BMS چیست؟

BMS یا سیستم مدیریت ساختمان یک سامانه یکپارچه است که وظیفه یکپارچه سازی اجزای ساختمان ها را بر عهده دارد. این سیستم به صورتی مرکزی با کنترل کننده های درونی واحدهای ساختمانی ارتباط برقرار کرده و کنترل این اجزا را به صورت یکپارچه میسر می سازد.

در سیستم مدیریت ساختمان، نورپردازی، کنترل سیستم های تهویه، برخی سناریوهای امنیتی و در نسل های پیشگام آن سنسورها و دوربین های نظارتی نیز در یک مجموعه کنار هم پدید می آیند.

BMS چگونه کار می کند؟

ساختمان ها برای داشتن سیستم مدیریت ساختمان بایستی در مرحله ساخت از یک شرکت مشاور و تامین کننده سیستم های مدیریتی کمک گرفته و سیستم های برق کشی را متناسب با درخواست کارفرما اجرا نماید.

اتصال بین اجزای یک خانه هوشمند شده با سیستم مدیریت ساختمان از طریق پروتکل های KNX انجام می پذیرد.

همچنین این سیستم نیازمند حضور یک پنل مرکزی پردازنده است که وظیفه هماهنگی اجزای ساختمان را بر عهده دارد. اتاق سرور نیز از الزامات یک ساختمان هوشمند شده توسط سیستم مدیریت ساختمان است.

کنترل اجزای ساختمان در سیستم مدیریت ساختمان از طریق یک پنل مدیریتی که معمولا روی دیوار ساختمان قرار دارد انجام میگیرد. همچنین برخی شرکت ها اقدام به تهیه نرم افزار های تلفن همراه برای انجام امور مرتبط با این سیستم هستند.

یکی از مهم ترین مسائلی که امروزه با پیشرفت تکنولوژی شاهد افزایش استفاده از آن هستیم، سیستم مدیریت ساختمان یا همان سیستم BMS می باشد.

گستردگی و مزایای بسیار زیادی که این سیستم می تواند برای محیط های مختلف به همراه داشته باشد باعث شده است تا افرادی که قصد دارند از BMS در ایران استفاده نمایند، با سوالات مختلفی مانند BMS چیست و قیمت سیستم BMS و همچنین طراحی BMS چگونه می باشد، رو به رو شوند. در این پژوهش سعی شده است تا به طور مختصر و مفید به بررسی و اجرای سیستم BMS بپردازیم.

وظیفه سیستم مدیریت ساختمان یا BMS:

وظیفه این مجموعه، پایش مداوم بخش های مختلف ساختمان و اعمال فرامین به آنها به نحوی ست که عملکرد اجزاء مختلف ساختمان متعادل با یکدیگر و در شرایط بهینه و با هدف کاهش مصرف ناخواسته و تخصیص منابع انرژی فقط به فضاهای در حین بهره برداری باشد) زمانی و همکاران BMS میتواند در برگیرنده تمام سرویس های الکتریکی، مکانیکی و حفاظتی ساختمان باشد.

این سرویس ها شامل گرمایش، سرمایش، تهویه مطبوع، آسانسور، نیروگاه برق اضطراری، پله برقی، کنترل روشنایی، دوربین مدار بسته، اعلام و اطفای حریق، کنترل تردد و … هستند و نحوه ی کاربری در BMS بسیار پیچیده است و نیاز به پرسنل آموزش دیده دارد.

اتوماسیون خانگی یا HOME AUTOMATION:

اتوماسیون خانگی امکان کنترل تمام ادوات فرمان پذیر را به صورت محلی از طریق پنل های لمسی و یا شبکه ی وای فای از طریق گوشی هوشمند و تبلت و یا از طریق اینترنت به صورت از راه دور از هر نقطه از جهان برای شما فراهم می نماید.

ارسال های گروهی، زمانبندی و برنامه ریزی روشن و خاموش شدن چراغ ها، آبیاری و بسیاری از سناریو های مختلف از جمله عملکرد های اتوماسیون خانگی می باشد.

