آنچه در این پست میخوانید

ساختمان‌ها و صنعت ساختمان سازی، مصرف‌کننده‌ های عمده انرژی از منابع جهانی و منتشرکننده‌ی قابل توجه گازهای گلخانه‌ای هستند. در مواجهه با بحران های زیست محیطی نظیر تغییرات اقلیمی، افزایش آلودگی های محیطی، جزیره های گرمایی در شهر ها و … و افزایش جمعیت شهری، رویکردهای سنتی ساخت‌وساز ساختمان ها دیگر پاسخگو نیستند.

همگرایی دو مفهوم ساختمان هوشمند و ساختمان پایدار، پارادایمی نوین را شکل داده است که با بهره‌گیری همزمان از فناوری‌های پیشرفته و اصول طراحی اکولوژیک، به دنبال ایجاد محیط‌های مصنوع کارآمد، سالم، و سازگار با کره زمین است.

در این مقاله از شرکت خانه های هوشمند به بررسی عمیق ابعاد مختلف این همگرایی حیاتی می‌پردازیم. ابتدا تعاریف و مفاهیم پایه تشریح می‌شود. سپس، فناوری‌های کلیدی، مانند سیستم‌های مدیریت ساختمان (BMS)، اینترنت اشیا (IoT)، و هوش مصنوعی (AI) و نقش آن‌ها در بهینه‌سازی عملکرد ساختمان ها را بررسی می‌کنیم. در ادامه، اصول طراحی پایدار در ساختمان ها شامل بهره‌وری انرژی، استفاده از مصالح سبز، مدیریت آب، و طراحی زیست‌اقلیمی مورد تحلیل قرار می‌گیرد. مزایای چندوجهی این همگرایی (کاهش مصرف انرژی، بهبود سلامت ساکنین، صرفه‌جویی اقتصادی) همراه با چالش‌های پیش‌رو (هزینه‌های اولیه، نیاز به تخصص، امنیت سایبری) ارائه می‌شود. استانداردهای بین‌المللی و مطالعه موردی پروژه‌های موفق جهانی و ایرانی، درک عملی از موضوع را فراهم می‌کند. در نهایت، چشم‌انداز آینده این حوزه و الزامات تحقق آن مورد بحث قرار می‌گیرد.

این مقاله استدلال می‌کند که ساختمان‌های هوشمند و پایدار نه تنها یک انتخاب، بلکه یک ضرورت اجتناب‌ناپذیر برای دستیابی به توسعه شهری پایدار و آینده‌ای سالم‌تر هستند.

مقدمه: ضرورت تحول در محیط‌های ساخت و سازب

در سال های اخیر و با رشد شهرها و افزایش جمعیت های شهری، شهرها به موتورهای رشد اقتصادی جهانی تبدیل شده‌اند، اما همزمان سهم عمده‌ای در مصرف منابع و انتشار آلاینده‌ها دارند. بر اساس گزارش‌های برنامه محیط‌زیست سازمان ملل (UNEP)، ساختمان‌ها مسئول حدود ۴۰٪ از مصرف انرژی جهانی و ۳۰٪ از انتشار گازهای گلخانه‌ای هستند. رشد سریع جمعیت شهری و افزایش استانداردهای زندگی، این فشار را تشدید می نماید. تغییرات اقلیمی نیز با پدیده‌هایی مانند ایجاد جزیره های گرمایی، سیل‌های ویرانگر، و خشکسالی‌های طولانی‌مدت، آسیب‌پذیری زیرساخت‌های ساختمانی و جوامع انسانی را افزایش داده است.

در این بستر و از همین رو ساختمان‌های سنتی، که اغلب با طراحی ناکارآمد، مصالح پرمصرف، و سیستم‌های مکانیکی قدیمی شناخته می‌شوند، به بخشی از مشکل تبدیل شده‌اند. آن‌ها نه تنها ردپای زیست‌محیطی سنگینی برجای می‌گذارند، بلکه ممکن است محیطی ناسالم برای ساکنان ایجاد کنند و هزینه‌های عملیاتی سرسام‌آوری را همراه داشته باشند.

پاسخ به این چالش‌های پیچیده، مستلزم تحولی بنیادین در نحوه طراحی، ساخت، و بهره‌برداری از ساختمان‌ها می باشد. اینجاست که همگرایی دو جریان قدرتمند هوشمندی ساختمان و پایداری به عنوان راه‌حلی جامع و آینده‌نگر مطرح می‌شود. ساختمان هوشمند با به‌کارگیری فناوری، ساختمان را به موجودی پاسخگو و بهینه‌ساز تبدیل می نماید، در حالی که ساختمان پایدار، اصول احترام به محیط‌زیست و منابع نسل‌های آینده را در بطن فرآیند ساخت و توسعه قرار می‌دهد. تلفیق این دو اصل، خلق محیط‌های ساخته شده‌ای را نوید می‌دهد که همزمان کارآمد، راحت، سالم، مقرون به صرفه، و دوستدار زمین و محیط زیست هستند. این مقاله قصد دارد تا عمق این همگرایی حیاتی و الزامات تحقق آن را برای آینده‌ای پایدارتر بررسی کند.

ساختمان هوشمند چیست؟

ساختمان هوشمند (Smart Building) به ساختمان هایی اطلاق می‌شود که از سیستم‌های یکپارچه فناوری اطلاعات و ارتباطات (ICT) برای پایش و نظارت، کنترل عملکردهای مختلف و بهینه‌سازی خودکار عملکردهای خود استفاده می‌کند. هدف نهایی از داشتن یک ساختمان هوشمند، بهبود بهره‌وری عملیاتی در ساختمان، افزایش آسایش و ایمنی ساکنان، و کاهش هزینه‌های جاری و انرژی مصرفی در ساختمان می باشد.

نقش فناوری در بهینه‌سازی عملکرد

فناوری های نوین صنعتی و ساختمانی، ستون اصلی هوشمندی در سازه های می باشد و شامل شبکه‌ای از سنسورها (برای جمع‌آوری داده‌ها از دما، رطوبت، کیفیت هوا، حضور افراد، مصرف انرژی، روشنایی و…)، عملگرها یا اکچویتورها (اجزایی که دستورات را اجرا می‌کنند، مانند ترموستات‌های هوشمند، شیرهای برقی، سیستم‌های روشنایی قابل تنظیم)، سیستم‌های ارتباطی و پروتکل های (سیمی و بی‌سیم برای انتقال داده‌ها)، و یک پلتفرم مرکزی مدیریت (BMS/BAS) است که داده‌ها را تحلیل کرده و دستورات کنترلی را صادر می‌کند. همچنین با گسترش استفاده از مدل های زبانی مختلف هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشین (ML) نیز به‌طور فزاینده‌ای برای پیش‌بینی الگوها، تشخیص ناهنجاری‌ها و الگوها، و بهینه‌سازی پویا مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ساختمان پایدار چیست؟

ساختمان پایدار (Sustainable Building یا Green Building) به ساختمانی گفته می‌شود که در کل چرخه حیات خود – از طراحی و ساخت تا بهره‌برداری و تخریب/بازیافت – کمترین تاثیر منفی را بر محیط‌زیست پیرامون و منابع طبیعی داشته باشد و همزمان محیطی سالم و مولد برای ساکنان و مصرف کنندگان فراهم کند. این مفهوم بر پایه اصول سه‌گانه پایداری (Triple Bottom Line) استوار می باشد، این مفاهیم سه گانه عبارتند از:

پایداری محیطی: کاهش مصرف منابع مختلف (انرژی، آب، مصالح)، کاهش تولید پسماند و آلودگی (هوا، آب، خاک)، حفظ تنوع زیستی و گونه های مختلف و سازگاری با اقلیم محلی.
پایداری اقتصادی: کاهش هزینه‌های بلندمدت عملیاتی و نگهداری، افزایش ارزش ملک، ایجاد فرصت‌های شغلی در بخش‌های سبز، و بازگشت مناسب سرمایه.
پایداری اجتماعی/انسانی: ایجاد محیط های داخلی سالم و با کیفیت هوای بالا، دارا بودن نور طبیعی کافی، آسایش حرارتی و صوتی مناسب، دسترسی های محلی و غیر محلی کافی و مناسب و همچنین ارتقای رفاه و بهره‌وری ساکنان.

