توزیع دیتا همچنین از ساخت مدلهای محلی در بالای فضای داده پشتیبانی می کند.

سیستم خطوط تلفن

یک سیستم خطوط تلفن تعیین کننده مشترکات تلفنی از توالی های رقمی ایمن، استثنایی و مجوز دسترسی را فراهم می کند. در اینصورت کاربر برای برقراری ارتباط تلفنی با یک تماس الزاماً باید یک توالی رقم مجوز تعیین شده توسط مشترک را روی خط تلفن قرار دهد.

سیستم آنتن مرکزی و توزیع سیگنال

سیستم آنتن مرکزی و توزیع سیگنال در یک سیستم مدیریت هوشمند ساختمان شبکه ای از آنتن ها است که به یک منبع مشترک متصل شده و برای بهبود عملکرد شبکه در یک ساختمان یا یک منطقه نصب می شود. فاصله بین آنتن ها به اندازه ای است که هر آنتن بدون اینکه با سایر آنتن ها تداخل داشته باشد، می تواند در پوشش کامل شبکه نقش خود را ایفا نماید. از این رو تعداد آنتن های مورد نیاز برای پوشش کل ساختمان کاهش می یابد. این شبکه همچنین در مقایسه با یک آنتن بزرگتر که یک منطقه وسیع را پوشش می دهد، از نظر اقتصادی کارآمد هستند.

یک سیستم آنتن مرکزی و توزیع سیگنال می تواند برای استفاده در داخل و خارج از خانه طراحی شود. خدمات بی سیم که معمولاً توسط این سیستم ها ارائه می شود شامل PCS، تلفن همراه و Wi-Fi است. چنین سیستم هایی که نقش مهمی در سیستم مدیریت هوشمند ساختمان ایفا می کنند، دارای دو جز اساسی شامل یک منبع سیگنال و یک سیستم توزیع است. منبع سیگنال ورودی شبکه است. این سیگنال می تواند یک BTS در محل گیرنده، یک سلول کوچک یا حتی یک سیستم خارج از فضای ساختمان باشد. قسمت دوم، یک شبکه سیستم توزیع است. هنگامی که سیگنال توسط منبع دریافت می شود، باید در سراسر ساختمان توزیع گردد. اساسا چهار نوع سیستم توزیع وجود دارد: فعال ، غیرفعال، ترکیبی و دیجیتال.

سیستم تغذیه اضطراری

کلیه تأسیسات ساختمانی باید مطابق با استانداردها دارای سیستم تغذیه اضطراری برای ایمنی باشند. این استاندارد ها و قوانین مستقیما در طراحی سیستم های اضطراری و آماده به کار می روند. این مجموعه ها می توانند از واحدهای باتری داخلی برای بخش های روشنایی منفرد در ساختمان ها استفاده کنند که در نتیجه برای سیستمهای دیگر به ژنراتور اضطراری احتیاج ندارند.

سیستم روشنایی اضطراری

همانطور که از نام سیستم روشنایی اضطراری پیداست، روشنایی برای شرایط اضطراری است که منبع تغذیه اصلی قطع شده و یا روشنایی سیستم های عادی از کار بیفتد. اتلاف برق در شبکه می تواند نتیجه آتش سوزی یا قطع برق باشد. بدون روشنایی اضطراری، این مکانیزم می تواند منجر به تاریکی ناگهانی و خطر احتمالی برای افراد گردد. به طور معمول روشنایی اضطراری کاملاً اتوماتیک فعال شده و برای روشنایی سطح کافی است تا همه افراد بتوانند با خیالی آسوده محل را تخلیه کنند. در بیشتر ساختمانهای جدید روشنایی اضطراری در حین ساخت نصب شده است. طراحی و نوع تجهیزات مشخص شده توسط سازنده بر اساس استانداردها و مقررات ساختمان است.

سیستم اندازه‌ گیری و کنترل مصرف آب، گاز و برق

معمولا در یک سیستم مدیریت هوشمند ساختمان مجموعه سیستم اندازه‌ گیری و کنترل مصرف آب، گاز و برق، یک راه حل نوآورانه برای نظارت و کنترل است که میزان استفاده از ابزار را در طول زمان اندازه گیری و ثبت می کند.

