در این مقاله به بررسی سیستم مدیریت ساختمان (BMS)- تکنولوژی‌ها – مزایا و روند پیشرفت و تکامل BMS پرداخته‌شده‌است.

  فهرست 

• 1- مقدمه
• 2- مروری بر تکنولوژی‌های BMS
• 3- مزایای BMS
• 4- مراحل پیشرفت و تکامل BMS
• 5- نتیجه گیری

——————————————-

1- مقدمه

این تحقیق اهمیت سیستم‌های‌مدیریت ساختمان (BMS)، فرآیندهای آن، گردش کار، روندهای فعلی، فناوری‌های موجود و آینده استفاده از BMS را بررسی‌می‌کند.

در این عصر که مدیریت انرژی به عنوان دغدغه مطرح‌است، ساختمان‌ها می‌توانندبه گونه‌ای ساخته‌شوند که با حداقل مصرف انرژی، حداکثر آسایش و راحتی را برای مردم فراهم‌کنند.

این امر، تنها با کمک دستگاه‌های کنترلی که قرار‌است در یک ساختمان در حین ساخت نصب شوند امکان‌پذیر‌است.

این کنترل می‌تواند شامل روشن و خاموش کردن ساده چراغ‌ها، کنترل موتور آب و بسیاری موارد دیگر باشد.

بنابراین ایده اصلی طراحی این سیستم، خودکارسازی عملیات ساختمانی به بهترین شکل‌است.

علاوه بر کنترل، فاکتور امنیتی که به عنوان یک نگرانی مطرح‌است نیز در نظر گرفته شده‌است.

به عنوان مثال، دوربین‌ها، سیستم‌های اعلام حریق، امنیت ورودی‌های اصلی و غیره نیز در اولویت این سیستم‌ها (BMS) قرار گرفته‌اند.

سیستم مدیریت ساختمان (BMS) که با نام دیگر سیستم اتوماسیون ساختمان (BAS) شناخته‌می‌شود.

یک سیستم کنترل مبتنی بر کامپیوتر‌است که در ساختمان‌ها نصب‌می‌شود، و تجهیزات مکانیکی و الکتریکی ساختمان مانند تهویه، روشنایی، سیستم‌های قدرت، آتش نشانی و سیستم‌های امنیتی را کنترل و نظارت‌می‌کند.

BMS شامل نرم‌افزار و سخت‌افزار‌است. برنامه نرم افزاری که معمولاً به صورت سلسله مراتبی پیکربندی‌می‌شود، می‌تواند اختصاصی‌باشد و از پروتکل هایی مانند C-Bus، Profibus و غیره استفاده‌کند.

BMS نیازهای خاص یک ساختمان را با کنترل دستگاه‌های مرتبط نصب‌شده در آن تجزیه و تحلیل می‌کند و به صرفه جویی در انرژی کمک‌می‌کند.

دستگاه‌های نصب‌شده در خارج از ساختمان‌ با پنل‌هایی به هم متصل‌می‌شوند که‌می‌توانند با مجموعه مختلفی از دستورالعمل‌ها روشن یا خاموش شوند.

عملکرد BMS کاملاً مبتنی بر ورودی، به شکل اطلاعات توسط دستگاه‌هایی مانند حسگرها‌است.

پس از جمع آوری اطلاعات، پردازش داده‌ها به کمک کنترل‌کننده انجام‌می‌شود و در نهایت به سیستم دستور داده‌می‌شود که یک کار خاص را انجام‌دهد.

در فناوری BMS، روشن و خاموش‌کردن و تامین گرمایش و سرمایش کارخانه را نیز می‌توان به همین روش کنترل‌کرد.

BMS به عنوان ابزاری برای افزایش بالقوه در اقتصاد و بهره وری انرژی به کار گرفته‌می‌شود و باید قبل از اجرای آن در ساختمان‌های خصوصی و تجاری به وضوح تعریف و درک‌شود.

به خصوص در مورد ساخت ساختمان‌های آینده که به نظر می‌رسد به دلیل به حداقل رساندن مصرف انرژی باعث صرفه جویی بسیار در هزینه‌هامی‌شود.