تقاطع ساختمان های هوشمند و پایدار: همسویی برای دستیابی به اهداف متعالی

این دو مفهوم نوین به‌صورت ذاتی مکمل یکدیگر میباشند. فناوری‌های نوین ساختمان هوشمند، ابزارهای قدرتمندی را برای تحقق اهداف پایداری فراهم می‌کنند:

بهینه‌سازی منابع: سیستم‌های هوشمند با نظارت دقیق و کنترل و پایش خودکار، مصرف انرژی (سرمایش/گرمایش/روشنایی/تجهیزات) و آب را در ساختمان ها به‌طور چشمگیری کاهش می‌دهند.

افزایش کیفیت محیط داخلی: حسگرهای کیفیت هوا میزان (CO2, O2) را رصد کرده و سیستم‌های تهویه را به‌طور بهینه فعال می‌کنند و همچنین پرده‌های هوشمند میتوانند نور و گرمای خورشید را بر اساس آسایش محیطی مدیریت کنند.

مدیریت پسماند: سیستم‌های هوشمند می‌توانند سطح پر بودن سطل‌های زباله را رصد کرده و مسیرهای جمع‌آوری را بهینه کنند.

تسهیل نگهداری پیش‌گیرانه: تحلیل داده‌های تولید شده از نقاط کنترلی مختلف در ساختمان ها توسط BMS و AI می‌تواند خرابی‌های قریب‌الوقوع تجهیزات مختلف را پیش‌بینی کند، از خرابی‌های عمده و هزینه‌های تعمیرات غیرمنتظره جلوگیری نماید و عمر مفید تجهیزات را افزایش دهد.

پایش و گزارش‌دهی عملکرد: سیستم‌های هوشمند ساختمانی داده‌های دقیقی در مورد عملکرد ساختمان (مصرف انرژی، آب، تولید کربن) را ارائه می‌دهند که برای ارزیابی های متفاوت پایداری و شناسایی فرصت‌های بهبود بیشتر ضروری است.

به عبارت دیگر، مفاهیم مرتبط با پایداری ساختمان اهداف را تعیین می‌کند و هوشمندی، ابزارهای کارآمد و دقیق برای دستیابی به آن اهداف را فراهم می‌کند. یک ساختمان پایدار بدون هوشمندی ممکن است به پتانسیل کامل خود نرسد، و یک ساختمان هوشمند بدون در نظر گرفتن پایداری ممکن است صرفاً مصرف منابع را به‌صورت کارآمدتر مدیریت کند، اما لزوماً نتواند رد پای زیست‌محیطی کلی خود را به حداقل نرساند.

فناوری‌های کلیدی محرک هوشمندی در ساختمان‌های پایدار

تحقق عملی همگرایی در هوشمندی و پایداری ساختمان ها، وابسته به مجموعه‌ای از فناوری‌های پیشرفته است، در ادامه این مقاله به بررسی این فناوری های نوین میپردازیم.

سیستم‌های مدیریت یکپارچه ساختمان (BMS/BAS/BEMS)

مغز متفکر عملیات BMS (Building Management System) یا BAS (Building Automation System) یا BEMS (Building Energy Management System) پلتفرم نرم‌افزاری و سخت‌افزاری مرکزی است که کلیه سیستم‌های ساختمان را زیر یک بستر مدیریتی یکپارچه می‌کند. این سیستم‌ها شامل: HVAC (تهویه مطبوع)، روشنایی، امنیت (دسترسی، دوربین، اعلام حریق)، آسانسورها، سیستم‌های برق، و حتی پرده‌ها و سایبان‌ها می‌شوند.

سیستم BMS داده‌های دریافتی از هزاران سنسور موجود در ساختمان با امکانات متفاوت را جمع‌آوری، ذخیره، تحلیل و نمایش می‌دهد. بر اساس این داده‌ها و برنامه‌های از پیش تعریف شده و اتوماسیون ها(مانند برنامه زمان‌بندی حضور، تنظیمات دمای مطلوب در ساعات مختلف شبانه روز و…)، BMS به‌طور خودکار دستورات کنترلی را به عملگرها ارسال می‌کند (مثلاً خاموش کردن چراغ‌ها در اتاق‌های خالی، کاهش دما در شب، فعال‌کردن تهویه در پاسخ به افزایش CO2).

رابط کاربری (Dashboard) به اپراتورهای ساختمان های هوشمند و پایدار، امکان نظارت و کنترل دستی سیستم‌ها را می‌دهد.

BEMS بیشتر بر بهینه‌سازی مصرف انرژی تمرکز دارد و اغلب بخشی از یک BMS بزرگ‌تر است.

اینترنت اشیا (IoT) و حسگرهای هوشمند: شبکه عصبی ساختمان

IoT به مفهوم اتصال اشیای فیزیکی مختلف مجهز به حسگرها، نرم‌افزار و قابلیت اتصال به شبکه اینترنت است تا بتوانند داده‌ها را جمع‌آوری، تحلیل و تبادل کنند. در ساختمان‌های هوشمند و پایدار، تقریباً هر سیستمی می‌تواند به یک شیء IoT از شبکه اینترنت تبدیل شود.

حسگرها (Sensors) عناصر حیاتی در ساختمان های هوشمند هستند که داده‌های فیزیکی محیط مانند دما، رطوبت، کیفیت هوا و … تجهیزات را به داده‌های دیجیتال تبدیل می‌کنند:

حسگرهای محیطی: دما، رطوبت، کیفیت هوا (CO2, PM2.5, PM10, VOC, فرمالدهید)، نور (سطح روشنایی)، صدا، حضور و حرکت و …
حسگرهای مصرف: انرژی (برق، گاز، حرارت)، آب (جریان، دما).
حسگرهای تجهیزات: وضعیت عملکرد، ارتعاش، دما (موتورها).
شبکه‌ها و پروتکل های ارتباطی (مانند Wi-Fi, Bluetooth Low Energy (BLE), Zigbee, Z-Wave, LoRaWAN, NB-IoT) امکان انتقال داده‌ها از حسگرها به پلتفرم مرکزی (BMS) یا ابر را فراهم می‌کنند.
(Gateways) گیت وی ها اغلب برای تبدیل پروتکل‌های مختلف ارتباطی و اتصال دستگاه‌های IoT به شبکه اصلی مدیریت ساختمان هوشمند و پایدار استفاده می‌شوند.

هوش مصنوعی (AI) و تحلیل داده‌های کلان (Big Data Analytics): هوش پیش‌بین و بهینه‌ساز

حجم عظیم داده‌های تولید شده توسط حسگرها و سیستم‌ها، فراتر از توان تحلیل انسانی است. از این رو هوش مصنوعی و الگوریتم‌های یادگیری ماشین وارد عمل شده و امکان تحلیل داده ها به وسیله ماشین را فراهم میکنند.

یادگیری الگوها: AI می‌تواند الگوهای مصرف انرژی، حضور افراد، و رفتار تجهیزات را در طول زمان یاد بگیرد و بر اساس آن پیش بینی ها و کنترل های مختلفی را برای ساختمان ها به ارمغان بیاورد.

پیش‌بینی: با استفاده از داده‌های پیشین و الگوهای شناسایی شده، AI می‌تواند آینده را پیش‌بینی کند: پیش‌بینی تقاضای انرژی، پیش‌بینی پیک مصرف، پیش‌بینی دمای بیرون بر اساس هواشناسی و … .