از دیگر امکانات این سیستم ها امکان تجزیه و تحلیل آماری کیلووات / ساعت، متر مکعب گاز و لیتر آب مصرفی است. این مکانیزم می تواند به سرعت محدوده هدر رفت را شناسایی و در طی چند هفته پس از نصب منجر به صرفه جویی قابل توجهی گردد. سپس از داده های گزارش شده می توان برای تهیه سوابق ثبت شده به عنوان مستنداتی برای کاهش مداوم استفاده در طول زمان استفاده کرد. 

سیستم یکپارچه ‌سازی سیستم‌ ها

در یک سیستم مدیریت هوشمند ساختمان سیستم یکپارچه ‌سازی سیستم‌ های موجود و غالباً متفاوت به گونه ای است که بر افزایش ارزش برای مشتری متمرکز است (به عنوان مثال، بهبود کیفیت محصول و عملکرد). این مهم در حالی که ارزش عملیاتی سیستم ها و مشارکت آن ها را فراهم می کند، در دنیای مدرن که به اینترنت متصل است، نقش مهم متخصصان و مهندسان طراحی چنین سیستم هایی را مشخص می کند. هدف این است که سیستم های بیشتری برای اتصال، هم در سیستم در حال ساخت و هم به سیستم هایی که قبلاً مستقر شده اند، طراحی می شوند.

ویژگی سیستم مدیریت هوشمند ساختمان

• مصرف انرژی و اثر کربن ساختمان را کاهش می دهد.
• زیرساخت ها را حفظ می کند.
• باید با مقررات مطابقت داشته باشد.
• هزینه های عملیاتی را کاهش می دهد.
• نیاز به بازرسی را کاهش می دهد.
• خطاها را کاهش می دهد.
• ایمنی ساختمان را بهبود می بخشد.

مزایای سیستم مدیریت هوشمند ساختمان

• بهره مند شدن از داده های هوشمند
• مصرف بهینه انرژی
• کاهش مصرف
• اقدام در زمان واقعی
• پیش بینی بسیار خوبی است
• تعمیر و نگهداری هوشمندانه تجهیزات
• پیروی از هنجارهای سبز
• افزایش راندمان کار
• صرفه جویی در هزینه عملیاتی

معایب سیستم مدیریت هوشمند ساختمان

• دسترسی و استفاده از داده ها پر هزینه است
• ممکن است ارزش محدودی وجود داشته باشد
• در اکثر مواقع تجهیزات کوچک وجود ندارد

عملکرد BMS: 

کنترل روشنایی (همچنین بسته به نور محیطی که سنسور نوردهی وجود دارد)

کنترل سایه اندازی با توجه به ایستگاه هواشناسی یا سنسورهای نوردهی 

کنترل گرمایش با انتخاب سرعت FCU  یا اتوماتیک 

کنترل خنک کننده مداوم 0-100٪، نه فقط روشن / خاموش 

زمان بندی و کنترل دستی جریان هوا

انتخاب تنظیمات VRF  برای واحدهای داخلی و خارجی

کنسول هشدار - برای ثبت خطاها استفاده می شود. 

امکان استفاده برای مدیریت تاسیسات 

روندها - نمودارهایی از هر چیزی که می خواهیم تماشا کنیم (دما، رطوبت، اشغال دفاتر و ...)

پروتکل های مختلف و کاربردهای آن:

DALI (Digital Addressable Lighting Interface) رایج ترین پروتکل برای روشنایی است.

یکی از رایج ترین پروتکل ها در سیستم های کنترل هوشمند روشنایی، پروتکل DALI  است. پروتکل DALI  در موارد زیر توصیه می شود:

• محیط های اداری که در آنها نور روز به میزان زیادی وجود دارد و می خواهیم در صورت وجود نور طبیعی خورشید، نور چراغ ها کاهش یاید. (صرفه جویی در مصرف انرژی)
• منازل مسکونی برای اینکه بتوانیم سناریوهای مختلف روشنایی را برای کاربری های مختلف تعریف کنیم (صرف غذا، پذیرایی، خواب، ...)
• فروشگاه ها برای اینکه بتوانیم با تغییر رنگ در ساعات/روزها/فصول مختلف جذابیت بصری بیشتری ایجاد کنیم
• هر جا که بخواهیم تک تک چراغ ها را به صورت مستقل کنترل کنیم یا بخواهیم بااستفاده از نرم افزار کامپیوتر منابع روشنایی را کنترل کنیم.