در حالت ایده آل هر چیزی می تواند به یک شبکه متصل شود، می تواند به صورت خودکار و از راه دور کنترل گردد بطور کلی می توان موارد زیر را از جمله فعالیت های یک سیستم هوشمند برشمرد که به صورت اتوماتیک و یا از طریق فرمان کاربر صورت می پذیرد:

• کنترل روشنایی
• کنترل دما، رطوبت، دود، آتش و گاز
• سیستم های اضطراری و امنیتی
• کنترل صوت و تصویر
• کنترل میزان مصرف انرژی

خانه هوشمند یا SMART HOME:

این سیستم علاوه بر قابلیت های دسترسی کاربر در سیستم قبل دارای هوشمندی نیز می باشد.

به این صورت که سیستم رفتار و نیاز های ما را به کمک هوش مصنوعی پایش و بررسی میکند و بنا به نیاز های ما رشته فعالیت هایی را انجام می دهد. برای مثال سیستم ساعت برگشت شما از سر کار را در روزهای مختلف بررسی می کند و با مقایسه با دمای خانه قبل از ورود شما به خانه دما را به دمای ایده آل شما می رساند.

سیستم مدیریت ساختمان یا BMS:

سیستم مدیریت ساختمان یا BMS که گاهی با عنوان سیستم اتوماسیون ساختمان نیز شناخته می شود، یک سامانه مبتنی بر رایانه است که برای کنترل و نظارت بر تجهیزات مکانیکی و الکتریکی داخل ساختمان(مانند تهویه، روشنایی، سیستم قدرت، سامانه آتش نشانی و ایمنی) در داخل ساختمان ها نصب می شود.

BMS شامل دو بخش نرم افزار و سخت افزار می باشد، سخت افزارها معمولا به صورت اختصاصی توسط میکروکنترلرها یا PLC ها پیاده سازی می شوند و نرم افزارها نیز ممکن است به صورت اختصاصی برای سیستم نوشته شوند، در برخی از سیستم ها از نرم افزارهای کنترل و مانیتورینگ برای کنترل و نظارت بر عملکرد بخش های مختلف استفاده می شود.

وظیفه این مجموعه، پایش مداوم بخش های مختلف ساختمان و اعمال فرمان به نحوی است که عملکرد اجزای مختلف ساختمان متعادل با یکدیگر و در شرایط بهینه باشد، مصارف ناخواسته کاهش یابند و محیطی مطبوع و امن ایجاد شود.

یا به عبارت دیگر؛ سیستم مدیریت ساختمان سیستمی است که به فعالیت ها و امور ساختمان ها نظارت کرده و در مواقع لزوم با توجه به تغییرات شرایط محیطی، تغییرات لازم را بطور خودکار اعمال می نماید. این سیستم ها می توانند با توجه به کاربری ساختمان (مسکونی، اداری، تجاری، بیمارستان و….) طراحی و اجرا شوند و بر کلیه فعالیت های اعم از باز و بسته شدن درب، ورود و خروج افراد، سیستم های روشنایی، سیستم های تهویه مطبوع پنجره و پرده اتاق ها، صوتی و تصویری و… نظارت داشته باشد. 

ساختمانی که مجهز به سیستم مدیریت BMS باشد اصطالحاً ساختمان هوشمند گویند. این سیستم به افراد ساکن این امکان را می دهد که از تجهیزات بطور کارامد تری استفاده نموده و احساس امنیت و آسایش را در آنها افزایش می دهد و همچنین می تواند موجب صرفه جویی انرژی گردد. این ساختمان ها با استفاده از یکپارچه نمودن چهار عنصر اصلی سیستم ها، ساختار، سرویس و مدیریت و با برقراری ارتباط میان آنها محیطی پویا و مقرون به صرفه بوجود آورند.