بهینه‌سازی پویا: AI می‌تواند سیستم‌های ساختمان (به‌خصوص HVAC و روشنایی) را به‌صورت پویا و در لحظه، بر اساس پیش‌بینی‌ها، شرایط فعلی و اهداف (مثلاً حداقل مصرف انرژی یا حداکثر آسایش) بهینه‌سازی کند. مثلاً سرمایش را قبل از رسیدن پیک گرما شروع کند.

نگهداری پیش‌بینانه (Predictive Maintenance): یکی از قدرتمندترین کاربردهای هوش مصنوعی در ساختمان های هوشمند و پایدار است. AI با تحلیل داده‌های مختلف مانند ارتعاش، دما، جریان و عملکرد تجهیزات، می‌تواند نشانه‌های اولیه خرابی را تشخیص دهد و هشدار تعمیر قبل از وقوع خرابی عمده را بدهد. این امر از توقف‌های پرهزینه و تعمیرهای سنگین تجهیزات جلوگیری کرده و ، افزایش عمر تجهیزات و ایمنی بیشتر در ساختمان ها را به ارمغان می آورد.

کشف ناهنجاری و عملکرد نادرست در سیستم: AI (هوش مصنوعی) می‌تواند انحرافات غیرعادی در مصرف انرژی یا عملکرد سیستم‌ها را سریع‌تر از انسان تشخیص دهد که می‌تواند نشان‌دهنده خرابی، تنظیم نادرست یا حتی مشکلات امنیتی داخل ساختمان ها باشد.

اتوماسیون و کنترل هوشمند: اجرای فرمان های بهینه

این فناوری‌ها دستورات صادر شده توسط سیستم BMS یا الگوریتم‌های هوش مصنوعی را به عمل های فیزیکی در ساختمان هوشمند و پایدار تبدیل می‌کنند:

سیستم‌های HVAC (تهویه) هوشمند: انواع ترموستات‌های هوشمند با قابلیت برنامه‌ریزی و یادگیرنده، شیرهای کنترلی هوشمند، دمپرهای قابل تنظیم خودکار، سیستم‌های VRF (تغییر جریان مبرد) با کنترل دقیق منطقه‌ای و … همگی بخشی از انواع تجهیزات هوشمند سیستم های تهویه در ساختمان ها هستند.

سیستم‌های روشنایی هوشمند: شامل انواع چراغ‌های LED قابل تنظیم (شدت و رنگ نور)، حسگرهای حضور/حرکت برای خاموش‌کردن چراغ‌ها در فضاهای خالی، حسگرهای نور و سنجش روشنایی محیط برای تنظیم خودکار روشنایی متناسب با نور طبیعی (Daylight Harvesting)، کنترل از طریق اپلیکیشن یا دستیارهای صوتی … .

کنترل سایه‌بان‌ها و پرده‌ها: پرده‌ها و سایبان‌های برقی هوشمند که بر اساس زاویه خورشید، دما و نور محیط خارجی و آسایش محیطی کاربر به‌طور خودکار تنظیم شده تا بهره‌وری انرژی حرارتی و نوری را بهینه نمایند.

کنترل دسترسی و امنیت: سیستم‌های کنترل تردد هوشمند (کارت‌خوان، تشخیص چهره و … )، دوربین‌های نظارتی هوشمند با قابلیت هایی نظیر تحلیل تصویر، مباحث ایمنی و سیستم‌های اعلان و اطفاء حریق پیشرفته و … .

اصول طراحی پایدار: بنیان اصلی ساختمان‌های سبز و کارآمد

هوشمندسازی ساختمان ها میتواند به افزایش راحتی و آسایش کاربران متخلف در یک ساختمان کمک شایانی نماید. اما برای هم افزایی مفاهیم مرتبط با محیط زیست و پایداری مانند کاهش مصرف انرژی، افزایش بهره وری و … می بایست این سیستم ها همگام با اهداف اصلی معماری پایدار طراحی و بهینه سازی شوند. این هم افزایی می تواند هدف اصلی از ساخت یک ساختمان هوشمند و پایدار را به افزایش داده و ساختمان ها را به یک عنصر همگام با طبیعت بدل نماید. در ادامه این مقاله به بررسی اصول کلیدی و مشترک این دو مفهوم میپردازیم.

بهره‌وری انرژی (Energy Efficiency): کاهش تقاضا در اولویت

اولین و مهمترین اصل: قبل از تولید انرژی پاک، باید مصرف انرژی را به حداقل رساند. این مسئله مستلزم توجه ویژه به موارد ذکر شده در ادامه این مطلب میباشد:

طراحی پوسته(نما) ساختمان با عملکرد بالا (High-Performance Building Envelope)
عایق‌کاری حرارتی قوی: دیوارها، سقف، کف، پنجره‌ها. کاهش تبادل حرارتی ناخواسته با بیرون. استفاده از عایق‌های نوین با ضخامت کافی.
پنجره‌های با عملکرد حرارتی استاندارد و بالا: استفاده از شیشه دوجداره یا سه‌جداره با گاز عایق (آرگون، کریپتون)، پوشش‌های کم‌گسیل (Low-E) برای کنترل تابش خورشیدی، همچنین استفاده از قاب‌های عایق (UPVC، چوبی با عایق حرارتی) و در نتیجه آن کاهش اتلاف حرارت در زمستان و گرمای ناخواسته در تابستان بسیار با اهمیت میباشد.
درزگیری و کاهش نفوذپذیری هوا (Air Tightness): درزگیری دقیق اتصالات و یراق ها برای جلوگیری از نفوذ هوای بیرون به داخل و اتلاف انرژی در ساختمان.
طراحی زیست‌اقلیمی (Bioclimatic Design)
بهینه‌سازی جهت‌گیری ساختمان: طراحی ساختمان بر اساس استفاده حداکثری از نور و گرمای خورشید در زمستان (جهت جنوب در نیمکره شمالی) و کاهش جذب گرمای مستقیم در تابستان ها.
طراحی ساختمان بر اساس سایه‌اندازی موثر : استفاده از سایبان‌های ثابت و پویا (هوشمند) در ساختمان، طراحی بالکن، کاشت درختان برگریز (سایه در تابستان، نور در زمستان) و همچنین طراحی برآمدگی‌های بام و دیوار برای ایجاد سایه
استفاده از تهویه طبیعی: طراحی برای جریان هوای متقاطع (Cross Ventilation)، با استفاده از برج باد یا دودکش خورشیدی برای ایجاد فشار هوای متفاوت درون ساختمان و در نتیجه آن کاهش وابستگی به تهویه مکانیکی.
استفاده از جرم حرارتی (Thermal Mass): استفاده از مصالحی با ظرفیت گرمایی بالا بالا مانند بتن، سنگ، یا آجر در نقاط استراتژیک برای ذخیره گرمای خورشید در روز و آزاد کردن تدریجی آن در شب (در اقلیم‌های مناسب).
استفاده از سیستم‌های مکانیکی کارآمد: پمپ‌ها، فن‌ها، چیلرها و بویلرهای با راندمان بالا (مانند چیلرهای جذبی پیشرفته یا پمپ‌های حرارتی با COP بالا).

استفاده از منابع انرژی‌ تجدیدپذیر (Renewable Energy Integration): تامین انرژی پاک در ساختمان ها

یکی از مهمترین نکات در رابطه با طراحی یک ساختمان هوشمند و پایدار پس از کاهش حداکثری تقاضای انرژی از طریق بهره‌وری تامین نیاز باقی مانده به وسیله سیستم های انرژی پاک میباشد:

انرژی خورشیدی فتوولتائیک (PV): نصب پنل‌های خورشیدی روی بام، نما، یا سایه‌بان‌ها برای تولید برق پاک. همچنین با برقرای ارتباط بین سیستم‌های هوشمند و ساختارهای تولید انرژی پاک این سیستم ها می‌توانند تولید و مصرف انرژی را مدیریت کنند.

