سیستم مدیریت هوشمند ساختمان BMS چیست؟

امروزه هوشمند سازی امکانات در صنعت ساختمان سازی از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است. این فن آوری که به سیستم مدیریت ساختمان یا Building Management System (BMS) معروف است سیستم فنی ساختمان مانند سیستم روشنایی، سرمایش و گرمایش، تهویه مطبوع، اعلام حریق، آسانسور و … را تحت نظارت، کنترل و بررسی قرار می دهد.

سیستم مدیریت ساختمان، عملکرد تک تک تجهیزات ساختمانی را از طریق وب و شبکه کامپیوتری به یکدیگر پیوند می دهد تا به عنوان یک سیستم یکپارچه عمل کرده و از هر نقطه ی جهان قابل دسترسی باشد. در این مقاله از نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی سیستم پایش انرژی و مدیریت ساختمان (BMS) می پردازیم.

تعریف ساختمان هوشمند

اولین تعریف در خصوص ساختمان هوشمند، در اوایل دهه‌ی ۸۰ میلادی ارائه شد. به مرور زمان و با گسترش روزافزون تکنولوژی و تغییر نیازهای زیست محیطی، این تعریف تغییر یافت.

در تعریفی کلی می توان گفت، ساختمان هوشمند ساختمانی است که عملکرد آن به صورت خودکار کنترل شده و توانایی پاسخ گویی به نیازهای در حال تغییر ساختمان و محیط پیرامونی آن را دارد. ساختمان هوشمند از ویژگی های زیر برخوردار است.

• شرایط بهینه برای ارتباط چهار مولفه‌ی اصلی ساختمان یعنی ساختار، سیستم ها، سرویس ها و مدیریت را ایجاد می کند.
• میزان بهره‌وری ساکنان را با فراهم کردن شرایط مناسب محیط داخلی افزایش می دهد.
• با کمترین هزینه از منابع موجود استفاده ی موثری دارد.

از این رو، یک ساختمان هوشمند باید شرایط داخلی ساختمان مانند ایمنی، رفاه، امنیت و … را برای ساکنان فراهم کند. علاوه بر این، با توجه به سازگاری در طول چرخه ی عمر، از نظر زیست محیطی و مصرف منابع قابلیت حفاظت از زمین و کمک به نسل آینده را داشته باشد. سیستم مدیریت ساختمان از نظر اقتصادی نیز باید ارزش افزوده‌ای را برای مالکین و یا ساکنین ایجاد کند.

تعریف سیستم مدیریت ساختمان BMS

با گسترش فناوری اطلاعات، استفاده از اطلاعات به روز در ساختمان های مدرن به امری اجتناب ناپذیر بدل شده است. به همین دلیل، موضوع مدیریت هوشمند ساختمان با معانی جدیدی در چالش‌های راهبری و مدیریت مصرف انرژی همراه شده است.

سیستم مدیریت ساختمان یا BMS، یکی از روش‌های نوین در مدیریت ساختمان است که با استفاده از جدید ترین و به روز ترین تکنولوژی‌ها، شرایطی ایده‌آل در ساختمان ها فراهم می کند.

این سیستم تغییرات محیط اطراف را اندازه گیری و ارزیابی کرده و نسبت به آن ها عکس‌العمل نشان می دهد. این توانایی در کنترل تغییرات، موجب تغییر در محیط فیزیکی ساختمان ها شده است.

این سیستم با کنترل بخش‌های مختلف ساختمان، ایجاد شرایط محیطی مناسب و ارائه ی سرویس های هم زمان موجب صرفه جویی در مصرف انرژی، افزایش سطح کارآیی و بهره وری سیستم‌ها و امکانات موجود در ساختمان می شود.

کنترل و دسترسی به سیستم مدیریت ساختمان از داخل و خارج آن، به وسیله ی نرم‌افزار های مربوطه و شبکه اینترنت امکان پذیر است.

به طور کلی می توان گفت، سیستم مدیریت ساختمان یا BMS سامانه ای مبتنی بر رایانه و شبکه است که برای مشاهده و کنترل سیستم های مختلف داخل ساختمان مورد استفاده قرار می‌گیرد. این سیستم در مقایسه با روش های سنتی از بخش‌های زیر تشکیل شده است.

