هوشمند سازی خانه 

بکارگیری سیستم های هوشمند در مدیریت ساختمان

مقدمه

در سال 1970، ورود کامپیوتر و تکنولوژی ارتباطات راه دور، زندگی بشر را متحول کرد. این تغییر و تحول حتی از نظریه‌‌ای 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 بی‌معنی شدن فاصله‌ها، تغییرات بسیاری کرد. فضاها و مکانهای فیزیکی و تعاریفشان، درست همانند چهره انسان، در طول زمان دچار تغییر شده‌اند. 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 داده‌اند.این اتفاق درست همان چیزی است که می‌توان نامش را وحدت میان توانایی‌های کامپیوتر و دنیای فیزیکی ما دانست. در هم آمیختن دنیای فیزیکی ما با کامپیوتر این امکان را فراهم می‌آورد تا دنیای بدست آمده با ذهنی کامپیوتری بیاندیشد. کامپیوتر این توانایی را دارد که اطلاعات را دریافت کند (input) و آنها را با کامپیوترها و ماشین‌های دیگر رد و بدل کند. همچنین کامپیوتر می‌تواند به راحتی کارهایی نظیر، پویش اطلاعات، محاسبه، نتیجه‌گیری (output) را در مدت زمان کوتاهی انجام دهد. گویی کامپیوترها هم می‌تواند بیاندیشند، اما سریعتر از انسانها.

امروزه ساختمانها خود گونه ای از تکنولوژی هستند. آنها خود را با تکنولوژی وفق می‌دهند و از آن بهره می‌گیرند. 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 یکپارچگی، این توانایی را به سیستمها می‌دهد تا بتوانند اطلاعات را میان خود رد و بدل کنند. تبادل اطلاعات میان این سیستم‌ها باعث می‌شود که خروجی اطلاعات که همان نتیجه نهایی است، بدون ایجاد هر گونه اختلال، انجام شود. از سوی دیگر سیستمهای خروجی اطلاعات و یا تصمیم گیرنده‌های نهایی، سیستم‌هایی هستند پاسخگو، که پاسخی مناسب برای اطلاعات ارسالی که از منابع گوناگون به سیستم وارد می‌شوند، مهیا می‌کنند. خروجی‌های اطلاعات( output ) و سیستم‌های تصمیم گیرنده ، اصلی‌ترین و ضروری‌ترین مولفه در این نوع معماری که به نام معماری پاسخگو شناخته می‌شود، هستند.

سیستم مدیریت هوشمند ساختمان چیست؟سیستم مدیریت هوشمند ساختمان (bms)به مجموعه سخت افزارها و نرم افزارهایی اطلاق می شود که به منظور مانیتورینگ و کنترل یکپارچه قسمت های مهم و حیاتی در ساختمان نصب می شوند.با بکارگیری سیستم مدیریت هوشمند سازی ساختمان می توان بازدهی امکانات و تسهیلات کنونی ساخنمان را افزایش داده و عملکرد آنها را بهینه نمود و همچنین سطح خدمات را با بکارگیری پیشرفت ها و فناوری های  روز ارتقاء داد. یک ساختمان هوشمند ساختمانی است که دارای یک زیر بنای ارتباطی پیشرفته است و کلیه سیستمهای این ساختمان با استفاده از امکانات کامپیوتری  بصورت مرکزی مانیتور و کنترل می شوند و ساکنین این ساختمانها ضمن استفاده از خدمات پیشرفته ساختمان هوشمند، در مصرف انرژی صرفه جویی قابل ملاحظه ای کرده و یک خانه لوکس را نیز تجربه می کنند.