انرژی خورشیدی حرارتی (Solar Thermal): استفاده از کلکتورهای خورشیدی برای گرمایش آب مصرفی یا پیش گرمایش آب مورد استفاده در تاسیسات مکانیکی یا پشتیبانی سیستم گرمایشی.

پمپ‌های حرارتی زمین‌گرمایی (Geothermal Heat Pumps): استفاده از دمای پایدار زیرزمین برای گرمایش و سرمایش بسیار کارآمد است. البته طراحی این سیستم باید وابسته به مکان جغرافیایی پروژه بررسی گردد.

استفاده از توربین های بادی در مقیاس کوچک: این سیستم ها در مکان‌های با پتانسیل باد مناسب می تواند بخشی از انرژی مورد نیاز در ساختمان را به صورت پاک و پایدار تامین نماید.

سیستم‌های ترکیبی: یکی از روش های موثر در رابطه با استفاده از ساختارهای انرژی پاک استفاده از چند منبع تجدیدپذیر برای افزایش قابلیت اطمینان و همچنین بالا بردن ضریب تولید میباشد. همچنین در صورت استفاده ترکیبی از این سیستم ها می توان انرژی تولیدی مازاد را ذخیره کرده یا آن را به شبکه های محلی فروخت.

استفاده از منابع انرژی‌ تجدیدپذیر (Renewable Energy Integration): تامین انرژی پاک در ساختمان ها

استفاده از مصالح ساختمانی سازگار با محیط‌زیست (Sustainable Materials): انتخاب آگاهانه متریال های مورد استفاده

معیارهای انتخاب مصالح سبز:

منبع‌یابی مسئولانه: استفاده از منابع تجدیدپذیر (مانند چوب دارای گواهی FSC)، استفاده از مواد بازیافتی، منابع محلی برای کاهش انرژی های مورد استفاده در حمل‌ونقل.

مصرف انرژی نهفته کم (Embodied Energy): منظور از اثر انرژی نهفته، انرژی مصرفی در فرآیند استخراج، تولید، حمل‌ونقل و نصب مصالح میباشد. مصالحی مانند چوب، خاک فشرده، بتن‌های کم‌کربن (مثلاً با جایگزینی سیمان با سرباره یا خاکستر بادی) یا بازیافتی (فولاد بازیافتی، شیشه بازیافتی، پلاستیک بازیافتی) معمولاً انرژی نهفته کمتری نسبت به موارد مشابه دارند.

“در ویژگی های قید شده در برای معماری سنتی ایران نیز استفاده از مصالح بوم آورد یکی از اصول پنجگانه میباشد. این مسئله نشان دهنده اهمیت توجه به اقلیم و پایداری در معماری کشور عزیزمان میباشد. “

دوام و طول عمر بالا: استفاده از مصالحی که نیاز به تعویض مکرر ندارند و اصطلاحا یک بار مصرف نیستند.

قابلیت بازیافت یا تجزیه‌پذیری: استفاده از مصالحی که در پایان عمر مفید ساختمان بتوانند به چرخه بازیافت بازگشته یا توسط طبیعت تجزیه گردند.

آلودگی پایین و سلامت محیط داخلی: مصالح با انتشار کم ترکیبات آلی فرار (VOC)، فرمالدهید، و سایر آلاینده‌ها. همچنین استفاده از رنگ‌ها، چسب‌ها و فرش‌های کم‌سم در محیط های داخلی ساختمان

چند نمونه از مصالح سبز مورد استفاده در ساختمان های هوشمند و پایدار، چوب مهندسی‌شده (CLT, Glulam)، بتن کم‌کربن، بتن ژئوپلیمری، عایق‌های طبیعی (پشم گوسفند، سلولز بازیافتی، پنبه‌کوهی)، آجرهای بازیافتی، کفپوش‌های بامبو یا چوب پنبه، شیشه بازیافتی، فلزات بازیافتی و … میباشد.

مدیریت پایدار آب (Water Stewardship): حفاظت از منابع آبی به وسیله طراحی های فعال و غیر فعال در ساختمان های هوشمند و پایدار

آب مایه حیات و منبعی بسیار مهم، استراتژیک و محدود است. ساختمان‌های پایدار باید در طول فرآیند طراحی، ساخت و استفاده نکات زیر را در نظر داشته باشند:

کاهش مصرف: استفاده از شیرآلات، دوش‌ها، و توالت‌های کم‌جریان (Low-Flow Fixtures) در محیط های مختلف ساختمان. همچنین اهمیت استفاده از این است که این ساختارهای هوشمند می‌توانند نشتی‌ها را تشخیص دهند و از هدر رفت آب جلوگیری نمایند.

جمع‌آوری و استفاده از آب باران (Rainwater Harvesting): جمع‌آوری آب باران از سطح بام، ذخیره‌سازی و استفاده برای آبیاری منظر، فلاش تانک‌ها، یا پس از تصفیه مناسب استفاده از این آب ذخیره شده برای مصارف غیر شرب.

تصفیه و استفاده مجدد از آب خاکستری (Greywater Recycling): آب خاکستری آب بازیافتی یا فاضلاب‌های خانگی، آب‌های ضایعاتی (پساب) ایجاد شده توسط افراد در خانه‌ها یا ساختمان‌های اداری است که دربرگیرندهٔ تمام جریان‌ها به استثنای فاضلاب خروجی از سرویس‌های بهداشتی (فاضلاب مدفوعی که به آن آب سیاه می‌گویند) استحصال شده از فعالیت‌های معمول روزانه نظیر رخت‌شویی، شستشوی ظروف و حمام کردن است، که می‌توانند برای اموری مثل آبیاری فضاهای سبز، سیفون توالت و ساختمان‌های نیازمند رطوبت زیاد همچون گلخانه‌ها، به مصرف مجدد برسند.

طراحی منظر پایدار (Xeriscaping): استفاده از گیاهان بومی و مقاوم به خشکی که نیاز به آبیاری کم دارند. طراحی سیستم‌های آبیاری هوشمند زیرسطحی که بر اساس پیش‌بینی هوا و رطوبت خاک و نیازهای گیاه های مختلف عمل می‌کنند.

سطح نفوذپذیر: استفاده از مصالح نفوذپذیر در محوطه‌سازی برای تغذیه آب‌های زیرزمینی و کاهش رواناب در منظر مصنوع طراحی شده.

کیفیت محیط داخلی در ساختمان های هوشمند و پایدار (Indoor Environmental Quality – IEQ): اهمیت سلامت و رفاه ساکنان

یک ساختمان پایدار باید محیطی سالم و مولد ایجاد کند:

تهویه کافی و فیلتراسیون هوا: تامین هوای تازه با نرخ مناسب، استفاده از فیلترهای HEPA یا MERV با راندمان بالا برای حذف ذرات و آلاینده‌ها در کانال های جریان هوای ورودی. سیستم‌های هوشمند ساختمانی کیفیت هوا را لحظه‌ای رصد و تهویه را تنظیم می‌کنند.

کنترل رطوبت به وسیله سنسورهای سنجش رطوبت: جلوگیری از رشد کپک و قارچ‌ها در دیوارها و اتصالات ساختمان که برای سلامتی انسان ها مضر هستند.

طراحی ساختمان بر اساس دریافت حداکثری دسترسی به نور طبیعی: طراحی پنجره‌ها و فضاها برای حداکثر استفاده از نور روز، کاهش نیاز به روشنایی مصنوعی در ساختمان و بهبود سلامت روان و چرخه خواب (ریتم‌سیرکادین). سیستم‌های روشنایی هوشمند می‌توانند نور مصنوعی را بر اساس نیاز هر زون با نور روز تطبیق دهند (Human-Centric Lighting).

