خانه هوشمند

هوشمند سازی ساختمان

اتوماسیون ساختمان (مدیریت هوشمند) یکی از مباحث مطرح در کشورهای پیشرفته است. چرا که با توجه به بالا رفتن هزینه های انرژی و رویکرد جوامع از بهره گیری انرژی های نو، چگونگی مصرف انرژی اهمیت بیشتری یافته است. اتوماسیون ساختمان را می توان در یک جمله به هوشمند سازی مدیریت منابع ساختمان، تعریف نمود.

این هوشمند سازی ساختمان در راستای کنترل دقیق و همچنین حذف خطای انسانی است. اگر تجهیزات یک ساختمان، به تنهایی هوشمند سازی شوند، نمی تواند مفهوم ساختمان هوشمند را برآورده کند. اما مدیریت و کنترل یکپارچه تمام تجهیزات هوشمند است که می تواند آرامش و اطمینان خاطر را به انسان هدیه دهد.

خانه هوشمند چیست

مدیریت ساختمان یا BMS مخفف Builing Management System است که به آن سیستم اتوماسیون ساختمان، خانه هوشمند، سیستم هوشمند خانه نیز گفته می شود.
BMS 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 حفاظتی و نظارت تصویر و ...) در داخل ساختمان ها نصب می شود.

برای ساخت خانه های هوشمند اولیه، هزینه گزافی صرف شد؛ چراکه اغلب از مؤلفه های ساخت دست استفاده می شد. امروزه، سیستم های اتوماسیون خانگی ساده (هوشمند سازی ساختمان)، با کمترین هزینه قابل خریداری هستند. اما هزینه این سیستم ها با افزودن قابلیت های مختلف به آنها افزایش می یابد. پیش بینی می شود که در طول چندسال آینده، بازار سیستم هوشمند خانه به نرخ رشد سالانه ۶۰% دست یابد. همچنین پیش بینی می شود تعداد وسایل خانگی مرتبط با سیستم هوشمند سازی ساختمان در سال ۲۰۲۲ به بیش از چهل میلیون رشد کند.

اولین سیستم هوشمند سازی ساختمان تجربی در سال 1966 به بازار عرضه شد. استفاده معمولی از خانه هوشمند شامل کنترل روشنایی، گرمایش و سرمایش، امنیت، بهینه سازی مصرف انرژی و مشابه آن است. در سال ۲۰1۶ مشاهده سیستم هوشمند خانه در ساختمان های تجاری، دانشگاه ها و هتل ها به امری عادی تبدیل شد و دیگر استفاده از این سیستم ها محدود به قشر مرفه جامعه نبود.

همان طور که قبلا هم اشاره شد (BMS) یا Building Management System، که در زبان فارسی به مدیریت هوشمند ساختمان ترجمه شده است انواع مختلفی دارند. ابتدایی ترین هوشمندسازی ساختمان ها توسط دستگاه هایی بود که ورودی و خروجی محدودی داشتند و توسط بلوتوث یا پیامک کنترل می شدند. 

با پیشرفت فناوری ها این تجهیزات توسط اینترنت و نرم افزارهایی که بر روی تلفن همراه نصب می شدند نیز قابل کنترل بودند. اما همان طور که گفته شد، این هوشمندسازی خانه محدود بود و سنسورهای محدودی قابل  اعمال بودند. به عبارت دیگر خانه را می توانستند هوشمند کنند نه ساختمان با چندین خانه یا واحد را! تاجایی که به این نوع هوشمندسازی اتوماسیون نیز اطالق می شد.

با پیشرفت فناوری،BMS جایگزین دستگاه های قدیمی شد و مدیریت یکپارچه ساختمان جایگزین اتوماسیون کردن خانه گردید.

مدیریت هوشمند ساختمان انواع مختلفی دارد که عبارت اند از:

1. 1ـ هوشمند سازی ساختمان باسیم

2. از مزایای باسیم آسان بودن نوع ارتباط آن است و از معایب این سیستم حجم زیاد سیم کشی و محدود بودن خروجی های تخریب و... است.
3.  

4. 2ـ هوشمند سازی ساختمان بی سیم

5. از مزایای سیستم بی سیم، نبوِد سیم کشی بسیار زیاد و تهیه و نصب آن با کمترین تخریب و پایین ترین هزینه است. همچنین تعداد بسیار زیادی خروجی و برنامه دهی بالا برای انواع سناریو می توان طراحی کرد. از معایب این سیستم ارتباط شبکه ای آن است که در نبود اینترنت نمی توان آن را از راه دور کنترل کرد.

 معرفی پروتکل ها در BMS

شاید مهم ترین مفهوم در شناخت هوشمندسازی ساختمان، فهم درست پُروتکل باشد!
پروتکل به مجموعه قوانینی اطلاق می شود که نحوه ارتباط بین تجهیزات خانه هوشمند را قانونمند و هدفمند می کند. شاید بتوان نقش پروتکل در شبکه های هوشمند را همانند نقش دستور زبان در گفتن و نوشتن دانست. مشخصاً برای مطالعه یک کتاب لازم است خواننده شناخت مناسبی از دستور زبانی که کتاب به آن زبان نوشته شده، داشته باشد. به عبارتی دیگر پروتکل یعنی زبان ارتباطی یا زبان نرم افزاری مشترک بین تجهیزات در خانه هوشمند.

