اجزاء تشکیل دهنده یک خانه هوشمند کامل + مزایای استفاده از تجهیزات هوشمند
بهره وری هزینه
به نقل از هوشمند سازی کارن نه تنها هزینه های ساخت ساختمان بلکه هزینه های جاری نگهداری ساختمان در سرمایه گذاری مسکن عامل شایان اهمیتی است. به عنوان مثال هر چقدر تکنولوژی بکار رفته در ساختمان انعطاف پذیرتر باید و به تغییرات در ساختمان و نوآوری تکنولوژی بهتر پاسخ دهد ارزش افزوده بیشتری را برای مالکان ساختمان به ارمغان خواهد آورد. در حال حاضر با توجه به کمبود منابع انرژی در جهان، لزوم مدیریت و کنترل ساختمان به نحوی که انرژی کمتر و بهینه تر مصرف شود در ساختمان ها مشهود است و این امر با ارائه راهکارهای هوشمند کنترل ساختمان امکان پذیر است.
امنیت و ایمنی
در صورتی که بخواهیم ساختمان ایمن باشد، باید بتواند در صورت لزوم در موقعیت های اضطراری، بدون توجه به حضور یا عدم حضور ساکنین پاسخ مناسب را به حوادث اتفاق افتاده بدهد. سیستم های برق کشی سنتی با توجه به محدودیت های فیزیکی مانند حجم کابل های رد شده در دیوارها، نه تنها راه حل مناسبی برای داشتن سیستم کنترل و اتوماسیون ساختمان نیستند، بلکه با توجه به هزینه بر و زمان بر بودن هر گونه تغییر در کاربری پس از نصب کامل، سیستم های برقی ساختمان ها از ایمنی و امنیت کمی برخوردار خواهند بود.
انعطاف پذیری
با توجه به اینکه ساختمان ها عموماً برای استفاده چندین ده ساله طراحی می شوند، خواسته یا ناخواسته در این مدت زمان ممکن است کاربری اتاق ها تغییر یابد. در نتیجه نیاز به راهکارهای منعطفی حس می شود که کاربر بتواند به راحتی و با صرف کمترین هزینه و بدون شکافتن دیوارها و نصب کابل های جدید، کاربری سیستم خود را عوض نماید.
آسایش
هر کسی انتظار دارد که در منزل یا محیط کار خود آسایش و راحتی داشته باشد. تجهیزات برقی مدرن باید در عین عملکرد مناسب، راحتی و آسایش را در محیط های کاری و مسکونی به ارمغان آورند.
سناریو در ساختمان مسکونی یا خانه هوشمند
خانه هوشمند کنترل 4: یک ساختمان مسکونی موارد زیر را می توان توسط سیستم کنترلر مرکزی به صورت خودکار کنترل نمود:
۱- سیستم گرمایش و سرمایش ساختمان
۲- سیستم روشنایی
۳- سیستم دزدگیر
۴- کلیه در و پنجره ها
زمانی که فرد منزل خود را ترک می کند، با فشردن یک دکمه (یا ارسال یک سیگنال فرمان به هر طریق دیگری) وضعیت خروج از خانه را اعلام می کند.
با این ترتیب، طبق برنامه ریزی قبلی به صورت خودکار صورت می گیرد:
- کلیه درب ها و پنجره های محافظ قفل می شوند.
- کلیه چراغ ها (و یا برخی از آنها) خاموش می شوند.
- جریان پریز برخی بارهای موقتی (نظیر تلویزیون) و … قطع می شود، و سنسورهای امنیتی تشخیص حضور افراد فعال می شوند تا در صورت ورود برخی افراد، آژیر به صدا در آید.
- چراغ های محوطه بیرون منزل به مدت چند دقیقه، تا زمان ترک منزل توسط فرد روشن شده و سپس خاموش می شوند.
- نقطه تنظیم (Set point) دما کاهش یافته و سیستم گرمایش، انرژی کمتری برای گرم کردن ساختمان مصرف می کند.
در هنگام بیرون بودن از منرل، فرد می تواند منزل خود را کنترل کند از جمله:
- در صورت وقوع آتش سوزی یا سرقت، از طریق پست الکترونیکی (Email) یا پیام کوتاه تلفن همراه (SMS)، خبردار شود.