کنترل صوتی: استفاده از مصالح جاذب صدا و طراحی فضاها برای کاهش آلودگی صوتی و افزایش تمرکز و آسایش، استفاده از گیاهان در منظر مصنوع به منظور کاهش اثرات آلودگی صوتی محیط پیرامون ساختمان و … .

طراحی بیوفیلیک (Biophilic Design): ادغام عناصر طبیعی (گیاهان، آب، نور طبیعی، چوب، مناظر طبیعی) در فضای داخلی و ترکیب آنها با دکوراسیون ساختمان برای کاهش استرس و بهبود تندرستی روانی.

مزایای همگرایی هوشمندی و پایداری در ساختمان ها: دستاوردهای چندگانه

تلفیق هوشمندی دیجیتال و اصول پایداری، منافع گسترده‌ای برای ذینفعان مختلف و استفاده کنندگان از ساختمان ها به ارمغان می‌آورد:

کاهش چشمگیر ردپای آلودگی های زیست‌محیطی

کاهش مصرف انرژی: بهینه‌سازی سیستم‌ها توسط فناوری‌های هوشمند در کنار طراحی کارآمد پوسته ساختمان و استفاده از انرژی ها و مصالح تجدیدپذیر می‌تواند مصرف انرژی را تا حدود ۵۰٪ یا بیشتر نسبت به ساختمان‌های سنتی کاهش دهد. همچنین کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای (به‌خصوص CO2) مستقیماً به مبارزه با تغییرات اقلیمی کمک می‌کند.

کاهش مصرف آب: مدیریت هوشمند آب در ساختمان ها همراه با تجهیزات مدرن و متناسب و استفاده مجدد از آب های خاکستری و پساب ها، مصرف آب را به‌طور قابل توجهی کم می‌کند و باعث کاهش هدر رفت این عنصر استراتژیک میگردد.

کاهش پسماند ساخت‌و‌ساز و عملیات های ساخت: استفاده از مصالح بازیافتی و با دوام در پروژه ها، طراحی های پیشینی شده برای تفکیک پسماند و بهینه‌سازی جمع‌آوری توسط سیستم‌های هوشمند در ساختمان های پایدار.

حفظ منابع طبیعی: با استفاده از روش های ساختمان سازی هوشمند و پایدار کاهش تقاضا برای سوخت‌های فسیلی، آب شیرین و مواد خام اولیه به ارمغان خواهد آمد.

بهبود قابل توجه کیفیت زندگی و سلامت ساکنان در ساختمان های هوشمند و پایدار

محیط داخلی سالم‌تر: کیفیت هوای بهتر داخل ساختمان ها (کاهش CO2، ذرات، VOC)، کنترل رطوبت، نور طبیعی کافی و کنترل شده، کنترل آلودگی های صوتی و … . این موارد در طولانی مدت منجر به کاهش بیماری‌های تنفسی، سردرد، خستگی و بهبود سلامت کلی سااکنان ساختمان ها می‌شود. مطالعات نشان می‌دهد این فاکتورها بهره‌وری کارکنان در ادارات را تا ۱۰-۱۵٪ افزایش می‌دهند.

آسایش حرارتی محیطی: سیستم‌های هوشمند می‌توانند شرایط محیطی را به‌طور شخصی‌سازی شده و پویا برای نیازمندی های ویژه ساکنان تنظیم کنند.

امنیت و ایمنی بالاتر: سیستم‌های هوشمند امنیتی و اطفاء حریق هوشمند میتوانند ضامن بالا رفتن ضریب امنیت در ساختمان های هوشمند پایدار گردند.

کنترل و انعطاف‌پذیری: امکان تنظیم شرایط محیطی، کنترل و پایش تجهیزات و عملکردهای مختلف توسط کاربران از طریق رابط‌های ساده (تاچ پنل های کنترلی، اپلیکیشن، دستیارهای صوتی).

صرفه‌جویی اقتصادی بلندمدت

کاهش هزینه‌های عملیاتی: در ساختمان های هوشمند و پایدار علیرغم هزینه‌های اولیه بالاتر نسبت به ساخت های سنتی، کاهش شدید قبوض انرژی، آب و هزینه‌های نگهداری (به‌خصوص با نگهداری پیش‌بینانه) منجر به بازگشت سرمایه (ROI) قابل توجه و صرفه‌جویی قابل ملاحظه در بلندمدت (۱۰-۲۰ سال) می‌شود.

افزایش ارزش ملک: ساختمان‌های هوشمند و پایدار به‌طور فزاینده‌ای مورد تقاضا هستند و ارزش فروش و اجاره بالاتری دارند. گواهینامه‌های پایداری (LEED, BREEAM) این ارزش را به‌طور رسمی تأیید می‌کنند. همچنین اعطای مزیت ها از سمت نهادهای زیربط میتواند مشوق فعالین صنعت ساختمان به انجام و اجرای این گونه ساختمان ها را در پی داشته باشد.

کاهش ریسک: سازگاری بهتر این گونه ساختمان ها با مقررات فزاینده زیست‌محیطی، کاهش ریسک افزایش قیمت انرژی در آینده، افزایش تاب‌آوری در برابر اختلالات آب‌وهوایی و … از دیگر مزایای ساختمان های هوشمند و همگام با زیست محیط هستند.

افزایش تاب‌آوری و انطباق‌پذیری با شرایط جدید

تاب‌آوری در برابر تغییرات اقلیمی: طراحی مناسب پوسته (نما) ساختمان و سیستم‌های مستقل (مانند پنل‌های خورشیدی با باتری) می‌تواند ساختمان را در برابر امواج گرما، قطعی برق یا کم‌آبی مقاوم‌تر کند. در واقع وقتی یک ساختمان بتواند نیازهای اولیه انرژی و آب خود را از شبکه های گسترده شهری مستقل کند میتواند در شرایط بحران عملکرد بهتری را از خود نشان دهد.

انعطاف‌پذیری کاربری: فناوری هوشمند ساختمانی می‌تواند به‌راحتی فضاها را برای تغییر نیازهای کاربران (مثلاً تغییر از اداری به مسکونی یا ترکیبی) تطبیق دهد.

پاسخگویی به بحران‌ها: سیستم‌های هوشمند می‌توانند در مواقع بحرانی (مانند آتش‌سوزی، زلزله، یا پاندمی) واکنش سریع و مناسب نشان دهند و ساکنان و کاربران را از هرگونه حادثه ایمن نمایند. (مثلاً هدایت تخلیه، قطع گاز، افزایش تهویه و … ).

چالش‌ها و محدودیت‌های پیش‌رو

علیرغم مزایای فراوان طراحی این تیپ از ساختمان ها ، توسعه و استقرار گسترده ساختمان‌های هوشمند و پایدار با موانعی روبرو است که در ادامه این مقاله از شرکت خانه های هوشمند به بررسی برخی از این موانع میپردازیم و راه حل های بالقوه آن ها را نیز بررسی می کنیم.

هزینه‌های سرمایه‌گذاری اولیه بالا

فناوری‌های پیشرفته (حسگرها، BMS، AI)، مصالح سبز با کیفیت بالا، و سیستم‌های انرژی تجدیدپذیر اغلب هزینه اولیه ساخت را به‌طور قابل توجهی افزایش می‌دهند. این می‌تواند برای فعالین صنعت ساختمان و مالکان خصوصی، به‌ویژه در بازارهای با حساسیت قیمت، بازدارنده باشد.

