سیستم مجتمع مدیریت ساختمان (BMS)
چکیده
با عنایت به تحولات رو به رشد صنعت ساختمان و نیز مدرنیزه شدن تأسیسات ساختمان، استفاده از سیستمهایی که دارای کاربری آسان بوده و کارایی بهینه از تسهیلات ساختمان، منابع زیست محیطی و صرفهجویی را فراهم میکنند، امری اجتناب ناپذیر است. این گونه سیستمها که امروزه با عنوان سیستمهای اتوماسیون ساختمان شناخته میشوند، در بسیاری از کشورهای جهان پیاده شده و به عنوان یکی از خصوصیات ساختمان مطلوب به شمار میروند.
با توجه به اینکه متقاضیان ساختمانهای هوشمند و دارای سیستمهای خودکار کنترل تجهیزات ساختمان رو به افزایش است و محدودیتهای منابع سوخت شرايط بهینه مصرف را میطلبد، زمان آن فرا رسیده که در طراحی ساختمان، بالاخص ساختمانهای بزرگ مانند بیمارستانها، دانشگاهها، و مجتمعهای مسکونی، نگرشی جدید به وجود بیاید تا با استفاده از سیستم مدیریت جامع در ساختمان علاوه بر افزایش رفاه و آسایش، بسیاری از اضطرابهای روزانه نگهداری ساختمان مرتفع شده و باعث حذف یا کاهش چشمگیر خطای انسانی شود.
اتوماسیون ساختمان ابزاری ارزشمند برای کنترل و مدیریت تجهیزات، تأسیسات و امکانات ساختمانها به صورت مؤثر و بهینه است که شامل کنترل و مانیتورینگ تمام تأسیسات و تسهیلات ساختمان مثل حرارت، روشنایی، تهویه مطبوع، تجهیزات امنیتی، کنترل دسترسی و تردد آسانسور، رسانهها، تلفن، کارمندان و حتی خود ساختمان میباشد. با استفاده از امکاناتی مانند سیستمهای کنترل، شبکههای کامپیوتری و اینترنت، سهولت و دقت در به کارگیری سیستمهای موجود در یک ساختمان به وجود میآید و به دنبال آن آرامش، رفاه و صرفهجویی در نحوه زندگی فراهم میگردد. در صورت استفاده مفید از اتوماسیون ساختمان قابلیتهایی به منزل، محل کار یا … اضافه میشود که قبلاً یا وجود نداشته یا به صورت حضوری انجام میشده است.
تعاریف و نامگذاریها
در مبحث اتوماسیون ساختمان مفاهیم و اصطلاحات متعددی به کار میروند که به برخی از آنها اشاره میکنیم:
- 1BAS: به مجموعه سیستمهای کنترل و مانیتورینگ تسهیلات و تجهیزات ساختمان که به منظور صرفهجویی در نیروی کار و مصرف انرژی مورد استفاده قرار میگیرند، اطلاق میشود.
- 2EAS: سیستمی است که هدف صرفهجویی در مصرف انرژی را به وسیله کنترل اتوماتیک و کنترل دستی و مانیتورینگ انرژی مصرفی دنبال میکند.
- 3FMS: عمده فعالیت این سیستمها در مورد یک سیستم خاص ساختمان شامل مواردی مثل اعلام حریق، امنیت یا کنترل 4HVAC و … میباشد.
- 5BMS: مجموعه سیستمهای مدیریت، نگهداری و برنامهریزی مجتمع ساختمان را شامل میشود.
تاریخچه اتوماسیون ساختمان
قبل از جنگ جهانی دوم در ساختمانهای تجاری تجهیزات به صورت دستی نصب و پانلهای بزرگ و گرانقیمتی از اطلاعات موجود، در هر طبقه متمرکز میشد.
در دهه ۱۹۴۰ (بعد از جنگ جهانی دوم) صنعت ساختمان توسعه همه جانبهای پیدا کرد و میل شدید به افزایش رفاه در ساختمانهای بزرگ و جدید منجر به مجتمع نشدن سیستمهای مکانیکی در ساختمانها شد و نتیجه آن توسعه سیستمهای گرمایشی، سرمایشی، کنترل پنوماتیکی و سوئیچهای الکتریکی بود. تجهیزات تحت کنترل در فاصله نزدیک قرار داشته و حضور اپراتور انسانی برای مانیتور کردن آلارمهای سیستم و خواندن گزارشهای آن، لازم و ضروری بود.