به منظور ارتباط دو قطعه در خانه هوشمند ضرورت دارد هر دو قطعه یا تجهیز از پروتکل مشابهی بهره ببرند. برای هوشمندسازی ساختمان پروتکل های فراوانی وجود دارد که در ادامه با آنها آشنا می شوید.

در این مقاله به تشریح پروتکل waveـ   Z که یکی از مهم ترین استانداردهای جهانی است و در ایران نیز 
شدیداً مورد استقبال قرار گرفته، می پردازیم.
تصویر زیر نوع عملکرد سیستم مدیریت هوشمند را با استانداردهای موجود نشان می دهد.

1. آیا می دانید 

2. سیستم waveـ   Z با اکثر گوشی های تلفن همراه موجود در بازار سازگار است. همچنین wave ـ   Z با محصولات بی سیم چند صد تولیدکننده مستقل سازگار است. همچنین با تمام دوربین های IP موجود در بازار، که سیستم، بر حسب تشخیص می تواند عکس یا ویدئو را به گوشی موبایل شما ارسال نماید، نیز سازگار است.

روند راه اندازی سیستم هوشمند سازی ساختمان بی سیم نیاز به کابل کشی های فراوان را از بین می برد. ماژول های کوچک درهرجعبه سوئیچ دیواری، پشت کلید روشنایی و مشابه آنها نصب می شود و با هر سیستم الکتریکی سازگار است. این تنها سیستم موجود در بازار است که قادر به کنترل چراغ های LED و یا روشنایی های فلورسنت در سیستم های برقی (حتی سیستم های الکتریکی قدیمی مورد استفاده) می باشد.

تصویر زیر شماتیک کنترل یک محیط خانه هوشمند و طرز کار آن را نمایش می دهد.

اجزای سیستم مدیریت خانه هوشمند

خانه های هوشمند همچون بیشتر سیستم هایی که تا به حال فراگرفته اید و فارغ از پروتکل ارتباطی آن، از سه بخش اصلی ورودی، خروجی و پردازشگر تشکیل شده اند. ورودی ها شامل انواع قطعات، حسگرها و تجهیزاتی هستند که باید فرمانی را از انسان یا به صورت اتوماتیک دریافت کنند و به سیستم تحویل دهند. پردازشگر همان پنل مرکزی است. که خود آن می تواند ازچندین بخش تشکیل شود. خروجی نیز لامپ ها، موتورها و خروجی های موردنیاز هوشمند سازی ساختمان (یا صنعتی) را دربر می گیرد.

دستگاه مرکزی بی سیم با دریافت و پردازش فرمان های دریافتی از تلفن همراه، ورودی و خروجی ها را کنترل می کند. ورودی تغذیه دستگاه ۲۲۰ ولتی، توسط آداپتور به 24 ولت تبدیل می شود همچنین شما می توانید مصرف انرژی فعلی و تاریخچه مصرف انرژی را در حالی که قادر به یافتن وسیله های پرمصرف می باشید مشاهده کنید. آمار دقیق به صورت نمودار ارائه می شود تا شما بتوانید با بررسی و مقایسه اعداد، قبض های پیش رو را تخمین بزنید. تصاویر زیر نمونه هایی از دستگاه کنترلر خانه هوشمند با پروتکل wave ـ   Z را نشان می دهند.

1. آیا می دانید

2. ماژول و مانیتورینگ چیست؟

3. باتوجه به پیشرفت فناوری های روز دنیا میکروها و قطعات SMD استاندارد wave ـ   Z توانسته ماژول هایی را درست کند که بتواند درپشت پریزها وکلیدهای منازل جای گیرد و با میکروسوئیچ های قوی بتواند لوازم برقی را کنترل کند. با تعداد زیادی از این ماژول ها، که به دستگاه به صورت بی سیم متصل می شوند، می توان یک سیستم یکپارچه را تشکیل داد و می توان آن را کنترل کرد و با تعداد دستگاه های مرکزی یک سیستم مانیتورینگ بزرگ تشکیل داد.

جهت ارتباط ماژول ها و سنسورها و دیگر اجزای هوشمند ساختمان نیاز به برنامه ای یک پارچه است تا بتوان این عملکرد یک پارچه را توسط سناریو انجام داد. در اصل با کمک سناریو می توان هر برنامه ای را که مد نظر کاربر است، به سیستم اعمال نمود و طی آن سناریو، ورودی ها و خروجی ها، کاربر را به هدف مورد نیاز برسانند. 

دیگر کاربردهای هوشمند سازی

مشکلات متعددی در زندگی روزمره مشاغل مختلف وجود دارد که با هوشمند سازی، به راحتی برطرف می شوند.