راه‌حل‌های بالقوه: توسعه مدل‌های مالی‌ نوین (مانند قراردادهای عملکرد انرژی – EPC)، حمایت‌های دولتی (یارانه، وام‌های کم‌بهره، معافیت‌های مالیاتی و معافیت از هزینه های مجوز ها)، تمرکز بر ارزش چرخه عمر (LCC) به جای هزینه اولیه و اجرای تدریجی راه‌حل‌ها می تواند این پاسخ مناسبی به این مسئله باشد.

پیچیدگی فنی و نیاز به نیروی متخصص

طراحی، نصب، راه‌اندازی و نگهداری این سیستم‌های پیچیده به تخصص‌های میان‌رشته‌ای (معماری، مهندسی مکانیک/برق/عمران، فناوری اطلاعات، علوم داده و … ) نیاز دارد که ممکن است در همه مناطق به‌راحتی در دسترس نباشد. کمبود نیروی کار ماهر یک چالش جهانی در توسعه ساختمان های هوشمند و پایدار است.

راه‌حل‌های بالقوه: سرمایه‌گذاری در آموزش و تربیت نیروی متخصص سیستم های کنترلی هوشمند، توسعه استانداردها و پروتکل‌های یکپارچه، استفاده از پلتفرم‌های نرم‌افزاری کاربر پسندتر و تقویت همکاری بین رشته‌ای از راه حل های این مسئله میباشد.

چالش‌های یکپارچه‌سازی و همکاری

ایجاد ارتباط میان تجهیزات مختلف مورد استفاده در یک ساختمان نظیر تجهیزات مکانیکی، تهویه مطبوع، سیستم های روشنایی، امنیت هوشمند، سیستم های اعلان و اطفا و ساختارهای تولید انرژی پاک نیازمند استفاده از یک پروتکل و زبان ارتباطی مناسب و مساعد میباشد. انتخاب و طراحی این سیستم دارای چالش ها و پیچیدگی های ویژه ای است که میتواند طراحی و اجرای این سیستم ها را با محدودیت هایی مواجه نماید.

همچنین ایجاد یک ساختمان هوشمند و پایدار نیاز به همکاری نزدیک و زودهنگام تمام ذینفعان (معمار، مهندسین، پیمانکار، تامین‌کنندگان فناوری، مالک، کاربران نهایی) در فرآیند طراحی و ساخت دارد که این گونه همکاری ها در مدل‌های سنتی همیشه محقق نمی‌شود.

راه‌حل‌های بالقوه: اتخاذ استانداردهای باز (Open Standards) مانند BACnet, Modbus, و KNX و همچنین استفاده از پلتفرم‌های یکپارچه‌کننده، اجرای روش‌های طراحی یکپارچه (Integrated Design Process – IDP) از همان ابتدای پروژه و در مراحل اولیه طراحی و همچنین استفاده از سیستم های مدیریتی نوین ساخت مانند BIM.

مسائل حریم خصوصی و امنیت سایبری

ساختمان‌های هوشمند حجم عظیمی از داده‌های حساس درباره ساکنان (الگوهای حضور، رفتار، علایق و ترجیحات و … ) را جمع‌آوری می‌کنند. این داده‌ها هدف جذابی برای حملات سایبری هستند. نگرانی‌های جدی درباره حریم خصوصی کاربران ساختمان و امنیت این داده‌ها و سیستم‌های کنترلی حیاتی ساختمان (مثلاً سیستم امنیتی یا HVAC) وجود دارد.

راه‌حل‌های بالقوه مقابله با این معضل: پیاده‌سازی استانداردهای امنیتی سخت‌گیرانه و استفاده از پروتکل های ارتباطی ویژه (رمزنگاری داده‌ها، احراز هویت چند مرحله ای مخصوص نیروهای پشتیبان، به‌روزرسانی‌های منظم امنیتی و آموزش های امنیتی به کاربران)، شفافیت در مورد جمع‌آوری و استفاده از داده‌ها و رضایت کاربران، طراحی با رویکرد “امنیت از ابتدا” (Security by Design)، قوانین محکم حفاظت از داده و … برخی از روش های مقابله با این حملات و تهدیدها هستند.

قوانین شهری و استانداردهای قدیمی

مقررات ساختمانی و شهرسازی در بسیاری از مناطق ممکن است قدیمی باشند و فناوری‌های نوین یا الزامات پایداری پیشرفته را پوشش ندهند یا حتی مانع نوآوری در صنعت ساختمان شوند. فرآیندهای طولانی صدور مجوز نیز می‌توانند برای طراحیان و مصرف کنندگان شخصی مشکل‌ساز باشند.

راه‌حل‌های بالقوه: لابی‌گری برای به‌روزرسانی قوانین و مقررات متناسب با فناوری‌ها و اهداف پایداری و ساختمان های سبز، ایجاد چارچوب‌های سیاست تشویقی برای ساختمان سازها، توسعه پروژه‌های پایلوت با حمایت دولت و … برخی از روش های مقابله با این معضل هستند.

استانداردها و گواهینامه‌های بین‌المللی: چارچوب‌های اعتبار سنجی برای سنجش ساختمان های سبز و هوشمند

گواهینامه‌های پایداری ساختمان ها، چارچوب‌های معتبری برای ارزیابی عملکرد ساختمان‌ها و ایجاد اعتبار برای ادعاهای پایداری ارائه می‌کنند. این استانداردها اغلب هوشمند سازی ساختمان را نیز به‌عنوان ابزاری برای دستیابی به اهداف معماری پایدار تشویق می‌کنند. در ادامه این مقاله به بررسی مهمترین استانداردهای بین المللی انرژی در ساختمان می پردازیم:

لید یا LEED (Leadership in Energy and Environmental Design)

استاندارد بین المللی انرژی لید، توسط شورای ساختمان‌های سبز آمریکا (USGBC) توسعه‌یافته است و معروف‌ترین و گسترده‌ترین سیستم رتبه‌بندی ساختمان های پایدار در جهان میباشد.

ساختار لید: امتیازدهی بر اساس دسته‌بندی‌های مختلف: مکان و حمل‌ونقل پایدار، مدیریت آب، انرژی و جو، مواد، متریال و منابع، کیفیت محیط داخلی، نوآوری ها و اولویت‌های منطقه‌ای بخشی از معیارهای سنجش ساختمان ها در این استاندارد میباشد.

سطوح: ساختمان های سنجش شده توسط کارشناسان لید در نهایت و پس از تعیین امتیاز نهایی دارای یکی از رتبه های گواهی (Certified)، نقره (Silver)، طلا (Gold)، پلاتین (Platinum) خواهند شد.

نقش هوشمندسازی در استاندارد انرژی لید: در سنجش ساختمان با ساتنادراد لید سیستم‌های مدیریت و پایش انرژی، سیستم های نظارت بر کیفیت هوا و همچنین قابلیت‌های هوشمند در بهینه‌سازی انرژی و آب دارای امتیاز ویژه هستند.

بریم یا BREEAM (Building Research Establishment Environmental Assessment Method)

این استاندارد توسط موسسه تحقیقات ساختمانی (BRE) در بریتانیا توسعه یافته و قدیمی‌ترین سیستم رتبه‌بندی ساختمان ها بر اساس مصرف انرژی میباشد.

ساختار ارزیابی و امتیاز دهی: ارزیابی در دسته‌های: مدیریت ساختمان، سلامت و تندرستی، انرژی، حمل‌ونقل، آب، مواد و مصالح، کنترل پسماند، کاربری زمین و بوم‌شناسی، سنجش آلودگی و نوآوری.

سطوح و گواهی ها: ساختمان ها پس از ارزیابی طبق معیارهای استاندارد BRE به دسته های قبول (Pass)، خوب (Good)، بسیار خوب (Very Good)، عالی (Excellent)، برجسته (Outstanding) تقسیم میگردند.