مزایای بکارگیری سیستم مدیریت هوشمند سازی ساختمان

• افزایش رفاه محیطی و لوکس نمودن ساختمان با مکانیزه کردن سیستمهای موجود ساختمان • کاهش مصرف انرژی در ساختمان با بهره برداری بهینه از انواع سوخت و جلوگیری از اتلاف و پرت منابع تجدید ناپذیر و ارتقاء کارایی مدیریت انرژی • کاهش هزینه های شارژ و نگهداری به مقدار قابل ملاحظه با بکارگیری روشهای نوین مدیریت هوشمند • افزایش ایمنی و امنیت  ساختمان از طریق ایجاد سیستم های نظارت و کنترل مستمر و غیر مستمر بر روی کلیه سیستم های موجود ساختمان اعم از کنترل تردد و سطح دسترسی و کنترل حریق و ضد سرقت و دوربین های مدار بسته • کنترل دما در ساختمان با بکارگیری سیستم های گرمایش و سرمایش خودکار • کنترل خودکار روشنایی ساختمان با بکارگیری سیستم های هوشمند کنترل روشنایی • کنترل و مانیتورینگ ساختمان بصورت مرکزی و از راه دور از طریق سیستم های کامپیوتری • افزایش کارایی و بهره وری سیستم ها و امکانات موجود در ساختمان با استفاده از سیستم کنترل مرکزی و تعبیه برنامه نرم افزاری و ایستگاه های کار • کنترل یکپارچه تمامی سیستم های مکانیکی، الکتریکی، تهویه، روشنایی، تردد و حفاظت، اعلام حریق و کنترل دود، آسانسورها، حرارتی و …… • کاهش نیروهای انسانی درگیر در ساختمان و خطاهای ناشی از عملکرد آنها • افزایش عمر مفید تجهیزات بکار رفته در ساختمان با بکارگیری بهینه از آنها به طور کلی ساختمان هوشمند، ساختمانی است که مجهز به یک زیر ساختار ارتباطاتی قوی بوده که می‌تواند به صورت مستمر نسبت به وضعیتهای متغیر محیط عکس العمل نشان داده و خود را با آنها وفق دهد و همچنین به ساکنین ساختمان این اجازه را می‌دهد که از منابع موجود به صورت موثرتری استفاده نموده و امنیت و آرامش آنها را افزایش دهد.مزایای یک ساختمان هوشمند از طریق اتوماتیک کردن سیستمهایی مانند گرمایش، Ventilation، و تهویه مطبوع یا (HVAC) Air Conditioning، سیستم اعلام حریق و آتش نشانی، سیستم های امنیتی و مدیریت انرژی و روشنایی بوجود می‌آید. بطور مثال، در نظر بگیرید که حریقی در یک ساختمان بوقوع بپیوندد، سیستم اعلام حریق به سیستم امنیتی بصورت خودکار ارتباط برقرار می‌کند و از این طریق قفلهای کلیه درب‌ها باز می‌شوند و مردم می‌توانند به راحتی از محل حریق دور شوند و سیستم امنیتی با سیستم HVAC نیز ارتباطی خودکار برقرار کرده و از این طریق هوای سالم جایگزین هوای دودآلود می‌شود. از سوی دیگر یکی از مزایای بسیار مهم این ساختمان ها، صرفه جویی در زمینه حامل های مختلف انرژی می باشد.

تعاریف ساختمانهای هوشمند 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 وآرمانی 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.

در سال 1988، 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. در این تحقیق به  پیرامون این ویژگیها می‌پردازیم تا سهم و نقش هر کدام را در ساختمانهای هوشمند روشن سازیم.1. ورودیها (inputs )

هر بخشی در یک ساختمان هوشمند باید دارای تجهیزاتی باشد که توسط آنها اطلاعات دریافت شده و وارد سیستم کنترل شوند. سیستم می‌تواند اطلاعات موردنظر را از چهار روش مختلف بدست آورد.

1ـ1 حسگرها

حسگرها به 3 دسته تقسیم می‌شوند که حسگرهای درون بیرون بنا زیر مجموعه های این سه قسم هستند. حسگرهای پرتو خورشیدی، حسرگهای نظارتی و امنیتی، حسگرهای آلودگی صوتی، حسگرهای تغییر رنگ و نمای بصری از جمله حسگرهای بیرونی هستند. حسگرهای بخش‌هایی نظیر بخش انرژی، کنترل هوا، بخش نوردهی، تهویه مطبوع از انواع حسگرهای درون بنا هستند که به وسیله آنها اهداف گوناگونی محقق می‌شوند.

