امروزه BMS(Building Management System)، سیستم مدیریتی ساختمان به یکی از گریز ناپذیرترین شاخه های علمی، تحقیقاتی و اجرایی در ساختمان تبدیل گردیده است. امروزه با توجه به کمبود منابع انرژی در سطح جهان، اهمیت مصرف بهینه سوخت بیش از پیش مورد توجه است. سیستم مدیریت ساختمان(BMS) وظیفه مدیریت و کنترل وضعیت ساختمان را از لحاظ سرمایش و گرمایش(HVAC) ، روشنایی(Lighting)، کنترل تردد امنیت (Access) ، سیستم اعلام حریق (FAS) و ارتباط منطقی این زیر سیستم ها را بر عهده دارد. از آنجائيكه بكارگيري سيستم هاي مديريت ساختمان بايد فاقد پيچيدگي هاي فني بوده و به سادگي توسط كاربر انجام پذيرد، امروزه اغلب توليد كننده گان سيستم هاي مديريت ساختمان ، نرم افزار هاي گرافيكي كاربرپسندي را جهت كنترل سيستم ها ارائه مي دهند . نرم افزار هاي مربوطه با استفاده از اشياء گرافيكي مختلف ، كنترل همه جانبه ساختمان را به راحتي در دسترس قرار مي دهند. هدف اصلي به کارگيري BMS در ساختمانها بهره گيري از مزاياي اقتصادي و کاهش مصرف انرژي و ايجاد فضاي امن و آرام در آنهاست.
عموم مزايا و نتايج بهره برداري از BMS عبارتند از:
- ايجاد محيطي مطلوب براي افراد حاضر در ساختمان
- استفاده بهينه از تجهيزات و افزايش عمر مفيد آنها
- ارائه سيستم کنترلي با قابليت برنامه ريزي زماني عملکرد
- کاهش چشمگير هزينه هاي مربوط به نگهداري و تعميرات
- بهينه سازي و صرفه جويي در مصرف انرژي
- عدم نياز به پيمانکار دائمي ساختمان
- امکان مانيتورينگ و کنترل تمامي نقاط تحت کنترل از طريق يک PC ، موبايل يا اينترنت
- با توجه به يکپارچه سازي مديريت تأسيسات و سيستمهاي مختلف در ساختمان ، تمام تجهيزات بصورت هماهنگ کارکرده و امکان تداخل و بروز مشکلات ناشي از عدم هماهنگي از بين مي رود
- امكان گرفتن گزارش هاي آماري از تمامي تجهيزات و عملكرد آنها به منظور بهينه سازي مصرف و عملكرد
تعريف EMS
سيستم مديريت انرژي جهت كنترل و مانيتورينگ تاسيسات الكتريكي و استفاده بهينه از انرژي الكتريكي در ساختمانها مي باشد. كه در قالب يكپارچگي با سيستم مديريت هوشمند BMS پياده ميشود . سيستم EMS شامل تابلويي از تجهيزات حفاظتي،كنترلي و مانيتوري مجهز به پورت سريال جهت ارتباط با سيستم BMS ميباشد كه با پياده سازي اطلاعات ارسالي در پايگاه اطلاعات زمينه لازم را جهت اجراي روشهاي بهينه جهت مصرف انرژي فراهم مي آورد. مديريت مصرف انرژي در ساختمانهاي هوشمند تاثير بسزايي در صرفه جويي مصرف انرژي دارد. وابسته كردن نور و سيستم تهويه به حضور شخص و برنامه ريزي دماي اتاقها در ساعات مختلف شبانه روز از مصاديق مديريت مصرف انرژي مي باشد.همچنين جلو گيري از تابش مستقيم نور خورشيد به داخل ساختمان توسط كنترل اتوماتيك پرده و كركره سبب صرفه جويي در مصرف انرژي الكتريكي براي دستگاههاي سرمايشي مي شود.