نقش هوشمندی در استاندارد BRE: امتیاز ویژه برای استفاده از سیستم‌های BMS، نظارت و گزارش‌دهی عملکردهای مختلف و استراتژی‌های کنترل هوشمند در ساختمان وجود دارد.

استاندارد ساختمان وِل یا WELL Building Standard

توسعه‌یافته توسط International WELL Building Institute (IWBI). تمرکز اصلی بر سلامت و تندرستی انسان در ساختمان‌ها.

ساختار: سازمان‌یافته بر اساس ۱۰ مفهوم: کیفیت هوا، مصرف آب، تغذیه ساکنان، نور، حرکت، آسایش حرارتی، آلودگی های صوت، مصالح و مواد مصرفی، ذهن و قابلیت های اجتماعی ساختمان.

سطوح: ساختمان ها پس از ارزیابی طبق استاندارد WBS و دریافت این گواهی به سه سطح نقره ای (Silver)، طلایی (Gold)، پلاتین (Platinum) تقسیم میگردند.

نقش هوشمندسازی ساختمان ها در استاندارد WBS: نظارت و کنترل کیفیت هوا و آب، بهینه‌سازی نور طبیعی و مصنوعی برای ریتم‌سیرکادین، پایش آسایش حرارتی محیطی طبق نمودار سایکرومتریک و همچنین استفاده از سیستم‌های هوشمند برای تشویق حرکتهای فیزیکی ساکنان.

سایر استانداردهای مرتبط:

EDGE) Excellence in Design for Greater Efficiencies): این استاندارد با تمرکز بر بهره‌وری انرژی، آب و انرژی نهفته در مصالح مناسب بازارهای نوظهور در صنعت ساختمان میباشد.

DGNB) German Sustainable Building Council): سیستم جامع امتیاز دهی به ساختمان های انرژی محور تالیف شده در کشور آلمان با ساختار ایجاد وزن و امتیاز یکسان به ابعاد محیطی، اقتصادی، اجتماعی-فرهنگی و فنی در زمینه پایداری

HQE) Haute Qualité Environnementale): استاندارد فرانسوی برای تحلیل، سنجش و رتبه بندی ساختمان های سبز.

این گواهینامه‌ها نه تنها معیاری برای سنجش ساختمان ها بر اساس عملکرد های بهینه برتر در زمینه های انرژی و پایداری ساختمان هستند، بلکه نقش مهمی در افزایش آگاهی مخاطبان، ایجاد انگیزه برای نوآوری های نوین و ارائه نقشه راه برای طراحان و سازندگان و دیگر فعالین صنعت ساختمان ایفا می‌کنند.

مطالعه موردی ساختمان های پایدار و هوشمند (Case Studies)

در ادامه نیز به نمونه‌های موفق ساختمان های هوشمند و پایدار در جهان و ایران را نگاهی می اندازیم که این ساختمان ها را بیشتر بشناسیم.

برج پلازا اسکای سن (Plaza @ skygreen)، کشور سنگاپور

هدف اصلی پروژه ترکیب عمیق مفاهیم مرتبط با پایداری و فناوری در یک ساختمان بلندمرتبه مسکونی.

ویژگی‌های کلیدی: باغ‌های عمودی گسترده:بیش از ۱۰۰۰ درخت و ۴۰۰۰ متر مربع فضای سبز عمودی روی نما و بالکن‌ها یکی از مهمترین ویژگی های این آسمان خراش سبز میباشد. بهبود کیفیت هوا، کاهش اثر جزیره گرمایی شهری و ایجاد یک عایق حرارتی طبیعی از مهمترین دلایل استفاده از این میزان سبزینگی در فضاهای مختلف این ساختمان مسکونی سبز و هوشمند میباشد.

سیستم آبیاری هوشمند: استفاده از حسگرها و داده های هواشناسی برای آبیاری بهینه گیاهان با آب حاصل از تصفیه و بازیافت آب های خاکستری در این برج باغ.

بهینه‌سازی انرژی: استفاده از پنل‌های خورشیدی، سیستم‌های بازیابی حرارتی و همچنین پوسته عایق‌بندی شده پیشرفته از دیگر ویژگی های این پروژه میباشد.

مدیریت هوشمند: سیستم جامع BMS برای نظارت و کنترل انرژی در بخش های مختلف این ساختمان هوشمند و پایدار ، کنترل جامع مصرف و نظارت بر هدر رفت آب و سیستم‌های نظارتی و امنیتی ساختمان همگی از بخش های مهم هوشمندسازی در این ساختمان می باشد.

دستاورد اصلی این پروژه تبدیل شدن این ساختمان به نمادی از “شهر در باغ” در کشور سنگاپور بوده و این پروژه توانسته است که استانداردهای جدیدی را برای ساختمان‌های بلندمرتبه سبز و هوشمند تعریف نماید.

ساختمان اج (The Edge)، آمستردام، هلند

این پروژه مدعی عنوان “سبزترین ساختمان اداری جهان” با تمرکز شدید بر بهره‌وری انرژی و تجربه کاربری هوشمند است.

ویژگی‌های کلیدی: نمای هوشمند و جهت‌گیری فوق‌العاده بر اساس دریافت بهینه نور روز: طراحی منحنی برای جذب حداکثر نور جنوبی و همچنین سایه‌اندازی هوشمند پویا از مهمترین ویژگی های طراحی پایدار در این ساختمان میباشد.

تولید انرژی مازاد بر مصرف در ساختمان: سقف کاملاً پوشیده از پنل‌های خورشیدی با راندمان بالا (تولید بیش از مصرف ساختمان – نزدیک به Net Positive).

سیستم گرمایش/سرمایش زمین‌گرمایی: استفاده از آب زیرزمینی در عمق ۱۳۰ متری برای پیش گرمایش آب مصرفی و همچنین تامین بخشی از نیاز گرمایی تاسیسات در این ساختمان

ساختار کاملا هوشمند با استفاده از اینترنت اشیا: استفاده از بیش از ۲۸,۰۰۰ حسگر در بخش های مختلف، ساخت اپلیکیشن اختصاصی ساختمان به گونه ای که کارمندان میز کار خود را رزرو می‌کنند (سیستم میز اشتراکی)، بهینه سازی مسیر تردد، گزارش دهی پارکینگ های خالی و حتی امکان کنترل نور و دمای محیطی برای هر فرد از مهمترین ویژگی های این ساختمان میباشد. همچنین استفاده از چراغ‌های LED فوق‌کم‌مصرف که هر کدام دارای حسگر حرکت و نور هستند و داده‌ها را از طریق کابل‌های اترنت (که برق هم می‌رسانند) منتقل می‌کنند از دیگر ویژگی های این ساختمان هوشمند و پایدار هستند.

از دیگر مزایای این پروژه کیفیت هوای عالی و نور طبیعی فراوان آن با توجه به طراحی بهینه پوسته و پلان ساختمان بوده که باعث کاهش مصرف انرژی در روشنایی و استفاده از سیستم های تهویه شده است.

دستاورد: این ساختمان توانسته است که امتیاز عالی از استاندارد BREEAM را با کاهش ۷۰٪ در مصرف انرژی نسبت به ساختمان‌های اداری معمولی و ایجاد محیط کاری جذاب و فوق‌العاده کارآمد دریافت نماید.

برج آبشار (Avizeh Tower)، تهران، ایران (در حال ساخت)

این پروژه یکی از پروژه‌های پیشرو در کشور ایران بوده که با هدف دستیابی به گواهینامه‌های پایداری و ادغام فناوری های مختلف شروع به کار نموده است.

ویژگی‌های کلیدی (برنامه‌ریزی شده در طراحی ساختمان):

سیستم جمع‌آوری و تصفیه آب باران: برای استفاده در آبیاری و فلاش تانک‌های سرویس های بهداشتی.

جا نمایی پنل‌های خورشیدی: برای تامین بخشی از انرژی مصرفی در ساختمان.