در دهه ۱۹۵۰ معرفی سنسورها و ترانسمیترها با قابلیت نمایش محلی و سیگنالینگ از راه دور و کنترلرهای دارای قابلیت تنظیم از راه دور، اصلیترین دلایل حرکت به سمت متمرکز شدن کنترل پنوماتیکی از راه دور بود. تعداد پانلهای کنترل محلی کاهش زیادی یافت که گاهی فقط به یک مرکز منفرد داخل اتاق کنترل محدود میشد و در اواخر این دهه استفاده از سنسورهای الکتریکی و توسعه کنترل آنالوگ منجر به ایجاد مرکز کنترل متمرکز شد.
در دهه ۱۹۶۰ کمپانیهای تولید کننده تجهیزات کنترل جهت استفاده در ساختمانها به وجود آمد و به توسعه فناوری کمک شایانی کرد. سیستمهای مالتی پلکسینگ الکترونیکی معرفی شد که ثمره آنها کاهش هزينه نصب و نگهداری و کاهش قابل توجه تعداد سیمهای ارتباطی از صدها سیم به تعداد اندک بود. در این دوره بود که:
- کنترل مرکزی و نمایش دیجیتالی وضعیتها انجام شد.
- کنترل اتوماتیک سیستمهایی مثل واحدهای هواساز (AHU)6 امکانپذیر شد.
- اولین سیستم کنترل اتوماسیون ساختمان (BAS) کامپیوتری اواخر دهه ۱۹۶۰ روانه بازار شد.
- کاربرد مینی رایانه و کنترلرهای منطقی برنامه پذیر (PLC) در اتوماسیون ساختمان افزایش یافت.
- به دنبال نیاز به کاهش مصرف انرژی، سیستم مدیریت انرژی (EMS)7 به وجود آمد.
- بستههای نرمافزاری جدید به سیستمهای اتوماسیون موجود، اضافه شد.
- سیستمهای ایمنی حریق نیز در سیستمهای اتوماسیون ساختمان به وجود آمد.
در اواسط دهه ۱۹۷۰ قیمت سختافزار شروع به کاهش کرد و سیستمهای اتوماسیون ساختمان نیز تحت تأثیر این عامل قرار گرفت. خصوصیات سیستمهای این دوره را نیز میتوان به صورت زیر خلاصه کرد:
- سیستمها کاربر پسند (user-friendly) و امکان برنامهریزی سیستم با یک پایگاه اطلاعاتی فراهم شد.
- برنامههای کاهش مصرف به سیستم اتوماسیون ساختمان اضافه شد.
- کنترل کنندههای محلی هوشمند و مینی رایانه نیز در صنعت اتوماسیون ساختمان به کار گرفته شد.
در دهه ۱۹۸۰ با معرفی رایانههای شخصی (PC)8 صنایع کنترل متحول شد و با ارزانی چیپها، کاربرد فناوری جدید در اتوماسیون ساختمان و مدیریت انرژی افزایش یافت:
- کنترل دیجیتال مستقیم توزیعی (DDDC)9 که بر مبنای ریزپردازنده بود، مورد استقبال قرار گرفت.
- به این ترتیب سیستمهای DDDC جایگزین سیستمهای کنترل پنوماتیکی سنتی شدند.
- کنسول اپراتور ساختمان (BOC)10 ارتباط اصلی انسان – ماشین شد.
- همه برنامهریزیها از طریق یک زبان برنامهنویسی سطح بالا انجام شد.
- BOC ها مستقیماً از طریق شبکه محلی (LAN)11 به پانلهای کنترل میکروپروسسوری امکان پذیر شد.
در دهه ۱۹۹۰ مفاهیم و کاربردهای BAS گسترش یافته و سیستمهای تمام کنترل (full control) از طریق شبکههای رایانهای مجتمع شد و انواع سنسورها برای جمع آوری اطلاعات ساختمان مورد استفاده قرار گرفت.
در سالهای اخیر گسترش اصلی سیستمهای اتوماسیون ساختمان بیشتر در مورد مجتمع سازی و شبکهای شدن این سیستمها بوده است. البته این مجتمع سازی تنها از راه سختافزار نبوده بلکه سیستمهایی نیز از طریق نرمافزار در هم ادغام شده که ارتباط سختافزاری نداشته است و به این ترتیب مدیریت مجتمع و سلسله مراتبی ساختمان به سمت استاندارد سازی، توسعه پذیری و انعطاف بیشتر پیش رفته است.
نکته دیگری که باید به این بحث اضافه گردد، این است که با توسعه موضوع فناوری اطلاعات (IT) نمیتوان اطلاع رسانی را در ساختمان در نظر نگرفت. به این معنی که BAS ها میتوانند با جمع آوری دورهای اطلاعات از سیستمهای مختلف ساختمان، آنها را برای پردازش بعدی ذخیره کننده دسترسی آسان به اطلاعات جهت برنامهریزی، اطلاع از میزان و توزیع مصرف انرژی گزارشهای تردد، پیامها و علائم صوتی و تصویری و اطلاعات فنی در مورد ساختمان در اختیار مدیریت راهبری و نگهداری ساختمان قرار می دهند.
