BMS چیست؟

BMS یا سیستم مدیریت ساختمان یک سامانه یکپارچه است که وظیفه یکپارچه‌سازی اجزای ساختمان‌ها را بر عهده دارد. این سیستم به صورتی مرکزی با کنترل کننده‌های درونی واحدهای ساختمانی ارتباط برقرار کرده و کنترل این اجزا را به صورت یکپارچه میسر می‌سازد.

در سیستم مدیریت ساختمان، نورپردازی هوشمند، کنترل سیستم‌های تهویه هوشمند، برخی سناریوهای امنیتی و در نسل‌های پیشگام آن سنسورها و دوربین‌های نظارتی نیز در یک مجموعه کنار هم پدید می‌آیند.

BMS چگونه کار می‌کند؟

ساختمان‌ها برای داشتن سیستم مدیریت ساختمان بایستی در مرحله ساخت از یک شرکت مشاور و تامین‌کننده سیستم‌های مدیریتی کمک گرفته و سیستم‌های برق کشی را متناسب با درخواست کارفرما اجرا نماید.

اتصال بین اجزای یک خانه هوشمندشده با سیستم مدیریت ساختمان از طریق پروتکل‌های KNX انجام می‌پذیرد. 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 هوشمندشده 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 شرکت‌ها اقدام به تهیه نرم‌افزارهای تلفن همراه برای انجام امور مرتبط با این سیستم هستند.

یکی از مهم‌ترین مسائلی که امروزه با پیشرفت تکنولوژی شاهد افزایش استفاده از آن هستیم، سیستم مدیریت ساختمان یا همان سیستم BMS می‌باشد.

گستردگی و مزایای بسیار زیادی که این سیستم می‌تواند برای محیط‌های 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 می‌باشد، روبه‌رو شوند. در این پست 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 بخش‌های 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 سرویس‌های الکتریکی، مکانیکی و حفاظتی ساختمان باشد.

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

اتوماسیون خانگی یا HOME AUTOMATION

اتوماسیون خانگی امکان کنترل تمام ادوات فرمان‌پذیر را به صورت محلی از طریق پنل‌های لمسی و یا شبکه وای‌فای از طریق گوشی هوشمند و تبلت و یا از طریق اینترنت به صورت از راه دور از هر نقطه از جهان برای شما فراهم می‌نماید.

ارسال‌های گروهی، زمان‌بندی و برنامه‌ریزی روشن و خاموش‌شدن چراغ‌ها، آبیاری هوشمند و بسیاری از سناریوهای مختلف از جمله عملکردهای اتوماسیون خانگی می‌باشد.

در حالت ایده‌آل هر چیزی می‌تواند به یک شبکه متصل شود، می‌تواند به صورت خودکار و از راه دور کنترل گردد به طور کلی می‌توان موارد زیر را از جمله فعالیت‌های یک سیستم هوشمند برشمرد که به صورت اتوماتیک و یا از طریق فرمان کاربر صورت می‌پذیرد:

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

خانه هوشمند یا SMART HOME

این سیستم علاوه بر قابلیت‌های دسترسی کاربر در سیستم قبل دارای هوشمندی نیز می‌باشد.

به این صورت که سیستم رفتار و نیازهای ما را به کمک هوش مصنوعی پایش و بررسی می‌کند و بنا به نیازهای ما رشته فعالیت‌هایی را انجام می‌دهد. برای مثال سیستم ساعت برگشت شما از سر کار را در روزهای مختلف بررسی می‌کند و با مقایسه با دمای خانه قبل از ورود شما به خانه دما را به دمای ایده‌آل شما می‌رساند.

سیستم مدیریت ساختمان یا BMS

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

BMS شامل دو بخش نرم‌افزار و سخت‌افزار می‌باشد، سخت‌افزارها معمولا به صورت اختصاصی توسط میکروکنترلرها یا PLCها پیاده‌سازی می‌شوند و نرم‌افزارها نیز ممکن است به صورت اختصاصی برای سیستم نوشته شوند، در برخی از سیستم‌ها از نرم‌افزارهای کنترل و مانیتورینگ برای کنترل و نظارت بر عملکرد بخش‌های مختلف استفاده می‌شود.

وظیفه این مجموعه، پایش مداوم بخش‌های 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 فعالیت‌ها و امور ساختمان‌ها نظارت کرده و در مواقع لزوم با توجه به تغییرات شرایط محیطی، تغییرات لازم را به طور خودکار اعمال می‌نماید. این سیستم‌ها می‌توانند با توجه به کاربری ساختمان (مسکونی، اداری، تجاری، بیمارستان هوشمند و …) طراحی و اجرا شوند و بر کلیه فعالیت‌های اعم از باز و بسته شدن درب، ورود و خروج افراد، سیستم‌های روشنایی، سیستم‌های تهویه مطبوع پنجره و پرده اتاق‌ها، صوتی و تصویری و … نظارت داشته باشد.