مزایای BMS:

مزایای BMS را می توان به چند محور اصلی تقسیم نمود:

• صرفه جویی انرژی و کاهش هزینه های نگهداری:

مطالعات نشان داده است که استفاده از سیستم هوشمند می تواند بطور متوسط 30 درصد از مصرف انرژی و هزینه های جاری ساختمان را کاهش دهد. این سیستم علاوه بر کاهش مصرف انرژی با خاموش نمودن و کنترل آنها موجب کاهش استهلاک و افزایش طول عمر دستگاه ها و کاهش هزینه های مربوطه می گردد.

برای مثال با باز بودن پنجره ها در هنگام استفاده از سیستم سرمایشی سیستم به ما این اخطار را می دهد که پنجره ی واحد مورد نظر باز است و یا حتی می تواند اجازه ی روشن شدن سیستم سرمایشی را ندهد و آن را وابسته به بسته بودن پنجره ها نماید.

و یک مثال دیگری که می توان گفت این است که در طول روز بجای استفاده از لامپ ها و یا سیستم روشنایی، نور محیط را با استفاده از پنجره ها و یا باز کردن درصدی آن ها برای رسیدن به نور دلخواه استفاده نمود این عمل هم باعث صرفه جویی چشمگیری در مصرف انرژی می گردد و هم باعث افزایش طول عمر سیستم روشنایی و کاهش هزینه ی نگهداری واحد و استهلاک می گردد.

• ایمنی:

در شرایط بحرانی با ارسال سریع و به موقع اعلام خطر می تواند در جلوگیری از حوادث و کاهش اثرات آن نقش مؤثری داشته و به طور خودکار پیام های اضطراری را به افراد یا ارگان های ذیصلاح ارسال نماید. همچنین کنترل درب و مبادی ورودی و اتصال آن به دوربین های مدار بسته و دستگاه های ثبت ورود میتواند ایمنی سیستم را بطور قابل ملاحظه ای افزایش دهد.

از مهمترین قابلیت های سیستم BMS امنیت است از جمله امکاناتی که سیستم BMS در رابطه با امنیت می تواند ارائه دهد. 

یکپارچگی سیستم های اعلام حریق که در صورت بالا رفتن دمای واحد یا افزایش گاز CO2 و یا دیگر گازهای سمی اخطار را به واحد مورد نظر و اپراتور سیستم می دهد و یا در صورت لزوم و یا قطع نشدن علائم در طولانی مدت اخطار های لازم را به مراجع ذیربط اطلاع می دهد.

و در مثالی دیگر، ممکن است سیستم آب یا موتورخانه ی ساختمان به مشکل بر بخورد و فشار آب بالا برود که بالا رفتن فشار آب باعث ترکیدن لوله ها در بعضی از واحد ها می شود و علاوه بر آسیب دیدن خود لوله ها و تاسیسات باعث نشت آب و آسیب دیدن تاسیسات در ابعاد بزرگ تر می شود ولی با استفاده از BMS و مدیریت یکپارچه ی ساختمان ما می توانیم از وضعیت لحظه ای سیستم موتورخانه و یا حتی فشار لوله های آب هر واحد مطلع شویم و در صورت رخداد هرگونه حادثه ای سیستم اخطار بروز مشکل را به صورت لحظه ای به ما می دهد.

تعریف ساختمان هوشمند شده با سیستم BMS

امروزه ساختمانها خود گونه ای از تکنولوژی هستند. آنها خود را با تکنولوژی وفق میدهند و از آن بهره میگیرند. ساختمانها به عنوان یک سازه به محض اینکه توانایی کامپیوتر را در اختیار بگیرند، هوشمند خواهند شد. بنای هوشمند از تکنولوژی در جهت مهیا ساختن محیطی ایمن و راحت و دارای انرژی استفاده می کند.

ایده طراحی یک ساختمان هوشمند، ارتباط و پیوستگی میان دسترسی، نور، امنیت، نظارت، مدیریت و ارتباط راه دور را پیش رو قرار میدهد. ساختمان هوشمند بیان کننده ی تبادل قوی اطلاعات بین بخش های مختلف ساختمان با برنامه ریزی دقیق و از پیش تعیین شده است. 