• مدیریت و راهبری تاسیساتی
• حفاظتی و امنیتی
• مدیریت مصرف انرژی
• مدیریت و راهبری اقتصادی

مزایای استفاده از سیستم مدیریت ساختمان BMS

همان طور که پیش از این نیز به آن اشاره شد، سیستم مدیریت ساختمان یا BMS به صورت خودکار شرایط بهینه سازی بهره وری انرژی و آسایش ساکنان یک یا چند ساختمان را به وسیله ی یک رابط دیجیتال واحد فراهم می کند.

این سیستم به صورت هوشمند سرویس‌های الکترونیکی و مکانیکی ساختمان نظیر گرمایش، تهویه ی هوا و روشنایی را بررسی و کنترل کرده و خدمات ساختمانی گسترده تری مانند امنیت، کنترل دسترسی، آسانسور و سیستم‌های ایمنی را در خود جای می دهد. از مزایای بارز استفاده از این سیستم‌ می توان به موارد زیر اشاره کرد.

فراهم کردن آسایش ساکنین و کاربران

• ایجاد محیط مطلوب و ارتقاء شرایط آسایش و راحتی ساکنین
• امکان جداکردن میزان مصرف انرژی در بخش‌های مختلف از ساختمان
• امکان مانیتورینگ وضعیت بخش‌های مجزای ساختمان و کنترل نمودن آنها از راه دور

افزایش امنیت

• افزایش ایمنی ساختمان و بهبود شرایط امنیتی آن در شرایط بحرانی
• جلوگیری از وقوع خرابی و یا گسترش آن

کاهش در مصرف انرژی

• صرفه‌جویی و بهینه‌سازی در مصرف انرژی‌های فسیلی و الکتریکی
• ترغیب مشتری به واسطه‌ی ارتقای رتبه‌ی انرژی ساختمان

رسیدگی و نگهداری از ساختمان

• کاهش هزینه‌ی استهلاک و خرابی سیستم‌ها و به تبع آن هزینه‌های نگهداری و تعمیرات
• جلوگیری از خرابی‌های غیرمنتظره‌ی تجهیزات
• گزارش نوع، محل و زمان وقوع خرابی در صورت خرابی و معیوب بودن هر یک از تجهیزات تحت کنترل

اثرات مثبت زیست محیطی

• کاهش تولید و انتشار آلاینده‌های زیست محیطی

• جلوگیری از پدیده‌ی گرمایش جهانی (Global Warming)

بخش های تشکیل دهنده سیستم مدیریت ساختمان BMS

این سیستم از دو بخش نرم‌افزار و سخت‌افزار و یک بخش ارتباطی بین آنها تشکیل شده است. بخش های سخت‌افزاری توسط کارشناسان کنترل راه اندازی می شود. به این ترتیب، داده‌های مورد نیاز از طریق حسگرهای نصب شده به عنوان یک نقطه ی کنترلی ورودی دریافت و فرمان های لازم به عنوان یک نقطه ی کنترلی خروجی به عمل گرهای مربوطه ارسال می شود.

بخش های نرم‌افزاری نیز وظیفه‌ی انجام تعاریف لازم روی کنترلر ها، پردازش اطلاعات موجود و اجرای سناریوهای از پیش تعریف‌شده را بر عهده دارد. نرم‌افزار ها در بخش اپراتوری وظیفه‌ی مانیتورینگ، ارسال گزارش‌ و مدیریت ساختمان را بر عهده دارند. ارتباط میان سخت‌افزار و نرم‌افزار نیز توسط یک پروتکل باز انجام می شود.

لایه های کنترلی موجود در سیستم مدیریت ساختمان BMS

ساختار این سیستم به گونه ای است که از ساختار سلسله مراتبی تشکیل شده و می توان آن را به سه سطح یا لایه تقسیم کرد.

لایه اول یا لایه فیزیکی (Field Layer)

این لایه که لایه ی فیزیکی یا پایین ترین لایه نیز نامیده می شود شامل تمامی سنسورها و حسگرهای اطلاعاتی، امکانات و تجهیزات ارسال فرمان ها است. این لایه عملکرد هایی مانند اندازه گیری، سوئیچینگ، اعمال فرمان و … را بر عهده دارد. در این لایه سنسور ها، سوییچ ها، موتورها و … به صورت شبکه ای به یکدیگر متصل و در نهایت به لایه ی دوم وصل می‌شوند.