منطق کنترلBMS وEMS
در جهت کاهش هزینه های صنعت ساختمان و استفاده بهینه از تکنولوژی و بکارگیری فناوری ارتباطات و رایانه عملکرد سیستمهای مدیریت و اتوماسیون ساختمان چشمگیرتر میگردند که در مجموع صرفه جویی انرژی را در بر خواهد داشت بطوریکه صرفه جویی های ناشی ازبکارگیری این سیستمها در مدت زمان کوتاهی موجب جبران هزینه های مربوطه می شود. سیستمهای کنترل هوشمند دارای انعطاف بالایی خواهند بود که میتوان براحتی آنها را با نیازهای مختلف منطبق نمود. همچنین در هنگام بهره برداری براحتی میتوان عملیات تغییر و بهینه سازی برای راهبری بهتر و کاهش هزینه های انرژی و کاهش هزینه های تعمیراتی را انجام داد. در ساختمان هوشمند بسیاری از اعمالی که ساکنان از روی عادت و بصورت غیر ارادی انجام می دهند توسط سیستمهای هوشمند انجام می گردد که باعث صرفه جویی در زمان و هزینه نیروی انسانی می گردد. با بکارگیری انواع و اقسام سنسورهای حسی در داخل و خارج ساختمان و با بکارگیری یک شبکه و سیستم واحد میتوان بصورت دائمی و بلادرنگ اطلاعات دما، فشار، رطوبت، دبی هوا، میزان اکسیژن و دی اکسید کربن را در اختیار داشت و از آنها در جهت رسیدن به شرایط ایده آل استفاده کرد. در یک ساختمان هوشمند با امکانات نرم افزاری بوجود آمده میتوان نمودارهای مختلفی را برحسب زمان دراختیار داشت و از آنها در جهت بهبود کیفی شرایط زیستی و حداکثر استفاده از هوای طبیعی را برای ساکنین بوجود آورد. در زمان کارکرد سیستم هوشمند در ساختمانهای اداری قبل از اتمام ساعت کار این سیستم بصورت اتوماتیک و متناوب شروع به خاموش کردن سیستمهای تهویه مطبوع می کند. در یک ساختمان هوشمند با امکانات بوجود آمده می توان در هر زمان میزان مصرف انرژی بر پایه مصرف انرژی سوخت و برق را بدست آورد و از آن در جهت کاهش مصرف انرژی و بهینه سازی مصرف سوخت در ساختمان ( مبحث نوزدهم مقررات ملی ساختمان ) بهره برد. بیشترین مصرف انرژی در ساختمان توسط سیستم روشنایی بوجود می آید که با هوشمندسازی این سیستم می توان از اتلاف انرژی تا حد زیادی جلوگیری کردکه این عمل با ترکیب روشنایی روز و روشنایی مصنوعی به بهترین نحو و خاموش کردن چراغها در زمان بدون مصرف بوجود می آید . سیستمهای مدرن مدیریت ساختمان امروزه برپایه وب(web base) نگاشته می شوندکه بزرگترین حسن آن در بکارگیری امتیازات شبکه جهانی اینترنت و کنترل ساختمان از راه دور توسط سیستمهای ارتباطی متداول در دنیا است به اینصورت که با راه اندازی سایت ساختمان مورد نظر و با وارد کردن شناسه کاربری و رمز عبور میتوان ازهر مکانی بر ساختمان احاطه داشت. در اینگونه ساختمانها میتوان با نصب تابلوهای نمایشگر الکترونیکی در مکانهای خاص ساختمان و نمایش دادن اطلاعات مختلف از سیستمهای کنترلی ساختمان ، زندگی را برای ساکنین لذت بخش کرد .