در ادامه تکنولوژی، مزایا و مراحل تکامل BMS بررسی‌می‌شود.

——————————————-

2-مروری بر تکنولوژی BMS

اگرچه BMS در سال‌های اخیر هوشمند شده‌است، اما مطمئناً این مفهوم جدید نیست و به تدریج طی بیش از 50 سال گذشته به سیستم‌های قرن بیست و یکم، مانند امروز تکامل یافته‌است.

BMS همیشه با پیشرفت‌های تکنولوژی در زمان تقویت‌شده‌است، اما تاثیر فناوری ساختمان‌های هوشمند امروزی بر BMS به نحوی، بی سابقه‌است.

به عنوان مثال، در یک ساختمان زیرسیستم‌های مختلف به طور سنتی به صورت جداگانه مورد‌استفاده قرار‌می‌گیرند که هر کدام ساختار فناوری اطلاعات خاص خود رادارند.

درحالیکه، با افزایش تعداد زیرسیستم‌ها و پیشرفت چشم گیر فناوری، یافتن راه‌حل برای یکپارچه کردن سیستم نیز افزایش‌یافت.

به طور خاص، افزوده شدن نوسان تولید انرژی تجدیدپذیر و ظرفیت ذخیره‌سازی انرژی سطح جدیدی از پیچیدگی را اضافه‌کرده‌است که شکل جدیدی از مدیریت را در ساختمان‌ها به منظور کاهش هزینه‌های کلی می‌طلبد.

نیروی محرکه این تکامل، بهره وری انرژی‌است.

با توجه به اینکه 40 درصد از کل انرژی مصرفی از ساختمان‌ها تامین می‌شود، توجه به دستیابی به بهره وری بیشتر در این سیستم بسیار منطقی‌است.

سیستم‌های BMS مدرن امکان تطبیق تحلیل روند داده‌های گذشته را با جمع‌آوری داده‌های واقعی برای بهینه‌سازی زیرسیستم‌هایی مانند روشنایی و تهویه مطبوع فراهم‌می‌کنند.

این حجم از داده‌های بزرگ به طور مداوم در حال رشد هستند، و توانایی تجزیه و تحلیل آن‌ها معنی بیشتری به داده‌هامی‌دهد.

از این رو، کاربرد هوش‌مصنوعی و بهینه سازی از منظر مصرف انرژی بیشترمی‌شود.

در سیستم‌های BMS مدرن امکان نظارت و کنترل از راه دور وجود دارد، که این امر نه تنها انعطاف پذیری بیشتری را برای مدیران ساختمان ایجادمی‌کند، بلکه ایمنی و امنیت را برای ساکنان و دارایی‌های ساختمان افزایش‌می‌دهد.

به عنوان مثال، آلارم‌های متصل به سیستم‌های HVAC، آتش‌سوزی، سیستم‌های امنیتی و همچنین کنترل دسترسی، اجازه پاسخ‌های فوری و مؤثر را به طیف گسترده‌ای از موقعیت‌های اضطراری‌می‌دهند.

همه این پیشرفت ها را می‌توان به ظهور اینترنت اشیا (IoT) در ساختمان‌های هوشمند در سال‌های اخیر نسبت‌داد.

اکنون، روندهای ترویج و رشد بازار BMS مستقیماً با حرکت IoT مرتبط‌است.

از طرف دیگر، تغییرات فوق العاده ای در مرحله ساخت و ساز ساختمان ها از طریق ظهور مدیریت اطلاعات ساختمان (BIM) ایجادشده‌است.

به طوریکه هر نسل از BIM ادغام سیستم‌های ساختمانی پیچیده را در گردش کار معماری، مهندسی و ساخت و ساز آسان ترمی‌کند.

BIM اجازه ادغام راه حل‌های BMS را در مرحله طراحی پروژه‌می‌دهد.

این ویژگی یکپارچگی BMS را افزایش و در نهایت هزینه عملیاتی ساختمان را کاهش‌می‌دهد.

همانطور که BMS و IoT به رشد خود ادامه می‌دهند، صرفه جویی در هزینه‌ها و ویژگی‌های بدیع بیشترمی‌شود.