لایه دوم یا لایه اتوماسیون (Control Layer)

لایه دوم را با نام های لایه میانی، لایه اتوماسیون یا کنترل نیز می شناسند. تمامی کنترلرها و امکانات کنترلی در این لایه قرار گرفته و با یکدیگر یک شبکه را تشکیل می دهند. این شبکه وظیفه ی تشخیص، پردازش و ارسال اطلاعات در سیستم را از طریق حلقه‌های کنترلی بر عهده دارد.

لایه سوم یا لایه مدیریت (Management Layer)

این لایه که بالاترین لایه را تشکیل می دهد شامل یک سیستم و یا شبکه‌ی نرم‌افزاری است که در آن اطلاعات و رویدادهای لایه‌های قبلی ثبت و تاریخچه‌ای از تمامی اتفاقات ایجاد می شود.

تصمیمات سیستم بر اساس پردازش اطلاعات موجود در شبکه پایه ریزی می شود. به این ترتیب، اپراتوری اطلاعات، آنالیز نتایج و هماهنگی این زیرسیستم‌ها در این لایه انجام می پذیرد.

لایه مدیریت مهم ترین بخش از این ساختار هرمی است زیرا، بیشترین دانش مدیریتی و ارزشی در آن قرار دارد. به همین دلیل است که به آن لایه ی مدیریت (Management Layer) می گویند. در این لایه‌ اطلاعات دسته بندی شده و مبنای یک تصمیم گیری منطقی و متناسب با روند وقایع را ایجاد می‌کند.

نکته

به طور کلی می توان گفت در هر کدام از لایه های این ساختار هرمی، از پروتکل های خاصی برای ارسال و دریافت اطلاعات استفاده می شود. از آن جا که استاندارد های مطرح شده در واقع استاندارد های باز مستقل از کاربر هستند، می‌توانند در هر سه لایه مورد استفاده قرار گیرند.

از میان سه پروتکل  KNX،LonWorks  و BACnet ، پروتکل های LonWorks  و KNX روی لایه های فیزیکی و اتوماسیون تمرکز بیشتری داشته و پروتکلBACnet  برای مدیریت گزینه ی مناسب تری است.

وظایف روزانه ی سیستم مدیریت ساختمان (BMS)

از مهم ترین و رایج ترین وظایف روزانه ی این سیستم کنترل گرمایش، تهویه و تهویه ی مطبوع ساختمان است. علاوه بر این، موارد زیر از دیگر وظایف متداول و روزانه ی این سیستم است.

• واحدهای جابجایی هوا
• دستگاه سردکننده‌ی آب
• برج‌های خنک‌کننده
• دستگاه گرم‌کننده‌ی آب
• سیستم‌های اگزوز
• کنترل زون‌ها (یا مناطق)
• کنترل سیستم‌ها و سرویس‌های ساختمان
• رابط کاربری گرافیکی (GUI)
• نظارت فوری بر عملکرد و کارآیی ساختمان
• تغییر و ثبت عملکرد و کارآیی ساختمان
• زمان‌بندی سیستم‌های ساختمانی
• مدیریت خطا و هشدار
• مدیریت انرژی و گزارش آن

کاهش مصرف انرژی مهم ترین هدف سیستم مدیریت ساختمان BMS

میزان مصرف انرژی ساختمان ها در بیشتر کشورهای جهان حدود ۴۰% از مصرف کل انرژی است. این رقم در کشور ما در بخش ساختمان‌های خانگی، تجاری و عمومی حدود ۳۶% است که از این مقدار ۸۶% مربوط به سوخت‌های فسیلی و ۱۲% مربوط به مصرف برق است.

علاوه بر این، بررسی های انجام شده نشان می‌دهد سیستم‌های تاسیسات مکانیکی و الکتریکی بیشترین مصرف‌ انرژی را به خود اختصاص می دهند. از این رو، توجه به مصرف انرژی در سیستم‌های سرمایشی، گرمایشی، تهویه مطبوع و روشنایی ساختمان تاثیر زیادی بر بهینه سازی مصرف انرژی دارد.