روشهاي بهينه سازي مصرف انرژي (EMS)
تاکنون اقدامات مفیدی در زمینه بهینه سازی مصرف انرژی در کشور به ثمر رسیده است. تدوین استانداردها و معیارهای برچسب مصرف انرژی، ایجاد و توسعه آزمایشگاه ملی صرفه جویی انرژی، بهینه سازی انرژی و مدیریت بار در صنایع، ممیزی انرژی در ساختمانها، تهیه نرم افزارهای مشاور بهینه سازی و فعالیتهای آموزشی و آگاه سازی از جمله این اقدامات بوده است. اما علیرغم موارد به انجام رسیده، همچنان پتانسیلهای بسیار گسترده ای برای بهینه سازی مصرف انرژی در کشور وجود دارد، که در صورت بکارگیری راهکارهای مناسب، نتایجی همچون کاهش سطح تقاضای انرژی و محدود شدن نرخ رشد رو به افزایش ظرفیت سازی نیروگاهی، بهبود الگوی تولید، مصرف و بهبود ضریب استفاده از سیستم موجود و آزادسازی ظرفیت های عرضه برای حضور فعالتر در بازارهای بین المللی انرژی را به دنبال خواهد داشت.
ارزيابي پتانسيل مصرف انرژي در يك ساختمان اداري
مصرف انرژي در چند دهه اخير بطور سرسام آوري افزايش يافته است. اين افزايش از يك طرف نشان دهنده رشد اقتصادي و به گردش افتادن بيشتر چرخ هاي صنعت و در پي آن جابجا شدن كالاهاي صنعتي به نقاط مختلف مي باشد. از طرف ديگر شايد به دليل قيمت ارزان انرژي، صاحبان صنايع و مصرف كنندگان خصوصي كشور در پي صرفه جويي و استفاده منطقي از اين نعمت خدادادي نبوده اند. بعد از بحران انرژي سال هاي 1974 كه با بالا رفتن قيمت نفت خام و قيمت انرژي همراه بود، بطور كلي روند مصرف انرژي كمي تغيير كرد و كشورهاي بدون نفت در مصرف آن بصورت سيستماتيك تر عمل نمودند. به همين دليل ممالك مصرف كننده انرژي در جهت جايگزيني انرژي هاي جديد فسيلي و صرفه جويي در مصرف انرژي و استفاده بهتر از انرژي هاي موجود گام برداشته اند.
بازگشت سرمايه در گروي ذخيره سازي انرژي
هدف اصلی استفاده از سیستم BMSدر یک ساختمان ذخیره سازی انرژی و مصرف صحیح و بهینه از امکانات می باشد، كه نتيجه اين هدف علاوه بر ذخيره سازي انرژي بازگشت سرمايه اوليه كه صرف اجراي BMS شده است مي گردد. با ذکر چند مثال کاربردی طریقه صرفه جویی در مصرف انرژی را شرح می دهیم.
1- در اکثر ادارات و سازمانها کارمندان برای مصرف درست اهمیتی قائل نیستند مثلاً وقتی کارمندی محل کار خود را ترک می کند حتی اگر بازگشت وی زمان زیادی طول بکشد سیستم تهویه و روشنایی خود را همچنان روشن ترک می کند در ساختار BMS در صورت عدم وجود کسی در محل بصورت خود کارو پس از طی زمانی، سیستم به حالت حداقل مصرف سوئیچ می کند تا دوباره شخص به محل کارخود بازگردد .
2- در ساختمانهای بزرگ اداری ساعت 7 صبح تمام سیستم تهویه و روشنایی کل ساختمان روشن می گردد در صورتی که ممکن است افرادی در مرخصی یا ماموریت بوده و یا با تاخير به محل کار بیایند که در این صورت انرژی بیهوده مصرف مي گردد . در ساختار BMS تا فرد کارت حضور و غیاب را در ورودی می کشد سیستم تهویه روشنایی اتاق او فعال می گردد ، و بدين صورت از مصرف بيهوده جلوگيري مي گردد.
3- در ساختمانهای بزرگ اگر کنترل و مدیریتی روی تاسیسات مکانیکی نداشته باشیم بطور مثال بویلررا در نظر بگیریم مثلاً چهار بویلر داریم که درصورت عدم وجود کنترل بر عملکرد مجموعه بویلرها دو یا سه بویلر را همواره در مدار قرار می دهیم در صورتی که ممکن است حتی یک بویلر نیز جوابگوی سیستم در زمانهای خاصی باشد که در این صورت نیز مصرف بهینه نمی باشد ولی اگر با استفاده از اندازه گیری با تعداد بویلر ها تعیین کنیم همواره بصورت بهینه انرژی را مصرف می کنیم ضمن آنکه خللی در کار سیستم بوجود نمی آید
4- در هواساز ممکن است دمای مطلوب را بتوان از هوای محیط بیرون تامین نمود بدون اینکه نیاز به فعالیت هواساز باشد. که اگر مدیریت و کنترل وجود نداشته باشد با اینکه محیط بیرون جوابگوی سیستم می باشد ولی همچنان هواساز نیز در حال کار است که نتیجه عدم استفاده صحیح از انرژی می باشد .