ساختمان هوشمند، ساختمانی است که کلیه زیر سیستمهای کنترلی آن در چارچوب منطقی از پیش تعریف شده و مناسب با وضعیت کاربری ساختمان، طراحی و پیاده سازی گردیده است. فرآیند کنترل در ساختمان هوشمند از طریق سیستمهای کنترلی انجام می شود که خود هوشمندانه عمل کرده و همواره در ارتباط مستقیم و تعامل با یکدیگرند و در نهایت تأمین کننده نیاز کاربر و طراح در رسیدن به هدف ایجاد ساختمان هوشمند هستند. 

منظور از بخش های ساختمان همان، بخش های گرمایی و سرمایی، مکانیکی، ساختمانی، امنیتی، مدیریتی، نورپردازی و نگهداری است. ساختمان هوشمند یعنی کنترل و مدیریت اجزا ساختمان توسط کاربر به نحوی که نیاز های ساکنین و شرایط آسایش آنها فراهم شود.

دانشمندان ساختمان هوشمند را اینگونه تعریف کرده اند:

“بنایی که در آن آخرین تکنولوژی ها استفاده شده باشد: سمپوزیم بین المللی معماری در سال 1985 در تورنتو بیان کرد که یک ساختمان هوشمند آمیزه ای است از ابداعات خواه این ابداعات تکنولوژیک باشد یا خیر به همراه مدیریتی بدون نقص که در این راستا و با داشتن این دو ویژگی سرمایه صرف شده بازگردد.”

در سال 1988 معماری بنام”بریان انکین” تعریفی برای ساختمان های هوشمند ارائه کرده است. یک بنای هوشمند ساختمانی است که از وقایعی که در درون و برون آن رخ می دهد مطلع است و می تواند در مواجهه با این وقایع و برای به وجود آوردن محیطی دلچسب برای کاربرانش، موثرترین و مهمترین تصمیمات را در همان زمان به خصوص ارائه کند. در این جا فاکتور زمان نیز مهم شمرده شده و به معنی این است که تصمیمات ساختمان در مواجهه با وقایع باید در زمان خاص. انجام شود وگرنه سودمند نخواهد بود.

در نتیجه معماری هوشمند مبتنی بر زمان است و واکنش های متفاوت در چرخه های مختلف در دوره های زمانی مختلف دارد. این معماری بیشترین کار را در کمترین زمان انجام می دهد. پس میتوان به آن معماری کار و زمان نیز گفت. با این اوصاف پی می بریم که تکنولوژی دشمن طبیعت نیست بلکه متحد با آن است و ارتباط انسان با طبیعت را به وسیله معماری بهبود می بخشد و این امر را معماری هوشمند اثبات میکند.

تاثیرات هوشمند سازی ساختمان BMS و نتایج ناشی از آن بر محیط زیست

سیستم هوشمند سازی ساختمان با مصرف بهینه انرژی و کاهش مصرف سوخت های فسیلی تجدید ناپذیر همواره هم سو و در جهت آرمان های مسئولین محیط زیست و دولت ها حرکت کرده و یکی از دلایل طراحی فناوری BMS کاهش آلودگی محیط زیست عنوان شده است. که در این بین به Greenhouse یا خانه های سبز نیز شهرت یافته است که می تواند در کاهش گازهای گلخانه ای نیز سهیم باشد

سطوح هوشمند سازی ساختمان

شکل زیر سه لایه هوشمند سازی ساختمان را نمایش می دهد:

مدیریت

لایه مدیریت که بالاترین سطح یک سیستم هوشمند را تشکیل می دهد، توسط نرم افزار های SCADA و HMI بطور نظارتی انجام می شود. منظور این است که فرایندهای اتوماسیون و کنترل توسط تجهیزات هوشمند صورت گرفته و تنها تنظیمات و پارامتر دهی توسط نرم افزار های مدیریتی صورت می گیرد. کنترل مرکزی، مانیتورینگ، بهینه سازی و گزارش گیری چهار نقش کلیدی سیستم مدیریتی را تشکیل می دهند.