پروتکل BACnet (Building Automation and Control Network)   برای گرمایش و سرمایش،

یک پروتکل استاندارد انتقال داده برای استفاده در اتوماسیون و مدیریت ساختمان است که امکان انتقال اطلاعات بین سیستم ها و دستگاهها را فراهم می کند. این پروتکل توسط انجمن آمریکایی مهندسین حرارت برودت و تهویه مطبوع (ASHRAE)  طراحی شده است. 

BACnet  درسیستم های اتوماسیون ساختمان متعددی در سراسر جهان مورد استفاده قرار گرفته و در سال ۲۰۰۳ استاندارد بین المللی ISO 16484-5 را به خود اختصاص داده است.
BACnet  یک پروتکل باز است که مستقل از تولید کننده و با لیسانس آزاد، تمامی سیستم های ساختمان را در یک شبکه کارا با افزایش راحتی، صرفه جویی انرژی، افزایش امنیت و کاهش هزینه ها به یکدیگر مرتبط می سازد.

پیام های BACnet می توانند از طریق Ethernet ،MS/TP ،LonTalk ،ZigBee، یا ARCNET منتقل گردند. استفاده از شبکه LAN موجود در اینترانت ساختمان یک انتخاب مناسب است. برای مسافت های طولانی، ارتباط تلفنی نقطه-به-نقطه و اینترنت مناسب تر است.

M-bus  برای جمع آوری و مدیریت داده ها استفاده می شود.

تجهیزات ساختمان های هوشمند در ایران

تجهیزات هوشمندسازی ساختمان در ایران عبارتند از:

• سیستم کرکره، پرده و سایبان هوشمند
• سیستم های کنترل هوشمند صوتی و تصویری
• سیستم کنترل هوشمند روشنایی
• سیستم دوربین مدار بسته
• سیستم اعلام حریق
• سیستم کنترل امنیتی و حفاظتی
• سیستم سرمایش و گرمایش هوشمند
• سیستم درب و پنجره هوشمند
• سیستم استخر و جکوزی هوشمند
• سیستم فضای سبز هوشمند
• سیستم پارکینگ و مکانیزه هوشمند و ... .

چالش هوشمند سازی ساختمان ها در ایران:

شرکت های پیشرو در زمینه خانه هوشمند امکانات دیگری نیز ارائه می کنند. شاید بتوان دستیار صوتی را به عنوان یکی از جذابترین بخش های خانه هوشمند معرفی کرد. با حضور این دستیار در خانه کافی است شما دستور مورد نظر را صادر کنید. به عنوان مثال برای روشن کردن لامپ ها کافی است جمله” لامپ ها روشن” را بیان کنید. غول های تکنولوژی آمازون، گوگل و اپل شرکت های پیشرو در زمینه دستیار صوتی هستند. متاسفانه هیچ یک از دستیارهای صوتی یاد شده از زبان فارسی پشتیبانی نمی کنند.

تعداد بسیار کمی از شرکت های هوشمندسازی ساختمان در ایران از جمله خانه هوشمند فهام اقدام به عرضه محصولات با قابلیت پشتیبانی از فرمان صوتی کرده اند. مزیت استفاده از این تجهیزات به نسبت دستیار صوتی، پشتیبانی از زبان فارسی است. اگرچه موارد دیگری از جمله خدمات پس از فروش و هزینه را نیز می توان به عنوان مزیت محصولات ایرانی بیان کرد.

نقش کاربر در سیستم‌های مدیریت انرژی ساختمان (BEMS):

نیازهای ساکنان نقش مهمی در استفاده از سیستم‌های مدیریت انرژی ساختمان (BEMS) برای تأمین مستقیم مصرف انرژی دارد.

مطالعات سیستم‌های کنترل و ساختمان‌های واقعی تغییرات زیادی را در بارهای الکتریکی خانگی بسته به رفتار ساکنان نشان داده‌اند. در ساختمان های تجاری، مشخص شد که خدمات ساختمان پاسخ ضعیفی به الگوهای حضور ساکنین دارند، با توجه به اینکه انرژی مصرف شده در HVAC گاهی اوقات در فضاهای خالی از اشغال بیشتر است. این نشان دهنده نیاز به سیستم های کنترل اشغال محور بیشتر است.