از این رو، ظهور BMS برای تبدیل شدن به هسته ساختمان‌های هوشمند اجتناب ناپذیراست زیرا آینده ساختمان ها بدون شک به همراه داده‌ها، ارتباطات و اتصالات‌است.

——————————————-

3- مزایای BMS

3-1) کاهش هزینه‌های ساختمان:

صاحبان ساختمان ها می‌توانند انتظار داشته‌باشند که در طولانی مدت با استفاده از BMS مقدار قابل توجهی پول پس اندازکنند. به ویژه BAS که با اجرای استراتژی‌های نظارت و کنترل مختلف برای تجهیزات الکترومکانیکی به صرفه جویی در قبوض آب و برق کمک می‌کند به نحوی که:

1) BAS

می‌تواند با جمع آوری داده‌های ساختمان در مورد میزان تقاضای روشنایی، گرمایش یا سرمایش پیش بینی انجام‌دهد و با در نظر گرفتن ساعات کمترین تقاضا، درخواست مورد نظر را به طور مؤثرتری برآورده‌کند.

این نحوه نظارت بر محدوده تقاضا نیز می‌تواند مصرف انرژی را 10 تا 30 درصد برای ساختمان‌های بزرگ کاهش‌دهد.

2) BAS

می‌تواند با محیط بیرون همگام شود. به عنوان مثال، در طول تابستان و بهار که نور محیط از پنجره ها بیشتر‌می‌شود، می‌تواند منبع نور مصنوعی را با کم یا خاموش کردن لامپ ها در قسمت هایی که نور محیط زیاد است، تنظیم‌کند. بدین ترتیب انرژی مورد نیاز برای روشنایی به حداقل‌می‌رسد.

3) BAS

می‌تواند خرابی‌های امکانات و دستگاه‌های ساختمان را فورا گزارش‌دهد. بدون چنین اطلاع رسانی، می بایست زمان زیادی را برای تشخیص دستی مشکل صرف کرد، در حالیکه  BAS موجب کاهش زمان عملیات و هزینه تعمیر و نگهداری‌می‌شود.

4) BAS

به بهینه سازی عملیات تاسیسات ساختمان کمک‌می‌کند.

BAS می‌تواند عمر تجهیزات الکترومکانیکی را با شناسایی و گزارش سریع سیستم‌های معیوب افزایش‌دهد و در نتیجه خطر آسیب به چنین تجهیزاتی را به دلیل نقص کاهش دهد و احتمال خرابی و هزینه‌های جایگزین را نیز کم‌کند. سود مالی حاصل از استفاده از این تجهیزات توسط Domingues بررسی شده‌است که به نظر می‌رسدمی‌تواند نصب و اجرای سیستم اتوماسیون ساختمان را در یک دوره بازپرداخت کوتاه جبران‌می‌کند.

3-2) بهبود راحتی و بهره وری:

با بهبود کنترل محیط داخلی ساختمان، مالکان ساختمان کنترل بیشتری بر آسایش ساکنان ساختمان خواهندداشت.

به عنوان مثال با کنترل بهینه، نه تنها داخل ساختمان به طور موثرتری گرم و سرد می‌شود، بلکه تهویه هوا نیز بهبود می‌یابد، که احتمالاً تأثیر زیادی بر بهره وری ساکنان ساختمان خواهدداشت.

3-3) کاهش گازهای گلخانه ای

گاز گلخانه ای (گاهی اوقات به اختصار GHG)، گاز موجود در اتمسفر است‌که تابش را در محدوده مادون قرمز جذب و منتشرمی‌کند. این فرآیند علت اساسی اثر گلخانه ای‌است. از آنجایی که BAS مصرف انرژی را کاهش می‌دهد، اجرای آن از طریق کاهش مصرف انرژی و کاهش خروجی گازهای گلخانه ای، ساختمان ها را با محیط زیست سازگار‌می‌کند.

3-4) BMS و پتانسیل حفظ انرژی

طبق دستورالعمل عملکرد انرژی ساختمان (EPBD)، “بازده انرژی عبارت‌است از مصرف واقعی، مقادیر محاسبه‌شده یا تخمینی انرژی مورد نیاز برای پوشش الزامات مختلف مربوط به استفاده استاندارد از یک ساختمان”.