3 گروه یاد شده به قرار زیر هستند.

1ـ1ـ1 حسگرهای امنیتی و مراقبتی که در خدمت محیط درون و برون ساختمان هستند.

الف. حسگرهای آتش و دود

ب. دوربین‌های مدار بسته

ج. حسگرهایی ورود و خروج

د. حسگرهای لرزش و شتاب

هـ ـ حسگرهای حرکت

1ـ1ـ2 حسگرهای تشخیص کیفیت هوا

الف. حسگرهای دما

ب. حسگرهای رطوبت

پ. حسگرهای پرتوهای خورشیدی

ت. حسگرهای فشار هوا

ث . حسگرهای میزان نور

1ـ1ـ3 حسگرهای نظارتی سیستم

الف. حسگرهای سیستم ساختمانی

ب. حسگرهای نظارت بر سیستم‌های مکانیکی

ج. دیگر حسگر ها که اجزای مختلف ساختمان را نظارت می کنند..

حسگرها به منزله عصبهای یک ساختمان هستند که می‌توانند شرایط خاص را حس کرده و تصمیم‌های موردنیاز در قبال شرایط درونی و برونی بنا را اتخاذ کنند.

1-2 برنامه ریزی دستی

سیستم باید به گونه‌ای باشد که کاربران خودشان بتوانند آنرا برنامه ریزی کنند. یک کاربر (مدیر شبکه، کاربر مورد وثوق) باید بتواند در هر زمانی با توجه به شرایط و مقتضیات جدید، برنامه‌ای نو بر روی سیستم طرح کند.

2ـ نرم افزار پردازش و تحلیل اطلاعات پردازش اطلاعات در قسمت کنترل ساختمان انجام می‌شود.(BCS)، BCS همه سیستم‌ها را به صورت یک سیستم واحد کنترل می‌کند. وهمچنین این توانایی را نیز دارد که هر سیستم را به صورت مجزا کنترل کند. مرکز کنترل ساختمان‌ جایی است که در آن همه سیستم‌ها به صورت واحد در می‌آیند. لذا این محل به نام «یکپارچه کننده سیستم‌های ساختمان» نامیده می‌شود (BSI). برای اینکه بخش‌های گوناگون ساختمان یکپارچه شوند، آنها باید دارای آدرسهایی مشخص باشند تا دیگر اجزاء بتوانند بر مبنای آن آدرسها اجزاء دیگر را بشناسند. 3 ـ خروجی‌ها (output) خروجی‌های BCS دستورهایی هستند که بر مبنای تصمیمات اتخاذ شده توسط سیستم صادر می‌شوند. این تصمیمات پاسخهای سیستم کنترل کننده را شکل می‌دهند و می‌توان دست کم آنها را به 2 دسته تقسیم کرد: پاسخهای داخلی و خارجی. پاسخها و دستورات داخلی و خارجی مربوط به سیستم کنترل کننده می‌شوند. پاسخهای داخلی نوعی از دستورات هستند که همه اقدامات اتخاذ شده در ارتباط با داخل ساختمان را در بر می‌گیرند. دستورات محاسبه شده و برنامه ریزی شده در درون سیستم از جمله این پاسخها هستند. مثال دیگر برای پاسخهای داخلی سیستم، توانایی یک سازه هوشمند در تغییر امتداد سازه خود است که به این وسیله می تواند در مقابل فشار باد مقاومت کند.

4 ـ نمونه‌هایی از معماری حرکتی بررسی و بحث درباره ساختمانهای موجود که با ایده حرکتی هوشمند ساخته شده‌اند بسیار لذت بخش است.