تنها پروتکل استاندارد مدیریت ساختمان BACnet(ISO 16484 5) می باشد که برای مدیریت چندین ساختمان در یک پنل امکانات زیادی را فراهم می کند. BACnet می تواند از زیرساخت های ارتباطی مختلف استفاده کند که از جمله آنها ZigBee، Lon Talk، Ethernet و RS485 می باشند.

اتوماسيون

امروزه فرایندهای اتوماسیونی بیشتر در موتورخانه و اتاقهای هواساز جهت اتوماسیون بویلر، چیلر، هواساز، پمپهای آتش نشانی و ژنراتور صورت می گیرد. معمولاً برای هریک از این تجهیزات یک کنترلر مستقل (DDC) استفاده شده و به هر کنترلر، تعدادی سنسور و تعدادی فعال ساز متصل می شود.

به عنوان مثال، یک کنترلر موتورخانه ساده، اطلاعات را از سنسورهای دمای نصب شده در مسیر رفت و برگشت آب گرم سیستم گرمایشی، آب گرم مصرفی و سنسور دمای بیرون ساختمان جمع آوری کرده و مشعل بویلر و پمپ ها را کنترل می کند. BACnet و Lon Works) ISO/IEC 14908-1, -2, -3, -4) تنها پروتکل های استاندارد اتوماسیون ساختمان می باشند.

كنترل

فرایندهای کنترلی معمولاً برای کنترل روشنایی ها، سیستم HVAC اتاق ها و کنترل پرده ها و سایبان ها مورد استفاده قرار می گیرند. به عنوان مثال، سنسورهای حضور، با حضور افراد روشنایی ها را روشن کرده و با خروج آنها خاموش می کنند.

یا بازدن یک کلید سناریو وضعیت مجموعه ای از تجهیزات در وضعیت از پیش تعریف شده قرار می گیرد. ISO/IEC 14543 3) KNX و EnOcean ISO/IEC 14543-3-10) پروتکل های استاندارد کنترل ساختمان BMS می باشد.

تکنیکهای به كار رفته جهت هوشمند سازی بنا به دو دسته كلی تقسيم میگردند:

روش هایی که در آنها نیازی به کابل کشی مجزا برای کنترل ادوات مختلف وجود ندارد. در این روش ها سیگنالهای تولید شده توسط وسایل کنترل کننده، از طریق شبکه برق موجود در این ساختمان ها و یا با کمک سیگنالهای RF منتقل شده و در مقصد، دستگاه مورد نظر را کنترل می نماید. مشهورترین تکنولوژی در این دسته X10 و Z-Wave می باشد.

روش هایی که در آنها برای کنترل وسایل و ادوات مختلف علاوه بر سیم کشی برق ساختمان نیاز به برپایی یک شبکه کابلی مجزای دیگر به جهت انتقال سیگنالهای تولید شده توسط وسایل کنترل کننده داریم. در این دسته نیز معتبر ترین تکنولوژی KNX می باشد. شایان ذکر است که به غیر از موارد مذکور کلیه تجهیزاتی که به نحوی با برق کار کرده و یا قابلیت تبدیل به سیستم برقی در آنها وجود دارد در این مجموعه قرار خواهد گرفت.

تکنولوژی های متفاوتی جهت اجرای سیستم های مذکور در خانه ها موجود است که در ذیل به برخی از آنها اشاره گردیده است:

• X10
• EIB
• Z-Wave
• C-Bus
• KNX
• Lon Works
• ZigBee
• S-Bus

کارهای انجام شده در زمینه هوشمندسازی با روش BMS

از موارد اجرا شده در پروژه های هوشمند سازی ساختمان می توان به تهویه مطبوع، سیستم های اعلام و هشدار سرقت، سیستم های صوتی و تصویری، سیستم های حفاظتی و امنیتی، دوربین های مدار بسته، سیستم های اعلام و اطفای حریق، سیستم اعلام زلزله، سیستم اعلام نشت و اعلام مقدار گاز در هوا، سیستم های کنترل تردد، کنترل و پایش هوشمند الکترونیکی یاد کرد.