نمای دو پوسته هوشمند (Double-Skin Facade): ایجاد یک حفره‌ی هوایی بین دو لایه شیشه برای بهبود عایق‌بندی حرارتی و صوتی و همچنین امکان تهویه طبیعی کنترل شده از این طریق.

سیستم‌های مدیریت هوشمند ساختمان (BMS): برای کنترل بهینه‌ی انرژی و سیستم‌های تاسیسات و روشنایی و تهویه مطبوع.

استفاده از مصالح با دوام و تا حد امکان محلی برای بخش های مختلف این پروژه

این ساختمان از این جهت مورد اهمیت است که میتواند به عنوان الگویی برای ساختمان سازی پایدار و هوشمند در کشور ایران بوده و به نمادی برای ساخت پایدار و سبز بدل گردد.

شهرهای هوشمند و یکپارچگی زیرساخت‌ها

در مفهوم شهر هوشمند، ساختمان‌ها به‌عنوان سلول‌های حیاتی یک ارگانیسم بزرگتر به نام شهر هوشمند عمل خواهند کرد و یک ساختار یکپارچه و کلی را ایجاد خواهند نمود.

ادغام عمیق: داده‌های تولید شده در ساختمان‌های هوشمند (مصرف انرژی، تولید انرژی تجدیدپذیر، وضعیت اشغال) با اتصال به سیستم‌های شهری (شبکه هوشمند برق (Smart Grid)، سیستم‌های مدیریت ترافیک، شبکه‌های کنترل و توزیع آب، مدیریت پسماند و …) ادغام می‌شوند و این هم افزایی امکان بهینه‌سازی منابع در مقیاس کلان شهر را فراهم می‌کند (مثلاً تعدیل بار شبکه برق بر اساس تولید و مصرف ساختمان‌ها، بهینه‌سازی مسیرهای حمل‌ونقل عمومی و جمع‌آوری پسماند و …).

پلتفرم‌های داده شهری: ایجاد بسترهای اشتراک‌گذاری امن داده ها برای تسهیل این یکپارچگی و حفظ امنیت و حریم های خصوصی شهروندان.

نوآوری‌های انقلابی در مصالح و فناوری به منظور رسیدن به ساخت پایدار ساختمان ها

مصالح هوشمند و فعال:

مصالح خودترمیم‌شونده (Self-Healing Concrete): بتن حاوی باکتری‌ها یا پلیمرهای خاص که ترک‌های کوچک را ترمیم می‌کنند، طول عمر این متریال را افزایش داده و هزینه نگهداری را کاهش می‌دهند.

پنجره‌های هوشمند پویا (Dynamic Smart Windows): شیشه‌هایی که به‌طور الکتروکرومیک یا ترموکرومیک شفافیت یا رنگ خود را برای کنترل دقیق نور و گرمای ورودی تغییر می‌دهند و باعث تنظیم و کنترل نور ورودی میگردند.

نانو مصالح: پوشش‌های نانویی برای سطوح خود تمیز شونده، ضد باکتری، یا تصفیه‌کننده هوا در نمای ساختمان ها می تواند هزینه های نگهداری را در این نوع از نماها بسیار کاهش دهد.

ساختمان‌های مولدی که در طول سال بیشتر از آنچه انرژی مصرف می‌کنند، انرژی تجدیدپذیر تولید می‌کنند. مازاد انرژی می‌تواند به شبکه تزریق شود یا برای شارژ وسایل نقلیه برقی استفاده شود. همچنین پیشرفت در پنل‌های خورشیدی (بازدهی بالاتر، هزینه کمتر)، باتری‌های ذخیره‌سازی، و بهره‌وری شدید انرژی این چشم‌انداز را ممکن می‌سازد.

هوش مصنوعی پیشرفته‌تر و محاسبات لبه (Edge Computing)

با گسترش و بهینه شدن الگوریتم‌های هوش مصنوعی پیچیده‌تر امکان بهینه‌سازی فوق‌العاده دقیق، پیش‌بینی‌های بلندمدت‌تر و شخصی‌سازی عمیق‌تر محیط را فراهم میکند.

پردازش داده‌ها در محل (Edge) برای کاهش تأخیر و افزایش امنیت و قابلیت اطمینان با استفاده از پلتفرم های پردازش ابری نیاز به زیرساخت ها را کاهش میدهد.

نتیجه‌گیری

ساختمان‌های هوشمند و پایدار دیگر یک گزینه لوکس یا یک آینده‌ی دوردست در صنعت ساختمان نیستند؛ آن‌ها پاسخی ضروری و فوری به بحران‌های پیچیده زیست‌محیطی، اجتماعی و اقتصادی زمانه ما هستند. همگرایی فناوری‌های دیجیتال پیشرفته با اصول عمیق طراحی اکولوژیک، پارادایمی نوین در صنعت ساخت‌وساز ایجاد کرده است که نوید بخش خلق محیط‌های ساخته شده‌ای است که ویژگی های زیر را دارا میباشند:

ساختمان هایی که با زمین مهربان تر هستند: این گونه از ساختمان ها با مصرف حداقلی منابع، تولید ناچیز پسماند و آلودگی، و کاهش شدید ردپای کربن، به حفظ اکوسیستم‌های شکننده سیاره کمک می‌کنند.
سالم‌تر و مولدتر برای انسان‌ها هستند: با فراهم کردن محیط‌های داخلی با کیفیت هوای بالا، نور طبیعی فراوان، آسایش حرارتی و صوتی، و امکان کنترل شخصی، سلامت جسمی و روانی ساکنان را ارتقاء داده و بهره‌وری ساختمان را افزایش می‌دهند.
باعث کاهش هزینه های جاری انرژی و نگهداری میگردند: با وجود هزینه‌های اولیه بالاتر، صرفه‌جویی قابل توجه در هزینه‌های عملیاتی (انرژی، آب، نگهداری) و افزایش ارزش ملک، بازگشت سرمایه جذابی را در طولانی مدت ارائه می‌دهند.
نسبت به ساخت های سنتی در برابر تغییرات مختلف تاب آوری بیشتری دارند: با طراحی انعطاف‌پذیر، استفاده از منابع پراکنده (تجدیدپذیرها) و سیستم‌های هوشمند پاسخگو، توانایی سازگاری و مقاومت در برابر شوک‌های اقلیمی یا اقتصادی را دارند.

تحقق این چشم‌انداز مستلزم همکاری بی‌سابقه و تعهد جمعی فعالین مختلف در صنعت ساختمان است. معماران و مهندسان باید اصول پایداری و هوشمندی را از نخستین طرح‌ها در DNA پروژه بگنجانند. توسعه‌دهندگان و سرمایه‌گذاران باید با دید بلندمدت، ارزش چرخه عمر و مسئولیت اجتماعی را بر سود کوتاه‌مدت ترجیح دهند. دولت‌ها باید با وضع قوانین پیشرو و ارائه مشوق‌های موثر، بستر لازم را فراهم کنند و در نهایت، شهروندان به‌عنوان ساکنان و کاربران این ساختمان‌ها، باید با پذیرش فناوری‌ها و رفتار مسئولانه در مصرف منابع، در این تحول سهیم شوند.

ساختمان‌ها بیش از آنکه صرفاً سرپناه باشند، آینده ما را شکل می‌دهند. انتخاب امروز ما بین تداوم روش‌های ناپایدار گذشته یا اتخاذ راه ساختمان‌های هوشمند و پایدار، تعیین‌کننده کیفیت زندگی نسل‌های آینده و سلامت کره زمین خواهد بود. زمان آن فرا رسیده است که این انتخاب را با جسارت و مسئولیت‌پذیری انجام دهیم و ساختمان‌ها را به محور تحول به سوی آینده‌ای تاب‌آور و شکوفا تبدیل کنیم.