ضرورت استفاده از سیستمهای اتوماسیون مدیریت ساختمان
ضرورت استفاده از یک فناوری جدید معمولاً با بررسی مزایای مالی و بازدهی آن فناوری، همچنین میزان صرفه جوییهای به دست آمده از آن تعریف میشود. اتوماسیون ساختمان اهداف و نتایجی دارد که با تحقق این اهداف ضرورت اتوماسیون ساختمان بارزتر میشود. برخی از مواردی که ضرورت استفاده از BAS را نشان می دهند عبارتند از:
- انرژی: با توجه به اینکه حدود ۳۰ درصد انرژی مصرفی کل کشور در بخش ساختمان میباشد، استفاده از سیستمهای مدیریت انرژی باعث برنامهریزی و در نتیجه صرفهجویی و بهینه کردن مصرف انرژی میگردد.
- هزینهها: با توجه به کاهش مصرف انرژی و عدم نیاز به حضور دائمی نیروی انسانی و سهولت نگهداری و تعمیر تأسیسات به علت استفاده از سیستمهای الکترونیکی و برنامه پذیر، هزینههای نگهداری کاهش مییابد.
- خدمات و رفاه: سرعت در انجام امور، کیفیت در خدمات ارائه شده، کاربریهای متنوع سیستمهای اتوماسیون ساختمان، بازسازی آسان و قابلیت اطمینان از رهآوردهای سیستمهای مجتمع هستند.
- امنیت و آرامش: با اجرای یک سیستم اتوماسیون کارا میتوان امنیت و آرامش را برای ساکنان ساختمان تأمین کرد، به طوری که با آرامش خیال در ساختمان خود زندگی کنند.
- فناوری اطلاعات: نظر به اینکه سیستم اتوماسیون ساختمان بر اساس جمع آوری دادهها و پردازش اطلاعات جمع آوری شده عمل میکند، میتواند به عنوان بانک اطلاعات ساختمان نیز مورد استفاده ساکنان و دیگران قرار گیرد.
- حفاظت از ساختمان: با استفاده از تجهیزات مربوطه و با اطلاعات ساختمانی و محیطی به دست آمده از سیستمهای اتوماسیون ساختمان میتوان بر خود ساختمان کنترل و نظارت داشت و در مواقع بحرانی تدابیر ایمنی لازم را مدنظر قرار داد.
نتیجه گیری
از لحاظ اقتصادی با توجه به آمارهای اعلام شده توسط کاربران BAS ها و نیز کمپانیهایی که در این زمینه فعالیت میکنند، اجرای آن با توجه به کاهش هزینهها و دستمزدها توجیه پذیر است. البته در حال حاضر در ایران نمیتوان یک عمومیت برای انجام اتوماسیون در مدیریت ساختمانها قایل شد و نیز تمام زمینههای آن را در یک ساختمان توجیه کرد ولی هر چه اندازه ساختمان بزرگتر باشد ایجاد BMS ضروریتر است.
با توجه به بزرگ شدن ساختمانها که نگهداری آنها مستلزم استفاده از ابزارهای رایانهای و هوشمند میباشد و با توجه به اینکه تمام سیستمهای جدید ساختمان توسط دستگاههای رایانهای کنترل میشود، برای مدیریت، برنامهریزی و استفاده بهینه از امکانات ساختمان ایجاد یک بانک اطلاعات و ارتباط بین سیستمهای ساختمان ضروری است. لذا طراحی بستر مجتمع سیستم مدیریت کامپیوتری ساختمان همزمان با طراحی ساختمان ضروری میباشد. با گسترش کاربرد فناوری اطلاعات، علاوه بر گسترش خدمات به ساکنان، پارامترهای مختلف ساختمان برای برنامهریزی مورد استفاده مراکزی مثل محیط زیست، شهرداری، آب منطقهای، برق و غیره نیز قرار خواهد گرفت.
[1] Building automation system
[2] Energy management system
[3] Facility management system
[4] Heating, ventilating, and air conditioning
[5] Building management system
[6] Air handling unit
[7] Energy management system
[8] Personal computer
[9] Distributed direct digital control
[10] Building operator console
[11] Local area network
نگارندگان:
محمدتقی فاتحی خواجه، عضو هیئت علمی دانشگاه آزاد اسلامی واحد تهران جنوب
سجاد مصلحی،کارشناس شرکت مهندسی سامانه های عصر تمدن