این تجهیزات می توانند نسبت به توان مصرفی و ولتاژ کاری در بهینه سازی مصرف انرژی موثر باشند همچنین استفاده از پروتکل مناسب در رابطه با تجهیزات مورد نیاز مانند پروتکل Zigbee که یک پروتکل ارزان قیمت می باشد برای استفاده در تجهیزات حفاظتی و ایمنی و سیستم های اعلام و اطفای حریق، زلزله و غیره که برای مدت های طولانی در حالت خواب هستند مناسب است.

مزایای استفاده از سیستم مدیریت هوشمند سازی ساختمان

• کاهش هزینه های کاربران و ساکنان خانه هوشمند و مصرف بهینه انرژی.
• حذف نیروی انسانی در این سیستم موجب افزایش عمر مفید و کارکرد بهینه تجهیزات می شود
• ایجاد امنیت، آسایش و رفاه بیشتر برای کاربران و ساکنان خانه هوشمند
• عدم نیاز به سرویس و تعمیر های ناشی از کاربرد مستمر تجهیزات و کاهش هزینه های مربوط به آن
• کمک به حفظ محیط زیست به جهت کاهش مصرف انرژی و گازهای گلخانه ای
• امکان کنترل مانیتورینگ نقاط مختلف خانه هوشمند به وسیله تجهیزات همراه، اینترنت، شبکه و غیره وجود دارد
• مدیریت و اولویت بندی هوشمندانه تعیین زمان روشن، خاموش و برنامه ریزی برای پیک یا اوج مصرف بار

جمع بندی

با توجه به پیشرفت تکنولوژی، استفاده و نیاز بالای انرژی ما به راهکارهایی مفید برای زندگی آسوده تر همچنین مصرف بهینه انرژی نیاز داریم تا زندگی آینده گان نیز تأمین باشد و دچار کمبود انرژی نشوند. میدانیم دانش معماری ضمن انطباق با شرایط اقلیمی و استفاده بهینه از انرژی، رابطه معقولی بین انسان و طبیعت ایجاد کرده و الگوی فضایی جالبی ارائه میدهد که امروزه با ورود هوشمندسازی این امر تقویت شده است.

مزایای هوشمند سازی از جمله: توانایی مدیریت انرژی، سیستم روشنایی، سیستم امنیتی، وسایل موجود در خانه، مدیریت حادثه، پذیرایی و سرگرمی باعث می شود که نهایت انتظارات یک فرد از ساختمان محقق گردد. بالاترین مزیت این سیستم این است که در طول چند سال شاهد صرفه جویی بسیار زیادی در انرژی و هزینه خواهیم بود. با اندکی تحقیق متوجه می شویم که در کشور ما بیشتر ساختمان ها دارای استانداردهای مصرف بهینه انرژی نیستند، عمر ساختمان ها کوتاه است و در نهایت شرایط آسایش در اقلیم های مختلف برای ساکنین فراهم نیست.

دلایل فرهنگی، اقتصادی و اجتماعی بیان شده این حقیقت را ثابت می کنند که راهکار هوشمند سازی ساختمان ها پاسخ خوبی به مشکلات بیان شده است. حال این راهکار در فرهنگ ساختمانی ما باید از رشد و آغاز یک فرآیند ساختمان سازی شروع شود. در ابتدا به منابع و استادانی ماهر برای آموزش علم هوشمندسازی نیاز داریم. در بخش آموزشی، فرهنگی، اجتماعی و دیگر بخش ها، باید آگاه سازی و تبلیغات جمعی فراهم گردد. 

نیاز به مواد و تجهیزات برای اجرای یک سیستم ضروری است پس توانایی تولید و تهیه آنها بسیار مهم است. در نهایت کشور ما قابلیت و پتانسیل را برای پیشرفت دارد؛ زیرا استادان و متخصصین علاقه مند در این زمینه بسیار هستند؛ تنها کافی است با برنامه ریزی، محاسبه بودجه و زمان بندی درست به الگو ها و راهکارهای مفید در اجرای این تکنولوژی دست یابیم.