هنگام تعیین بازده انرژی یک ساختمان، فرم‌های حرارتی و الکتریکی انرژی به صورت گرمایش، آب گرم خانگی، خنک‌کننده، تهویه، روشنایی و انرژی کمکی در نظر گرفته‌می‌شود.

تا سال‌های اخیر، بهره‌وری انرژی از اولویت و درک کمی برای مالکان و سرمایه‌گذاران ساختمان برخوردار بوده‌است.

اما، با افزایش آگاهی در مورد نگرانی‌های مصرف انرژی و پیشرفت در فناوری‌های مقرون به صرفه، بهره وری انرژی به سرعت به بخشی از مدیریت ساختمان ها، مدیریت تاسیسات و استراتژی عملیات تبدیل‌شده‌است.

مفهوم صرفه جویی در انرژی در بخش ساختمان‌های مسکونی نیز نفوذ قابل توجهی دارد.

در یک BMS که به خوبی اجرا شده‌است، مشاهده می‌شود که صرفه جویی در انرژی روشنایی می‌تواند تا 75 درصد از بار مدار اصلی را شامل شود که نشان دهنده 5 درصد از کل انرژی مصرفی بخش های مسکونی و تجاری‌است. همچنین پتانسیل صرفه جویی در انرژی حاصل از تولید تهویه مطبوع یا آب گرم نیز می‌تواند تا 10 درصد‌باشد که تا 7 درصد از کل انرژی مصرفی بخش های مسکونی و تجاری را نشان‌می‌دهد.

 

——————————————-

4- مراحل پیشرفت و تکامل BMS

4-1) پروتکل‌های باز

پروتکل‌ها به بهترین وجه به عنوان «زبان هایی» توصیف می‌شوند که توسط آن‌ها اشیاء با یکدیگر ارتباط برقرارمی‌کنند.

از نظر فنی، آنها ارتباط بین سرورهای داخل یک شبکه را امکان‌پذیر‌می‌کنند.

BMS اولیه از زیرسیستم‌های متعددی تشکیل شده‌بود که به یکدیگر مرتبط نبودند. از این رو، اپراتورها یا مدیران ساختمان مجبور بودند انبوهی از داده‌ها را از سیستم‌های مختلف در یک یا چند ساختمان جمع‌آوری کنند تا آن را تجزیه، تحلیل و درک‌کنند. محدودیت‌های BMS اولیه تا حدی با ایجاد پروتکل‌های ارتباطی برای ساختمان‌ها کاهش‌یافت.

4-2) پروتکل‌های اختصاصی

اولین پروتکل‌های اتوماسیون ساختمان، اختصاصی یا بسته بودند. یک پروتکل اختصاصی مانند یک زبان انحصاری‌است. برای اینکه دستگاه‌ها و سیستم‌های داخل یک BMS با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و یکدیگر را درک کنند، باید از همان پروتکل استفاده‌شود. با توجه به ماهیت محدود پروتکل‌های اختصاصی، مالکان ساختمان در اسارت پروتکل واحدی بودند که انتخاب آن‌ها را برای تجهیزات اتوماسیون ساختمان محدود می‌کند.

از این رو ادغام زیرسیستم‌های فردی که با استفاده‌از پروتکل‌های مختلف کارمی‌کنند به شدت محدود‌شد. هر پروتکل مزایای خاص خود را دارد که تبعیت از آن روشی موثر برای بهینه سازی سیستم ساختمان و رفع نیازها و بودجه‌های خاص صاحبان ساختمان‌است. بنابراین، استفاده‌از بیش از یک پروتکل باز برای BMS معمول‌است.

4-3) ارتباطات بی‌سیم

کاربران BMS به طور فزاینده‌ای از فناوری ارتباطات بی‌سیم استفاده‌می‌کنند، زیرا بی‌سیم بودن به معنای کابل‌های کمتر، سیم‌های کمتر و مجرای کمتر‌است.

پروتکل‌های ارتباطی بی‌سیم محدودیت‌های مدارهای سیم‌دار سنتی را به‌ویژه در حوزه چالش‌های زیرساختی کاهش‌می‌دهند.