- با استفاده از شبکه ایتنرنت، دوربین های نصب شده در منزل را کنترل نموده و تصاویر آنها را دریافت کند.
برای فریب سارقان، برخی چراغها در ساعات معینی روشن شده و سپس خاموش شوند. به طور مشابه فرد هنگامی که قصد ورود به منزل را دارد می تواند با استفاده از تلفن همراه رسیدن قبل از رسیدن ورود خود را اعلام نماید تا:
- چراغ های محوطی بیرون و پارکینگ و راهروها روشن شوند.
- نقطه تنظیم دما افزایش یافته و دمای محیط برای حضور افراد تنظیم شود و . پس از ورود به منزل و عبور از راهروها چراغ های اتاقها روشن شوند.
– سناریو در ساختمان هوشمند هتل
امروزه در اغلب هتل ها به جای کلید، از کارت های هوشمند استفاده می شود. در این کارت ها اطلاعات مختلفی از جمله شماره اتاق و … ذخیره می شود.
پس از ورود مسافر به هتل و انجام مراحل پذیرش، در یک هتل هوشمند:
- مسافر کارت خود را جلوی درب آسانسور گرفته و پس از وارد شدن، نیازی به زدن هیچ دکمه ای نیست. آسانسور به صورت خودکار اطلاعات مربوط به طبقه اتاق را از روی کارت او خوانده و در طبقه مربوط توقف می کند.
- با فعال شدن کارت توسط قسمت پذیرش، دمای اتاق به مقدار معینی تنظیم می شود.
- چراغ های راهرو برای هدایت مسافر روشن می شوند.
- چراغ بالای سر اتاق، به عنوان راهنمایی روشن و خاموش می شود.
- بر روی صفحه تلویزیون در اتاق، پیغام خوشامد گویی، با نام فرد ظاهر می شود.
– سناریو در ساختمان هوشمند اداری
در یک ساختمان اداری هوشمند:
- با خروج کارمندان از اتاق، چراغ ها پس از مدت معینی خاموش شده و با ورود آن ها مجدداً روشن می شوند.
- در صورت کافی بودن نور روز، نور چراغ ها کاهش می یابد تا انرژی الکتریکی کمتری مصرف شود.
- دسترسی کارکنان به برخی اتاق ها به صورت خودکار محدود شود.
- با اتمام ساعات اداری و خروج کلیه کارمندان از اداره، نقطه تنظیم دما کاهش یافته و در طول ساعات شب، سیستم گرمایش انرژی کمتری مصرف می کند.
در صورت خراب شدن هر کدام از تجهیزات (مثلا سوختن یک لامپ)، به صورت خودکار اطلاعات مناسب به مرکز کنترل و اپراتور ارسال می شود.
- در هنگام وقوع آتش سوزی در یک طبقه از ساختمان، سیستم اعلان حریق عمل کرده و از توقف آسانسور در آن طبقه جلوگیری می شود. دریچه های ورود هوا بسته شده و برق طبقه قطع می شود و ….
موارد ذکر شده نشان می دهد که در ساختمان های هوشمند، کنترل پذیری و امنیت تا چه میزان افزایش یافته و امکان صرفه جویی قابل توجهی در مصرف انرژی وجود دارد.
تفاوت خانه هوشمند و BMS چیست؟
BMS مخفف عبارت Building Management system است و به سیستم مدیریت یکپارچه ساختمان گفته می شود که تمام تجهیزات و تأسیسات را کنترل و مانیتور می کند.
در خانه هوشمند بخش یا زیر مجموعه ای از سیستم BMS اجرا می شود. یعنی ممکن است به طور مثال تنها سیستم روشنایی، سرمایش و گرمایش را تحت کنترل قرار دهند و اتوماسیون ساختمان به طور کامل صورت نگرفته باشد. گفتنی است در خانه هوشمند یا Smart Home، مصرف کننده می تواند تجهیزات را کنترل و مدیریت می کند و اتاق کنترل جداگانه ای وجود ندارد، در حالی که در BMS کنترل تجهیزات در اتاق کنترل ساختمان و توسط اپراتور صورت می گیرد.