قابلیتهای بسیار دیگری نیز برای سیستم می توان مثال زد که ذکر مثالهاي فوق فقط بخشی از نحوه ذخیره سازی انرژی را شامل می شد .
بحث دیگری که در بازگشت سرمایه نقش دارد مصرف بهینه از امکانات می باشد که در ذیل توضیحات مختصری خواهیم داد :
1- در سیستم تاسیسات مکانیکی با تقسیم زمانهای کارکرد بین تمام اعضای یك مجموعه ( مثلاً مجموعه پمپ های سیرکولاسیون ) فشار کاری بین همه اعضا تقسیم می شود. ضمن اینکه از غیر فعال بودن یک بخش از مجموعه بطور دائم جلوگیری می کند که خود باعث بهتر عمل کردن تمام مجموعه می گردد .
2- روی تمام تجهیزات مورد استفاده در ساختمان کنترل داشته و تمام وضعیتهای موجود را اندازه گیری کرده و درصورت بروز خرابی در سیستم بطور خودکار به جز Standby سوئیچ کرده و خرابی را به اطلاع كاربر می رساند تا در اسرع وقت جهت تعمیر اقدام گردد .
3- زمان های کارکرد تمام تجهیزات را ذخیره می نماید و در زمانی که نیاز به سرویس می باشد به کاربر اطلاع می دهد تا سیستم همواره در حالت مطلوبي کارنماید .
4- در تمام سیستمهاي تهویه مطبوع و تاسیسات مکانیکی ( مثلاً مبدلها ) علاوه بر اندازه گیری دمای پروسه و ست یونیت تعریف شده با اندازه گیری دمای محیط بیرون روی ست یونیت اثر گذاشته تا نوسانات دما جبران گردد. (با توجه به اینکه در اغلب مناطق ایران دمای شب وروز بسیار متفاوت می باشد با استفاده از این روش براحتی می توان نوسانات ناشی از این تغییر دما را بصورت خودکار جبران نموده بدون اينكه نیازي به تغییرات مداوم ست یونیت باشد.
با توجه به موارد ذکر شده و موارد بسیار دیگر که در ساختار BMS قراردارند, علاوه بر استفاده بهینه ازتجهیزات، بر عمر تجهيزات نیز افزوده می گردد ضمن اینکه فضای کار را ایده آل می نماید. با توجه به مطالب ذكر شده و آمارهای بدست آمده از پروژه های اجرا شده بر اساس ساختار BMS بطور میانگین در بحث ذخیره سازی انرژی حدود 25 الی 30 درصد كاهش مصرف وجود داشته است و بازگشت سرمایه در اثر استفاده از ساختار BMS در حدود 5/2 الی 3 سال امکان پذیر می باشد .
استراتژي هاي مناسب سيستم BMS در کاهش مصرف انرژي:
معروفترين روشهاي به کار گرفته شده توسط طراحان BMS عبارتند از:
- خاموش و روشن کردن تجهيزات بر اساس جداول زمانبندي کارکرد
- Lock out يا بهره برداري از تجهيزات در صورت نياز و ضرورت
- بهره برداري از مينيمم ظرفيت مجاز در بهره برداري از تجهيزات (Resets)
- محدود کردن تقاضا يا Demand Limiting که موجب قطع برق تجهيزات در صورت بارگذاري بيش از حدود تعيين شده، خواهد شد
- مانيتورينگ وضعيت تجهيزات توسط اپراتورهاي آموزش ديده و بهره برداري از داده ها در رفع مشکلات تجهيزات و بررسی عملکرد آنها