4 ـ1 ساختمان دوار

نخستین نمونه ، ساختمان دوار نام دارد. این بنا از حرکت منحنی شکل به عنوان کنترل کننده بیرونی سود می‌جوید. این بنا می‌تواند با استفاده از یک موتور، هر شکلی را از نقطه نظر طرح و نقشه به خود بگیرد. همچنین این توانایی را دارد 360 درجه بچرخد. این بنا با سیستم کنترل مستقیم کار می کند به این صورت که چرخش این بنا با استفاده یک دکمه خاموش و روشن انجام می‌پذیرد. در واقع، همه دیوارها در این بنا می‌تواند از جای خود حرکت کنند تا ساختمان بتواند نماهای بصری متفاوتی را ارائه کند. این بنا می‌تواند 100 بار در یک راستا و 1000 بار در راستایی دیگر بچرخد در حالیکه همه تأسیسات آن به طور کامل نقش خود را ایفا می‌کنند.

آیا حسگرهایی نیز در این بنا وجود دارند؟

حسگرهایی در این ساختمان وجود دارند که صاحبش را از هر گونه تراوش و در هم آمیختن گاز ویا هر شیء سیال و روانی مطلع می کنند. هر وقت که صاحب خانه نیاز به نمایی بیرونی داشته باشد می‌تواند آنرا بدست آورد. هر مشکلی در این ساختمان با سیستم کنترل مستقیم حل می‌شود. درجه دقت و هوشمندی سیستم با کار گذاشتن حسگرها به منظور دریافت اطلاعات و کنش متقابل، افزایش می‌یابد. حسگرها می‌تواند محل اتاق خواب را تغییر دهند تا بدور از نور خورشید، گرما و یا روشنایی قرار گیرد. از سویی دیگر صداهای مزاحم نیز قابل رفع هستند و همچنین منظره اطراف در هر زمان و در هر نقطه از این خانه قابل رویت است. در چنین خانه‌ای نیاز است تا 7 بار در طول 24 ساعت سیستمهای کنترلی ، مکانیکی، لوله کشی و سیستمهای الکتریکی چک شوند. به علاوه دیگر سیستمها نیز باید آنقدر یکپارچه و هماهنگ باشند تا هر گونه نقص و کاستی را در زمان خودش گزارش دهند.

4 ـ2 گنبدی شکل‌های متحول شده “پاتریک مارسیلی” در سال 1986 ایده گنبدی شکلهای دوار را مطرح کرد. و نخستین ساختمان گنبدی را به عنوان الگویی برای کسانی چون “آلبرت واتسون” بنا کرد.

این بنا را می‌توان با چوب ، بتون سبک و یا فولاد ساخت. این بنا 300 درجه می‌چرخد. موتوری به قدرت 1 اسب بخار (475 vatt) دیسک گردان را به حرکت درمی‌آورد. همه اجزاء مکانیکی که گنبد را می‌چرخانند در قسمت مرکزی ساختمان گردآوری شده اند. چرخش گنبد توسط کنترل مستقیم به وسیله سوییچ خاموش و روشن کنترل می‌شود. همچنین می‌توان به گونه ای سیستم را برنامه ریزی کرد تا از نور آفتاب اجتناب کند.

این ساختمان نمونه ای وفادار به معماری حرکتی است. این بنا می‌تواند به وسیله کنترل ورودیها جهت خود را تغییر دهد. این ساختمان با توجه به دلایل منطقی ، ساختار بسیار یکپارچه ای دارد. دلایل سازنده آن برای چرخش بنا اجتناب از پرتوهای خورشید و گرما ی هواست. نقص این بنا به دامنه چرخش آن برمیگردد. چرا که این بنا تنها توانایی چرخش 300 درجه ای را دارد. مکانیزم چرخش در سیستم برنامه ریزی شده است. به گونه‌ای که سیستم دارای تجهیزاتی است که حرکت خورشید را نظارت می‌کند و گرمای خورشید توسط این حسگر دریافت شده و موجب می شود تا ساختمان برای اجتناب از نور خورشید بچرخد. این حسگر می‌توان با توجه به حرکت خورشید تصمیم بگیرد که آیا ساختمان نیاز به چرخش دارد یا خیر.