ساختمانی که مجهز به سیستم مدیریت BMS باشد اصطلاحا ساختمان هوشمند گویند. این سیستم به افراد ساکن این امکان را می‌دهد که از تجهیزات به طور کارآمدتری استفاده نموده و احساس امنیت و آسایش را در آن‌ها افزایش می‌دهد و همچنین می‌تواند موجب صرفه‌جویی انرژی گردد. این ساختمان‌ها با استفاده از یکپارچه نمودن چهار عنصر اصلی سیستم‌ها، ساختار، سرویس و مدیریت و با برقراری ارتباط میان آن‌ها محیطی پویا و مقرون‌به‌صرفه به وجود آورند.

مزایای BMS:

مزایای BMS را می‌توان به چند محور اصلی تقسیم نمود:

• صرفه‌جویی انرژی و کاهش هزینه‌های نگهداری

مطالعات نشان داده است که استفاده از سیستم هوشمند می‌تواند به طور متوسط ۳۰ درصد از مصرف انرژی و هزینه‌های 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 دستگاه‌ها و کاهش هزینه‌های مربوطه می‌گردد.

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

و یک مثال دیگری که می‌توان گفت این است که در طول روز به جای استفاده از لامپ‌ها و یا سیستم روشنایی، نور محیط را با استفاده از پنجره‌ها و یا باز کردن درصدی آن‌ها برای رسیدن به نور دلخواه استفاده نمود این عمل هم باعث صرفه‌جویی چشمگیری در مصرف انرژی می‌گردد و هم باعث افزایش طول عمر سیستم روشنایی و کاهش هزینه نگهداری واحد و استهلاک می‌گردد.

• ایمنی

در شرایط بحرانی با ارسال سریع و به موقع اعلام خطر می‌تواند در جلوگیری از حوادث و کاهش اثرات آن نقش موثری داشته و به طور خودکار پیام‌های اضطراری را به افراد یا ارگان‌های ذی‌صلاح ارسال نماید. همچنین کنترل درب و مبادی ورودی و اتصال آن به دوربین‌های مدار بسته و دستگاه‌های ثبت ورود می‌تواند ایمنی سیستم را به طور قابل ملاحظه‌ای افزایش دهد.

از مهم‌ترین قابلیت‌های سیستم BMS امنیت هوشمند است از جمله امکاناتی که سیستم BMS در رابطه با امنیت می‌تواند ارائه دهد.

یکپارچگی سیستم‌های 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 می‌دهد یا در صورت لزوم و یا قطع نشدن علائم در طولانی مدت اخطارهای لازم را به مراجع ذی‌ربط اطلاع می‌دهد.

و در مثالی دیگر، ممکن است سیستم آب یا موتورخانه ساختمان به مشکل بر بخورد و فشار آب بالا برود که بالا رفتن فشار آب باعث ترکیدن لوله‌ها در بعضی از واحدها می‌شود و علاوه بر آسیب دیدن خود لوله‌ها و تاسیسات باعث نشت آب و آسیب دیدن تاسیسات در ابعاد بزرگ‌تر می‌شود ولی با استفاده از BMS و مدیریت یکپارچه ساختمان ما می‌توانیم از وضعیت لحظه‌ای سیستم موتورخانه یا حتی فشار لوله‌های آب هر واحد مطلع شویم و در صورت رخداد هرگونه حادثه‌ای سیستم اخطار بروز مشکل را به صورت لحظه‌ای به ما می‌دهد.

تعریف ساختمان هوشمندشده با سیستم BMS

امروزه ساختمان‌ها خود گونه‌ای 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 می‌کند.

ایده طراحی یک ساختمان هوشمند، ارتباط و پیوستگی میان دسترسی، نور، امنیت، نظارت، مدیریت و ارتباط راه دور را پیش‌رو قرار می‌دهد. ساختمان هوشمند بیان کننده تبادل قوی اطلاعات بین بخش‌های مختلف ساختمان با برنامه‌ریزی دقیق و از پیش تعیین شده است.

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

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

دانشمندان ساختمان هوشمند را این گونه تعریف کرده‌اند:

“بنایی که در آن آخرین تکنولوژی‌ها استفاده شده باشد: سمپوزیم بین‌المللی معماری در سال ۱۹۸۵ در تورنتو بیان کرد که یک ساختمان هوشمند آمیزه‌ای 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 صرف‌شده بازگردد.”