اهداف هوشمند سازی ساختمان
برخی از اهداف هوشمند سازی ساختمان ها عبارتند از:
- افزایش رفاه و راحتی برای کاربران
- صرفه جویی در مصرف انرژی
- افزایش امنیت
- افزایش کنترل پذیری.
ساختمان هوشمند چه ویژگی هایی دارد ؟
بسته به نوع کاربری و اهمیت یک ساختمان، ادوات و وسایل مختلفی ممکن است در آن مورد استفاده قرار گرفته باشند به عنوان مثال در یک ساختمان چند طبقه اداری معمولاً بخش های زیر که به عنوان جزیی از تأسیسات الکتریکی و مکانیکی تلقی می شوند وجود دارند:
- سیستم روشنایی که از طریق کلید های دیواری کنترل می شود.
- سیستم گرمایش و سرمایش
- سیستم اعلان و اطفاء حریق
- سیستم امنیتی – دزدگیر
- آسانسور
- سیستم ثبت زمان ورود و خروج کارکنان
- دوربین های مدار بسته
- سیستم صوتی
در سیستم سنتی، هر کدام از این ابزارها به صورت مجزا و مستقل از هم کنترل می شوند و یا اینکه اصلاً کنترل اتوماتیک در مورد آن ها چندان وجود ندارد. به عنوان مثال کلیدهای نصب شده در هر اتاق، می توانند چراغ های موجود در آن اتاق را روشن و یا خاموش کنند و مستقل از اینکه نور تابیده شده از بیرون به چه میزان باشد، کلیه چراغ ها حداکثر نور خود را منتشر می کنند.
سیستم اعلان حریق به صورت خودکار تأثیری بر عملکرد سیستم تهویه ندارد و …. در یک ساختمان هوشمند، مجموعه ای از سنسورها وجود دارد که اطلاعات مختلفی نظیر میزان روشنایی ناشی از نور روز، دمای اتاق، حضور افراد در اتاق، آتش سوزی، وقوع سرقت و … را می توانند دریافت کنند.
لایه ها و یا بخش های تشکیل دهنده خانه هوشمند
سیستم خانه هوشمند از سه لایه ، کنترلرها و عملگرها تشکیل شده است. به عبارتی یک ساختمان هوشمند شامل مجموعه ای از تعدادی سنسور، تعدادی عملگر و یک سیستم کنترلی مرکزی است که اطلاعات مناسب توسط این سنسورها دریافت شده و مطابق با برنامه از پیش تعیین شده در سیستم کنترلی مرکزی، سیگنال مناسبی در خروجی قرار می گیرد.
این سنسورها، اطلاعات خود را به یک کنترلر مرکزی ارسال می کنند و کنترلر مرکزی می تواند تعداد زیادی عملگر (Actuator) نظیر دریچه ورود و خروج باد، درب و پنجره های برقی، آژیر اعلان حریق، تابلوی برق و … را کنترل کند. از جمله سنسورهایی که در در ساختمان هوشمند استفاده می شود، سنسور فشار که به منظور اندازه گیری فشار مخازن و ارتفاع آب مخازن، فشار ورودی، خروجی کانال های هوا رسان و هم چنین برای ارزیابی سیستم تهویه مطبوع HVAC مورد استفاده قرار می گیرد.
سنسورهای کاربردی دیگر در ساختمان هوشمند سنسورهای دما، سنسور حرکت و سنسور آلتراسونیک هستند. و میکروسوئیچ ها نیز به عنوان تجهیزات کنترلی در فلوترها کاربرد دارند. شیرهای کنترلی از تجهیزاتی هستند که می توان آن ها را به سیستم کنترل ساختمان هوشمند متصل و فرمان قطع و وصل به آن ها صادر کرد.
روش های هوشمند سازی ساختمان
بستر ارتباطی لازم به منظور دریافت اطلاعات از سنسورها و ارسال فرمان کنترلرها به عملگرها، در قالب دو دسته روش هوشمند سازی ساختمان بی سیم و با سیم صورت می گیرد.
۱- پروتکل های ارتباط بی سیم در هوشمند سازی ساختمان
در روش هایی که بدون استفاده از سیم (Wireless) دستگاه ها و تجهیزات با یکدیگر ارتباط دارند، از پروتکل هایی مانند ENocean ،Zway ،Zigbee و … استفاده می شود.