امروزه سنسورهای رایج شامل IR و CO2 و RFID در کنار دوربین‌ها، سیگنال‌های محرک تهویه، رطوبت نسبی، سنسورهای صوتی و دما استفاده می‌شوند.

تشخیص خودکار انواع فعالیت را می توان با گنجاندن جزئیات بیشتر در متغیرهای حس شده به دست آورد. برای مثال، اندازه‌گیری‌های طیف وسیعی از حسگرهای محیطی از جمله حسگرهای حرکت، سطح صدا و پدهای فشار صندلی نشان داده شده‌اند که فعالیت‌های اداری را با دقت بالا تشخیص می‌دهند.

کاربرد BEMS در ساختمان های تجاری و خانگی بسیار متغیر است. ساختار کلی BEMS را می‌توان به این صورت تعریف کرد: 

یک لایه مدیریت مرکزی که در آن سیاست‌های کلی و تصمیم‌گیری اعمال می‌شود، 

یک لایه میدانی از دستگاه‌های محلی برای اندازه‌گیری و اعمال تغییرات در محیط داخلی

و یک لایه اتوماسیون که رابط بین این دو با کنترل‌کننده‌های محلی است. 

علت استفاده از اتوماسیون و خودداری از کنترل دستی سیستم ها توسط اپراتور

اگرچه فناوری‌های اولیه روشنایی، گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC) سطح نسبتاً بالایی از کنترل شخصی را فراهم می‌کردند، اما مشکلاتی از جمله سطوح راحتی پایین برای ساکنان، عدم کنترل یا سهولت کنترل برای اپراتورهای ساختمان، نگرانی های نسبتاً زیاد همچون نگرانی های ایمنی و بهداشتی برای ساکنان ایجاد کردند.

این مشکلات منجر به نوآوری به سمت کنترل مرکزی و اتوماسیون خدمات و سیستم های ساختمان شد. این روند تمایل دارد منابع انرژی (مانند نیروگاه های گرمایش و سرمایش) را از فضاهای اشغال شده حذف کند و عملکرد خدمات ساختمان را جدا کند. 

اتوماسیون اجازه می دهد تا کنترل الگوریتم های لوپ بسته پیاده سازی شود، که در نتیجه به شرایط استاندارد یا قابل تنظیم داخلی (مانند دما، روشنایی) دست می یابد.

پیشرفت‌های اخیر در فناوری اطلاعات و ارتباطات، اشکال جدیدی از ایجاد رابط‌ها و مفاهیم کنترلی را ممکن ساخته است. علیرغم این پیشرفت در اتوماسیون و کنترل ساختمان، دو ملاحظه مهم فزاینده تا حد زیادی نادیده گرفته شده است :

(1) کنترل شخصی (واقعی و درک شده) بر محیط داخلی و 

(2) واکنش سیستم ها به اشغال نامنظم و جزئی.

بنابراین، یک خطر ذاتی در اتوماسیون سیستم ها و سلب کنترل از سرنشینان وجود دارد. 

با مزایایی که مرکزی سازی و اتوماسیون سیستم های ساختمانی به همراه داشته است، دو چالش جدید پدید آمده است:

(1) سیستم های اتوماسیون ساختمان تمایل به داشتن سطح دقیقی از کنترل (زمانی و مکانی) دارند که می تواند منجر به اتلاف انرژی به دلیل وقوع مکرر یا عدم حضور ساکنان در برخی فضاها شود و

(2) سیستم های ساختمان شرایطی را بر اساس استانداردها یا ترجیحات متوسط ​​بسیاری از ساکنان به شیوه ای فزاینده مبهم و پیچیده به جای کنترل فردی فراهم می کنند.

کنترل یک مفهوم چند وجهی با مفاهیم مختلف برای طراحی رابط را نشان می دهد. در حالی که می‌توان کنترل را مرتبط با سطح اتوماسیون یا سیستم‌های کنترل فنی در یک ساختمان مفهوم‌سازی کرد، اما می‌تواند با توجه به رفتار، باورها یا تصورات ساکنان در سیستم، معنای گسترده‌تری نیز به خود بگیرد.

رابط‌های ساختمان می‌توانند فرصت‌های مختلفی را برای کنترل مستقیم یا غیرمستقیم محیط داخلی با سطوح مختلف اتوماسیون به ساکنان ارائه دهند.

تهیه کننده : فاطمه اخلاقی نژاد دانشگاه حکیم سبزواری