در خصوص کاهش مصرف انرژی می توان به دو نکته اشاره کرد.

• روش هایی مانند استفاده از عایق‌های حرارتی، جهت گیری پنجره ها، استفاده از پنجره های دوجداره و … برای جلوگیری از اتلاف انرژی موثر بوده و بر مبنای مدیریت انرژی پایه گذاری نشده ‌اند.
• سیستم‌های مدیریتی سنتی به خاطر استفاده از نیروی انسانی با ضریب خطای بالا، فراموشی و عدم اعمال فاکتورهای مختلف همراه بوده و با افزایش هزینه ها همراه است.

از این رو، استفاده از سیستم مدیریت ساختمان به مدیریت جامع بر میزان و نحوه‌ی مصرف انرژی منجر می شود. استفاده از این سیستم با کاهش هزینه های جاری ساختمان از جمله هزینه های مربوط به انرژی، نگهداری و تعمیرات همراه است. این امر می‌تواند باعث جبران هزینه های طراحی و اجرای سیستم مورد نظر شود.

سیستم BMS به دلیل انعطاف ‌پذیری بالای شبکه‌های زیرساخت و زیرسیستم‌های خود، به راحتی با نیازها و کارایی‌های مختلف منطبق شده و امکان اعمال تغییرات در شیوه‌ی عملکرد، برنامه‌ریزی و مدیریت را فراهم می کند.

به همین دلیل، انتخاب یک سیستم مدیریتی مناسب یکی از روش‌های سرمایه‌گذاری برای افزایش بهره وری و صرفه‌جویی در مصرف انرژی، افزایش ایمنی و رفاه ساکنان خواهد بود.

زیرسیستم های موجود در سیستم مدیریت ساختمان BMS

زیرسیستم‌های الکتریکی و تاسیساتی مختلفی را می‌توان با این سیستم‌ تحت کنترل قرار داد. از مهم ترین این زیر سیستم ها می توان به موارد زیر اشاره کرد.

• سیستم‌های کنترل تاسیسات مکانیکی (HVAC Control)
• کنترل تاسیسات الکتریکی (Lighting and Power Distribution Control)
• سیستم‌های ایمنی و امنیتی (Safety and Security)
• قابلیت اعلام حریق (Fire Alarm)
• سیستم‌های نظارت تصویری (CCTV)
• کنترل دسترسی و تردد (Access Control)
• مدیریت پارکینگ (Parking Management)

نکته

علاوه بر این زیر سیستم ها، تمام زیر سیستم های جریان ضعیف دیگر مانند تلفن تحت شبکه (IP Telephony)، سیستم شبکه کامپیوتری (IP Network)  و … را می توان با کمک سیستم‌ BMS تحت کنترل قرار داد.

مدیریت سرمایش، گرمایش و تهویه مطبوع با BMS

به وسیله ی این سیستم می توان گرمایش، تهویه و تهویه ی مطبوع را از راه دور کنترل کرد. در این صورت، کارکنان تعمیر و نگهداری مجبور نیستند برای خاموش کردن، روشن کردن، تنظیم سطح دما و یا تهویه از یک اتاق به اتاق دیگر بروند.

داده‌ها در یک سیستم واحد تلفیق می‌شوند. به این ترتیب سیستم BMS ، با گزارش دهی و مدیریت اطلاعات موجب بهبود کیفیت، تصمیم‌گیری آگاهانه، عملکرد بهتر و کاهش مصرف انرژی شده و در نتیجه باعث صرفه جویی در هزینه ها می‌شود.

سیستمم مدیریت ساختمان و حفظ تنظیمات گرمایش و تهویه

این سیستم به حفظ تنظیمات گرمایش و تهویه ی هوای ساختمان در بازه‌های زمانی طولانی کمک می کند. اغلب، ساختمان هایی که از کنترل های مستقل استفاده می کنند با گذشت زمان از تنظیمات اصلی و بهینه ی خود خارج می‌شوند.

سیستم مدیریت ساختمان می‌تواند به تغییر در طول زمان پاسخ داده و به حفظ تنظیمات بهینه در هر زمانی کمک کند. علاوه بر این، سیستم BMS می تواند بر خطاهای سیستماتیک مرتبط با مصرف بیش از حد انرژی تاکید کرده و الگوهای بیهوده‌ای مانند تجهیزات بدون استفاده را شناسایی کند.