۲- پروتکل های هوشمندسازی ساختمان به روش با سیم
در روش هایی که ارتباط بین سنسورها، کنترلرها و عملگرها از طریق کابل برقرار می شود از پروتکل هایی مانند BACnet ،M-bus ،KNX ،Modbus به عنوان پروتکل های هوشمند سازی با سیم استفاده می شود.
انعطاف پذیری و مقرون به صرفه بودن تجهیزات و سیستم های نصب شده در ساختمان های تجاری عامل کلیدی مهمی است. سیستم های مدیریت هوشمند ساختمان پاسخی مناسب به این نیاز است. تصور کنید در اتاق کنفرانس با لمس یک کلید می توانید یک سری عملکردهای مختلف و جداگانه را برای آماده سازی فضای اتاق جهت ارائه سمینار، فعال و اجرا نمایید.
لامپ ها خاموش و یا نورشان کمتر شود، پرده سفید نمایش پایین آمده جهت ارائه آماده شود. پروژکتور میکروفن روشن شود و نهایتاً دمای اتاق به حد مطلوب برسد. تمامی این کارها تنها با لمس یک دکمه امکان پذیر است.
مدیریت هوشمند ساختمان به صورت انعطاف پذیر
- تنظیم عملکردهای ساختمان در زمانی که اتاق ها برای کارهای مختلف استفاده می شوند مثلاً بعد از جابه جایی یا تغییر ساختار سازمان.
- دسترسی به سیستم کنترل ساختمان از هر کجای دنیا از طریق PDA، کامپیوتر و یا نمایشگر لمسی.
- نمایش تمام درها، پنجره ها، زیرزمین، پارکینگ و … از طریق سنسور برای آگاهی از رخ دادن هر چیز غیرمعمول، نمایش تمام بارهای مصرفی دما و … تا در صورت هر نوع افت یا افزایش بیش از حد، اقدامات مناسب برای پرهیز از خطر صورت گیرد.
- نمایش خطاها و ارسال اتوماتیک آن به افراد مسئول برای اقدامات بعدی.
کنترل سرمایش و گرمایش در ساختمان هوشمند
- کنترل وابسته به حضور افراد در ساختمان
- بستن شیر گرمایش در صورت باز شدن پنجره برای پرهیز از اتلاف انرژی
- کنترل اتوماتیک سیستم گرمایش و سرمایش از طریق یونیت های کنترل دما بدون نیاز به تنظیم دستی شیرها، رادیاتورها و … .
راهکارهای کنترل سیستم های تهویه مطبوع HVAC
بسته به نوع ساختمان و کاربرد شما، سیستم های کنترل HVAC بیش از ۴۰ % انرژی مصرفی را بهینه می کند. شما با پیشزفت تکنولوژی کنترل دما، تهویه و تبادل حرارتی ساختمان می توانید مصرف انرژی این سیستم ها را کاهش داده و سطوح بهینه مصرف را حفظ نمایید.
با به کار بردن یکی از راه حل های زیر می توانید نیاز امروز صنعت برای راندمان بهتر انرژی را برطرف سازید.
- نصب کنترل دور روی پمپ ها و فن ها جهت کنترل فرآیند و میزان مصرف با هدف بهینه سازی مصرف انرژی
- طراحی مناسب ساختار مورد نیاز سیستم HVAC
- انتخاب تجهیزات جانبی مناسب برای بهبود کیفیت منابع انرژی با حذف پیک توان و کاهش هارمونیک.
کنترل روشنایی ساختمان هوشمند
- وصل یا قطع سیستم روشنایی در صورت حضور یا عدم حضور افراد در محل کار
- تنظیم شدت روشنایی لامپ ها بسته به ساعت روز، شدت نور خورشید و …
- کنترل تایمر روشنایی راهروها و راه پله ها از طریق حسگر حرکتی.