در سال ۱۹۸۸ معماری بنام”بریان انکین” تعریفی برای ساختمان‌های هوشمند ارائه کرده است. یک بنای هوشمند ساختمانی است که از وقایعی که در درون و برون آن رخ می‌دهد مطلع است و می‌تواند 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 واکنش‌های متفاوت در چرخه‌های مختلف در دوره‌های زمانی مختلف دارد. این معماری بیشترین کار را در کمترین زمان انجام می‌دهد. پس می‌توان به آن معماری کار و زمان نیز گفت. با این اوصاف پی می‌بریم که تکنولوژی دشمن طبیعت نیست بلکه متحد با آن است و ارتباط انسان با طبیعت را به وسیله معماری بهبود می‌بخشد و این امر را معماری هوشمند اثبات می‌کند.

تاثیرات هوشمندسازی ساختمان BMS و نتایج ناشی از آن بر محیط‌زیست

سیستم هوشمندسازی ساختمان با مصرف بهینه انرژی و کاهش مصرف سوخت‌های فسیلی تجدیدناپذیر همواره هم سو و در جهت آرمان‌های مسئولین محیط‌زیست و دولت‌ها حرکت کرده و یکی از دلایل طراحی فناوری BMS کاهش آلودگی محیط‌زیست عنوان شده است که در این بین به Greenhouse یا خانه‌های سبز نیز شهرت یافته است که می‌تواند در کاهش گازهای گلخانه‌ای نیز سهیم باشد.

سطوح هوشمندسازی ساختمان

شکل زیر سه لایه هوشمندسازی ساختمان را نمایش می‌دهد:

مدیریت

لایه مدیریت که بالاترین سطح یک سیستم هوشمند را تشکیل می‌دهد، توسط نرم‌افزارهای SCADA و HMI به طور نظارتی انجام می‌شود. منظور این است که فرایندهای اتوماسیون و کنترل توسط تجهیزات هوشمند صورت گرفته و تنها تنظیمات و پارامتردهی توسط نرم‌افزارهای مدیریتی صورت می‌گیرد. کنترل مرکزی، مانیتورینگ، بهینه‌سازی و گزارش‌گیری چهار نقش کلیدی سیستم مدیریتی را تشکیل می‌دهند.

تنها پروتکل استاندارد مدیریت ساختمان BACnet(ISO 16484 5) می‌باشد که برای مدیریت چندین ساختمان در یک پنل امکانات زیادی را فراهم می‌کند. BACnet می‌تواند از زیرساخت‌های ارتباطی مختلف استفاده کند که از جمله آن‌ها ZigBee، Lon Talk، Ethernet و RS485 می‌باشند.

اتوماسیون

امروزه فرایندهای اتوماسیونی بیشتر در موتورخانه و اتاق‌های هواساز جهت اتوماسیون بویلر، چیلر، هواساز، پمپهای آتش‌نشانی و ژنراتور صورت می‌گیرد. معمولا برای هریک از این تجهیزات یک کنترلر مستقل (DDC) استفاده شده و به هر کنترلر، تعدادی سنسور و تعدادی فعال‌ساز متصل می‌شود.

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 جمع‌آوری کرده و مشعل بویلر و پمپ‌ها را کنترل می‌کند. BACnet و Lon Works) ISO/IEC 14908-1, -2, -3, -4) تنها پروتکل‌های استاندارد اتوماسیون ساختمان می‌باشند.

کنترل

فرایندهای کنترلی معمولا برای کنترل روشنایی‌ها، سیستم HVAC اتاق‌ها و کنترل پرده‌ها و سایبان‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. به عنوان مثال، سنسورهای حرکتی، با حضور افراد روشنایی‌ها را روشن کرده و با خروج آن‌ها خاموش می‌کنند.

یا با زدن یک کلید سناریو وضعیت مجموعه‌ای از تجهیزات در وضعیت از پیش تعریف‌شده قرار می‌گیرد. ISO/IEC 14543 3) KNX و EnOcean ISO/IEC 14543-3-10) پروتکل‌های استاندارد کنترل ساختمان BMS می‌باشد.

تکنیک‌های به کار رفته جهت هوشمندسازی بنا به دو دسته کلی تقسیم می‌گردند:

روش‌هایی که در آن‌ها نیازی به کابل‌کشی مجزا برای کنترل ادوات مختلف وجود ندارد. در این روش‌ها سیگنال‌های تولید شده توسط وسایل کنترل‌کننده، از طریق شبکه برق موجود در این ساختمان‌ها و یا با کمک سیگنال‌های RF منتقل شده و در مقصد، دستگاه مورد نظر را کنترل می‌نماید. مشهورترین تکنولوژی در این دسته X10 و Z-Wave می‌باشد.