سیستم BMS و هزینه‌های کمتر نگهداری تجهیزات تهویه مطبوع

با گذشت زمان و تغییر الگوهای عملیاتی و افت عملکرد تجهیزات، از کارآیی ساختمان‌ها کم می شود. سیستم BMS قابلیت عیب‌یابی اکثر اجزای گرمایش و تهویه ی هوا را داشته و زمانی که یکی از اجزا دچار نقص می شود آن را شناسایی می کند.

با استفاده از سیستم مدیریت ساختمان، امکان کنترل و بهینه سازی راحتی برای ساکنان و در سریع ترین زمان ممکن فراهم می شود. عواملی مانند دمای هوا، رطوبت، کیفیت هوا و جریان هوا از جمله ی این موارد هستند. این سیستم پیش از کاهش شرایط آسایش می تواند اعلان و اصلاح عیب ها را گزارش دهد.

قیمت سیستم مدیریت ساختمان BMS

متراژ و نوع کیفیت اجرایی در تعیین قیمت سیستم مدیریت ساختمان  (BMS) بسیار موثر است. از این رو، برآورد هزینه ها متناسب با انتظارات کاربران کاملا متفاوت است و نمی توان قیمت مشخصی برای آن در نظر گرفت.

به عنوان مثال کاربری که به یک سیستم ساده و بدون پیچیدگی خاصی نیاز داشته باشد، نسبت به کاربری که یک پکیج سفارشی و تمام عیار بخواهد با تفاوت قیمت چندین میلیونی بسیار ارزان تر رو به رو است.

چگونگی مدیریت عملکرد و گزارش گیری در سیستم BMS

سیستم مدیریت ساختمان دارای توانایی مدیریت عملکرد و گزارش دهی، برای دستیابی به اهداف مصرف انرژی و رتبه بندی ستاره‌ای است. این سیستم‌ به کمک روش های زیر از اهداف پشتیبانی می‌کند.

• تشخیص افت عملکرد به موقع
• اندازه‌گیری اهداف پروفایل بار و انجام تنظیمات
• ثبت اطلاعات روند از جمله تفکیک در بارهای مستاجران و ساختمان اصلی
• نمایش بازخورد به سبک داشبورد در مورد تقاضا و مصرف

توانایی های قابل پی ‌بینی سیستم مدیریت ساختمان BMS

این سیستم‌ می‌تواند حداکثر هزینه های تقاضا را کاهش داده و بخش قابل توجهی از قبوض انرژی بسیاری از تجارت‌ها را تشکیل دهد. علاوه بر این، می‌تواند بارهای زیاد ساختمان را پیش بینی و اجازه‌ی تنظیمات درست برای جلوگیری از حداکثر سطح آستانه ی تقاضا را فراهم سازد.

سیستم‌BMS  مبتنی بر وب می تواند شرایط مطلوب یا شرایط شدید آب و هوایی را پیش بینی کرده و تولید گرمایش و تهویه ی هوا را برای کارآمدترین و بهترین نتیجه تنظیم کند. به عنوان مثال، اگر این سیستم روزی گرمتر از معمول را پیش بینی کند، به طور خودکار ساختمان را خنک می کند تا بتواند از انرژی خارج از پیک مصرف استفاده کند.

سخن پایانی

امروزه استفاده از فن آوری سیستم مدیریت ساختمان یا BMS یکی از ملزومات صنعت ساختمان سازی است. این سیستم به کمک وب و شبکه های کامپیوتری امکانات مورد استفاده در ساختمان مانند گرمایش، سرمایش، روشنایی، اطفا حریق، تهویه هوا، آسانسور و … را به صورت یک پارچه هماهنگ می کند.

به این ترتیب، کاربران به راحتی و از هر نقطه از جهان که باشند می توانند امکانات و مشکلات ساختمان خود را کنترل کرده و در جهت رفع نواقص برایند. همچنین، استفاده از این سیستم نقش قابل توجهی در صرفه جویی انرژی و در نتیجه صرفه جویی مالی دارد.