4 ـ3 ساختمان تار

در خلال بحث درباره معماری حرکتی باید از تلاش”دیلر” و “اسکانیدو” یاد کنیم که سعی کردند ساختمانی بسازند که از مصالح گوناگونی در آن استفاده شده است. این ساختمان به نام «چادرتار» مشهور است. آنها این بنا را با استفاده از مصالح فلزی بر روی یک دریاچه ساختند که هزاران پیستوله یا قطرات بسیار ریز آب را به روی سازه بنا اسپری می‌کنند. این سازه قایق مانند حتی در زیر باران به وسیله تکنولوژی اسپری‌های پرفشار در توده‌ای از هوای مه مانند که دقیقه به دقیقه تغییر می‌کند، احاطه می‌شود.

آنها الگویی از استفاده آب را در معماری ارائه کردند که با توجه به نیازهای خود و کاربران ، اشکال گوناگون به خود می‌گیرد. آنها برای تنظیم میزان اسپری آب از کامپیوتر استفاده کرده اند. میزان و قدرت اسپری آب در شرایط اقلیمی متفاوت در زمینه دما، رطوبت و جهت و سرعت باد توسط کامپیوتر تغییر می‌کند.نتیجه بنابراین یک ساختمان هوشمند بنایی است که توانایی پاسخگویی (output) به نیازهای کاربرانش بر مبنای اطلاعات پردازش شده که توسط ورودی‌های متعدد فراهم آمده را دارد. فاکتور پاسخگویی در زمان معین در این ساختمان بسیار مهم و ضروری است. تجهیزات متعدد دریافت کننده و ارسال کننده ، اطلاعات را با توجه به نظارتی که بر تغییرات محیط درونی و برونی بنا دارند دریافت می‌کنند. همچنین فراموش نشود که یکی مولفه های اصلی یک بنای هوشمند دارا بودن توانایی یادگیری است. قبل از ساخت یک بنای هوشمند برنامه ریزی سیستم بسیار مهم است تا اهدافی را که می‌خواهید به آن بدهید خوب بشناسد. نیاز واقعی برای داشتن یک ساختمان هوشمند می‌تواند با دقت به نتایج آشکار شود و اینکه آنها این نیاز با ساختن این بنا رفع می‌شود یا خیر. برای مثال بهره‌وری یکی ضروریات شرکتهاست. محیط درونی یک دفتر کار تعیین کننده فاکتورهای بسیار زیادی برای بهره‌وری یک کارمند است. به عنوان یک مثال ساده، من نمی‌توانم در دفتر کارم بیش از 3 ساعت به طور مداوم کار کنم. به این دلیل که دمای هوا در دفتر کارم پایین است. بنابراین هر گاه که احساس سرما می‌کنم مجبورم از دفتر خارج شده و به فضای باز بروم و در حدود 10 دقیقه از گرمای خورشید استفاده کنم و سپس به دفترم برگردم. مسئول تأسیسات تصمیم گرفت که تقریباً هر روز تکنسینی را فرا خواند تا اتاقها را چک کند و دما را افزایش دهد. تلف کردن وقت در هنگام کار به خاطر اشکال در تهویه مطبوع هوا باعث می‌شود که میزان بهره‌وری کاهش یابد. که این مسئله به معنای حیف و میل منابع یک شرکت است.

یک ساختمان هوشمند باید دارای سیستمی از اعصاب باشد که شامل حسگرها و تحریک کننده‌های تعبیه شده است که اطلاعات را در زمان درست و صحیح خود کنترل می‌کند. با این اوصاف، بنا می‌تواند به صورت ایستا یا حرکتی عمل کند. بنابراین تغییر یا عدم تغییر در ساختار درونی یا برونی بنا نمونه‌هایی از توانایی یک بنای هوشمند است. سیستم اعصاب بنا وظیفه یکپارچه کردن همه سیستم ها را بر عهده دارد تا ساختمان هوشمند شکلی انعطاف پذیر داشته باشد تا بتواند در مواجهه با تغییرات محیطی که در آن واقع شده است ، کنش مناسبی داشته باشد . به عنوان یک انسان، کاربران بنا باید بتوانند بفهمند که بنا شاد است یا غمگین، ناخوش است یا سرحال. از سویی دیگر بنا نیز باید توانایی درک حال کاربرانش را داشته باشد تا بر طبق حال آنها عمل کند.