کنترل هوشمند پرده و کرکره برقی
- کنترل اتوماتیک روشنایی اتاق مطابق با شدت نور خورشید و از طریق سنسورهای اندازه گیری شدت نور خورشید
- بستن و بالا کشیدن پرده و کرکره های برقی در صورت وزش باد زیاد
- تنظیم میزان باز و بسته بودن کرکره ها به نسبت شدت نور خورشید
این سیستم ها زیر سیستم های اصلی و حفاظتی را تحت عنوان یک سیستم یکپارچه و جامع در بر می گیرد که شامل سیستم های زیر هستند:
- کنترل HVAC
- سیستم های ویدیویی حفاظتی
- کنترل تردد
- اعلام و اطفاء حریق
- کنترل روشنایی
- سیستم های دوربین مداربسته
- روشنایی اضطراری EL و خروج اضطراری
- …
راهکارهایی مانند نمونه زیر چنان طراحی شده تا تمامی سیستم های موجود در یک ساختمان مانند:
- تجهیزات کنترلی و نمایش توزیع برق
- کنترل تهویه و تهویه مطبوع، روشنایی و آسانسورها
- سیستم های حفاظتی
- سیستم های خاص مانند کنترل پارکینگ
- تجمیع و یکپارچه سازی
- کنترل مرکزی از طریق سرورها
را به صورت یکپارچه کنترل و تجمیع نماید.
راهکارهای کنترل روشنایی در خانه هوشمند
کنترل اتوماتیک روشنایی این امکان را فراهم می آورد که همزمان با صرفه جویی در مصرف انرژی، آسایش و راحتی کاربران نیز فراهم شود. با نصب سنسورهای حرکتی، حسگرهای حضور افراد، کنترل اتوماتیک پرده های برقی، اندازه گیری مصرف انرژی، مانیتورینگ، آلارم و … راهکارهای ساده موثر و بهینه برای سیستم های برقی ساختمان به دست می آید. این راهکارها تضمین می کند:
- بالاترین سطح دسترسی
- مانیتورینگ تجهیزات فنی جهت تشخیص خطاهای سیستم و دادن آلارم های فنی مانند
- خطاهای برقی
- خطاهای تجهیزات: گرمایش، تهویه، تهویه مطبوع، آسانسورها، درهای اتوماتیک و …
- هر نوع عیب و ایراد دیگر.
- نصب سریع و انعطاف پذیری بالا
- کاهش هزینه های اجرایی و نگهداری
- نمایش و مانیتورینگ مصرف انرژی
- ماژولهای ورودی جهت دریافت اطلاعات
- کنترل پرده های برقی
ابزارهای دسترسی:
- پنل کنترلی لمسی نصب در اتاق کنترل یا نگهداری
- گوشی همراه یا PDA
- اینترفیس ها
- سیستم های ایستگاه های نظارت کنترل و اتوماسیون ساختمان
- کنترل از راه دور از طریق اینترنت
کنترل ایمنی و حفاظت خانه هوشمند
چنین راهکارهایی تضمین می کند:
- یکپارچگی پنج سیستم ایمنی و حفاظت تحت یک سیستم یکپارچه
- کنترل تردد
- کنترل ورود غیرمجاز افراد
- اعلان حریق
- CCTV
- روشنایی و خروج اضطراری
- تجمیع سیستم ها به صورت مرکزی
- امکان ارسال اطلاعات به کارکنان حفاظت و نگهداری
- امکان ارتباط از راه دور
- امکان یکپارچگی سیستم ها از طریق اینترنت (بدون نیاز به تغییر زیرساخت ها)
- امکان تجمیع پروتکل های ارتباطی گوناگون مانند ModBus و…
- باس های ارتباطی به راحتی امکان اضافه کردن دتکتور به سیستم را می دهد.
- سیستم های پیشرفته CCTV و ضبط تصاویر
سیم کشی برق خانه هوشمند
در مدار و سیم کشی سیستم های سیستم های برق خانه هوشمند همه سرسیم ها به جای انتقال به کلیدها به داخل تابلو برق هوشمند رفته و به ماژول های مربوط که در سر راه قطعات قرار گرفته اند متصل می شوند. در واقع در روش سیم کشی برق خانه هوشمند، تمام مصرف کننده ها از ماژول های (رله های) هوشمند واقع در تابلو برق هوشمند تغذیه و کنترل می شوند و نیازی نیست برای هر مصرف کننده یک کلید نصب شود. در ضمن لازم به یادآوری است که در سیم کشی خانه هوشمند، سیم کشی پریز و روشنایی جدا از یکدیگر انجام می شوند.