مزایای تکامل بی‌سیم در BMS شامل موارد زیر‌است:

1) افزایش دسترسی:

در ساختمان‌های تجاری بزرگ مانند بیمارستان که در منطقه جغرافیایی وسیعی پراکنده‌شده‌است، نیاز به سیم‌کشی فیزیکی مانعی برای اتصال‌است. از این رو فناوری بی سیم جایگزین مناسبی‌است.

به همین ترتیب استفاده‌از فناوری ارتباط بی‌سیم برای دستگاه‌هایی که ثابت نیستند مانند خودروها و تجهیزات سیار مناسب‌است.

2) افزایش انعطاف پذیری و سازگاری:

اتخاذ ارتباطات بی‌سیم به جای شبکه‌های سیمی غیرقابل انعطاف، سهولت پیکربندی BMS را به ویژه هنگام اصلاح ساختمان‌های موجود افزایش‌می‌دهد.

طبق مقاله Swarnalatha (2011)، پذیرش اتصال بی سیم هزینه‌های سرمایه‌ای نصب BMS در ساختمان‌های جدید و موجود را به ترتیب 34% و 55% کاهش‌داده‌است.

3) استفاده از راه دور:

شبکه های بی سیم کنترل از راه دور و دسترسی به BMS را امکان پذیرمی‌کنند.

دستگاه‌های تلفن همراه مانند تلفن‌های هوشمند و تبلت‌ها را می‌توان به BMS متصل‌کرد.

در این حالت، کاربران قادرهستند تا در هر زمان، هر مکان، بدون توجه به موقعیت فیزیکی، BMS را مشاهده، دسترسی و کنترل‌کنند.

این روزها تجهیزات و دستگاه‌های اتوماسیون ساختمان با ارتباطات سیمی یا بی سیم در دسترس‌هستند.

از آنجایی که اتصال بی‌سیم به طور اجتناب‌ناپذیری‌می‌تواند جایگزین سیم‌کشی در حوزه ساختمان‌شود، پدیده IoT نشان‌دهنده پیشرفت مهم بعدی در اتصال BMS‌است.

4-4) اینترنت اشیا (IoT)

اینترنت اشیا به یک شبکه که شامل بیش از حد اتصال “اشیا” است‌اشاره دارد. این شبکه‌می‌تواند به جمع آوری و ارتباط داده‌ها با استفاده از پروتکل اینترنت (IP)بپردازد.

به زبان ساده، این به معنای گفت و گو و صحبت ماشین ها، با ماشین‌ها و کاربراست.

ظهور اینترنت اشیاء در دنیای امروز به سطحی ارتقا یافته است‌که یکپارچه سازی و اتصالات اتوماسیون ساختمان را افزایش‌داده‌است.

در رابطه با ساختمان‌ها، اینترنت اشیا را می‌توان به عنوان تعداد زیادی از نقاط داده در یک ساختمان تعریف کرد که از طریق اینترنت، اطلاعات را بین خود و به ابر منتقل‌می‌کنند. و در اینجا، ابزارها و برنامه های تحلیلی از این داده‌ها برای تولید اطلاعات عملی استفاده می‌کنند که عملکرد ساختمان را افزایش‌می‌دهد.

 

علاوه بر اینکه کاربران و کارکنان تاسیسات قادر به دسترسی،اشتراک گذاری و کنترل داده‌ها از راه دورهستند.

مزایای دیگری برای ساختمان‌های مجهز به اینترنت اشیا وجود دارد که شامل موارد زیر است:

1) افزایش نقاط داده در سراسر BMS

اینترنت اشیا به طور قابل توجهی تعداد نقاط داده، تنوع و حجم اطلاعات قابل جمع آوری و انتقال را در یک ساختمان افزایش‌می‌دهد.

مزیت دیگر اینترنت اشیا این است‌که به نقاط داده‌هایی که مستقل از محیط ساختمان و خارج از آن وجود دارند،می‌تواند دسترسی و ارتباط یابد که این ویژگی می‌تواند به تأثیرگذاری بیشتر بر کنترل‌ها و تصمیم‌گیری‌های ساختمان منجرشود.