روش‌هایی که در آن‌ها برای کنترل وسایل و ادوات مختلف علاوه بر سیم‌کشی برق ساختمان نیاز به برپایی یک شبکه کابلی مجزای دیگر به جهت انتقال سیگنال‌های تولید شده توسط وسایل کنترل‌کننده داریم. در این دسته نیز معتبرترین تکنولوژی KNX می‌باشد. 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.

تکنولوژی‌های متفاوتی جهت اجرای سیستم‌های مذکور در خانه‌ها 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 پروژه‌های هوشمندسازی ساختمان می‌توان به تهویه مطبوع، سیستم‌های اعلام و هشدار سرقت، سیستم‌های صوتی و تصویری، سیستم‌های حفاظتی و امنیتی، دوربین‌های مدار بسته، سیستم‌های اعلام و اطفای حریق، سیستم اعلام زلزله، سیستم اعلام نشت و اعلام مقدار گاز در هوا، سیستم‌های کنترل تردد، کنترل و پایش هوشمند الکترونیکی یاد کرد.

این تجهیزات می‌توانند نسبت به توان مصرفی و ولتاژ کاری در بهینه‌سازی مصرف انرژی موثر باشند همچنین استفاده از پروتکل مناسب در رابطه با تجهیزات مورد نیاز مانند پروتکل Zigbee که یک پروتکل ارزان قیمت می‌باشد برای استفاده در تجهیزات حفاظتی و ایمنی و سیستم‌های اعلام و اطفای حریق، زلزله و غیره که برای مدت‌های طولانی در حالت خواب هستند مناسب است.

مزایای استفاده از سیستم مدیریت هوشمندسازی ساختمان

• کاهش هزینه‌های کاربران و ساکنان خانه هوشمند و مصرف بهینه انرژی
• حذف نیروی انسانی در این سیستم موجب افزایش عمر مفید و کارکرد بهینه تجهیزات می‌شود
• ایجاد امنیت، آسایش و رفاه بیشتر برای کاربران و ساکنان خانه هوشمند
• عدم نیاز به سرویس و تعمیرهای ناشی از کاربرد مستمر تجهیزات و کاهش هزینه‌های مربوط به آن
• کمک به حفظ محیط‌زیست به جهت کاهش مصرف انرژی و گازهای گلخانه‌ای
• امکان کنترل مانیتورینگ نقاط مختلف خانه هوشمند به وسیله تجهیزات همراه، اینترنت، شبکه و غیره وجود دارد
• مدیریت و اولویت‌بندی هوشمندانه تعیین زمان روشن، خاموش و برنامه‌ریزی برای پیک یا اوج مصرف بار

جمع‌بندی

با توجه به پیشرفت تکنولوژی، استفاده و نیاز بالای انرژی ما به راهکارهایی مفید برای زندگی آسوده‌تر همچنین مصرف بهینه انرژی نیاز داریم تا زندگی آیندگان نیز تامین 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 هوشمندسازی از جمله: توانایی مدیریت انرژی، سیستم روشنایی، سیستم امنیتی، وسایل موجود در خانه، مدیریت حادثه، پذیرایی و سرگرمی باعث می‌شود که نهایت انتظارات یک فرد از ساختمان محقق گردد. بالاترین مزیت این سیستم این است که در طول چند سال شاهد صرفه‌جویی بسیار زیادی در انرژی و هزینه خواهیم بود. با اندکی تحقیق متوجه می‌شویم که در کشور ما بیشتر ساختمان‌ها دارای استانداردهای مصرف بهینه انرژی نیستند، عمر ساختمان‌ها کوتاه است و در نهایت شرایط آسایش در اقلیم‌های مختلف برای ساکنین فراهم نیست.

در این پست هم به بررسی و مطالعه موردی اجرای BMS پرداخته‌ایم.

دلایل فرهنگی، اقتصادی و اجتماعی بیان شده این حقیقت را ثابت می‌کنند که راهکار هوشمندسازی ساختمان‌ها پاسخ خوبی به مشکلات بیان شده است. حال این راهکار در فرهنگ ساختمانی ما باید از رشد و آغاز یک فرآیند ساختمان‌سازی شروع شود. در ابتدا به منابع و استادانی ماهر برای آموزش علم هوشمندسازی نیاز داریم. در بخش آموزشی، فرهنگی، اجتماعی و دیگر بخش‌ها، باید آگاه‌سازی 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 علاقه‌مند در این زمینه بسیار هستند؛ تنها کافی است با برنامه‌ریزی، محاسبه بودجه و زمان‌بندی درست به الگوها و راهکارهای مفید در اجرای این تکنولوژی دست یابیم.