به‌عنوان مثال، داده‌های مربوط به پیش‌بینی کوتاه‌مدت آب‌وهوا در کنار داده‌های تولید شده از طریق BMS جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل‌می‌شود و به طور خودکار محیط ساختمان را با کنترل‌های دما برای تولید بازده انرژی، افزایش راحتی و بهره‌وری ساکنان و ایجاد صرفه‌جویی در هزینه بهینه می‌کند.

2) تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ

ابر یک محفظه ذخیره سازی برای حجم عظیمی از داده‌های تولید شده توسط یک ساختمان‌است.

این داده‌ها از منابع مختلف و در بازه‌های زمانی گسترده به دست می‌آیند و در صورتی که از آن‌ها واقعاً استفاده شود، برای صاحبان و مدیران ساختمان بسیار ارزشمند خواهند‌بود.

به همین دلیل‌است که ابر همچنین یک پلت فرم پردازشی برای تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ‌است.

تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ به نرم افزارهای تحلیلی پیشرفته ای اطلاق می‌شود که بر روی مجموعه داده‌های بزرگ و پیچیده برای تولید اطلاعات معنی دار و قابل اجرا، اعمال می‌شوند .

به‌عنوان مثال، در زمینه اتوماسیون ساختمان، تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ، می‌تواند داده‌ها را برای یافتن روندها، روابط، همبستگی‌ها و الگوها دنبال کند.

این یک فرآیند خودکار است‌که سطوحی از کنترل هرگز دیده نشده بر روی دستگاه‌ها، سیستم‌ها و امکانات ساختمان را در اختیار کاربر قرار می‌دهد و زمینه را برای تصمیم‌گیری هوشمند فراهم‌می‌کند.

سیستم‌های BMS سنتی برای تصمیم گیری انفعالی ساختار یافته اند. در حالیکه، یکی از ویژگی‌های هیجان انگیز فناوری داده‌های بزرگ، افزایش ظرفیت برای تصمیم گیری فعال است.

به‌عنوان مثال، یک سیستم HVAC متصل به اینترنت اشیا، نه تنها هشدارهای تعمیر و نگهداری را هنگامی که قطعات به پایان عمرشان نزدیک می‌شوند، فعال‌می‌کند، بلکه قطعات جایگزین را به صورت آنلاین سفارش می‌دهد و یک مهندس را برای انجام تعمیرات، پیش از از کار افتادن قطعه، مطلع‌می‌کند.

شکل زیر مؤلفه های مختلف اینترنت اشیا را نشان می‌دهد که آینده BMS را در دنیای امروز هدایت‌می‌کند.

 

——————————————-

 

5- نتیجه گیری

امروزه، تغییرات بزرگی در حال انجام است‌که برای صنعت بسیار دگرگون‌کننده هستند، زیرا اینترنت اشیا، تجزیه و تحلیل پیشرفته، هوش‌مصنوعی (AI)، ابر و حرکت فزاینده به سمت IP، همگی اساساً BMS را به سطح بی‌سابقه‌ای سوق می‌دهند.

ماهیت این تغییرات شامل اتصالات بسیار برای BMS یکپارچه‌است تا اطمینان حاصل شود که به عنوان IP و IoT در مرکز توجه قرار‌می‌گیرد.

BMS و سیستم‌های مرتبط نه تنها هزینه‌ها را کاهش می‌دهند بلکه باعث ایجاد ارزش نیز می‌شوند. افزایش ایمنی، امنیت و انعطاف‌پذیری، مزیت‌های رقابتی را برای ساختمان‌های پیشرفته مجهز به BMS ایجادمی‌کند. با این روند، BMS به‌عنوان پلتفرم مرکزی برای هماهنگی جمع آوری داده‌ها و استفاده بعدی از اطلاعات تکامل می‌یابد.

و علاوه بر این، با تکامل مداوم اینترنت اشیا و فناوری‌هایی مانند تجزیه و تحلیل داده‌های بزرگ و هوش‌مصنوعی، دغام این فناوری‌ها برای ایجاد ساختمان‌های هوشمندی که در آینده نزدیک از نظر انرژی کارآمدتر هستند، افزایش‌می‌یابد.

——————————————-

مرجع

Review of Smart Based Building Management system

سیستم مدیریت ساختمان (BMS)