به عنوان مثال، یکی از راه های کنترل مصرف آب و جلوگیری از اسراف آن، استفاده از دستگاه های الکترونیکی است. اما مشکلی که اینجا به وجود می آید این است که صاحبان چاه های آب و زمین های کشاورزی معمولا به دور از امکاناتی هستند که بتوانند مصرف آب را کنترل نمایند. چنانچه مشکلی پیش آید و آب هدر برود ایشان از این مشکل باخبر نخواهند شد. یکی دیگر از مشکلاتی که معمولا صاحبان زمین های کشاورزی با آن مواجه اند جیره بندی شدن آب و اختصاص آب به زمین های موردنظر، آن هم در زمان هایی از روز است که ممکن است صاحبان زمین های کشاورزی در زمان مورد نظر نتوانند بر سر زمین حاضر شوند و آبیاری را انجام دهند. یکی از ساده ترین و ارزان ترین راه ها برای حل این مشکلات استفاده از سیستم هایی است که به وسیله تلفن همراه کنترل می شوند. شما می توانید با تهیه و نصب این سیستم ها و قرار دادن آنها در محل مورد نظر (هوشمند سازی)، نه تنها در هر زمان که می خواهید با هر فاصله ای که دارید فرمان روشن و خاموش کردن سیستم را ارسال کنید بلکه می توانید از این سیستم ها هم زمان به صورت سیستم های امنیتی (مانند هشدار قطﻊ برق، هشدار آتش سوزی و یا دزدگیر)نیز استفاده کنید.

یکی از مشکلات ویلا دارانی که ویلای آنها در مناطق سردسیری واقع شده است، دمای هوای خانه در هنگام ورود به خانه است. با توجه به فضای ویلاها معمولا بین یک تا دو روز زمان می برد تا خانه ویلای شما هوا بگیرد و برای استفاده مناسب شود. از این  رو عده ای در فصل سرما از سفر به ویلاها سرباز می زنند، درحالی که می توان با گذاشتن دستگاه های هوشمند و سنسورهای موردنیاز در ویلا از چند روز قبل به کمک این دستگاه سیستم های گرمایشی را روشن کرد و در هنگام رسیدن به خانه یا ویلای خود از گرم بودن و راحتی آن لذت برد.

ویلاهایی که در مناطق فوق العاده سردسیر واقع شده اند و معمولا دمای زیر صفر درجه را تجربه می کنند، در فصل سرما چنانچه آب داخل لوله ها توسط صاحب ویلا خالی نشده باشد خسارات فراوانی خواهند دید. معمولا این دسته از افراد در هر بار بازگشت از ویلا باید آب لوله ها را خالی کنند، و یا با روشن گذاشتن سیستم گرمایی مانع از ترکیدن لوله ها شوند که این امر با هزینه بالای سوخت همراه خواهد بود. پس می توان با هوشمند سازی ساختمان و تهیه یک سیستم خانه هوشمند موقعی که در خانه یا ویلای خود نباشید به هنگام چنین اتفاقی از به وجود آمدن خطر ترکیدگی لوله آب و خرابی های ناشی از آن جلوگیری کنید.

آیا می دانید

با سیستم بی سیم شما به یک پایگاه داده بزرگ از ارائه دهندگان خدمات دسترسی خواهید داشت، این سیستم به شما اجازه می دهد که به چیزهایی که در منزل دچار مشکل می شوند رسیدگی نمایید. 
به عنوان مثال، اگر ماشین لباسشویی شما دچار نشتی گردد، سیستم به صورت خودکار لیستی از این گونه 
خدمات را برای شما نمایش می دهد و به شما اجازه می دهد فوری با آنها تماس برقرار نمایید.
 

جارومرکزی

اولین جاروبرقی توسط شخصی به نام آیوز مک گافی اختراع گردید و در 8 ژوئن 1869 این اختراع در آمریکا به ثبت رسید. با وجود این، برخی بر این باورند که سازنده این دستگاه فردی امریکایی به نام دنیل هس می باشد.
 

فارغ از سازنده اولین جاروبرقی، پیشرفت روزافزون این وسیله شگفتی آور است. تا جایی که باتوجه به هوشمند سازی و مکانیزه شدن ساختمان ها، جاروبرقی های هوشمند و رباتیک نیز به بازار آمده اند به طوری که آنها جهت تمیز کردن محیط خانه قابل برنامه ریزی اند و کاملا بدون سر و صدا کار می کنند.

جهت حذف جارو از یک مجتمع و حتی یک خانه، جارو مرکزی ابداع و روانه بازار گردید تا این وسیله نیز در هوشمند سازی ساختمان نقش خود را ایفا کند.
همان طور که گفته شد جاروی مرکزی یک سیستم مکش مرکزی به منظور نظافت ساختمان و ارسال زباله ها از طریق لوله های داخل دیوار به محلی دور از محل زندگی شما می باشد. بدین منظور پریزهای مکنده در مکان های مورد نیاز نظافت ساختمان نصب شده و توسط لوله های توکار به دستگاه مکنده مرکزی که در محل مناسب مانند موتورخانه، زیرزمین، انباری، پارکینگ و... نصب شده متصل می گردد. لذا هنگام نیاز با اتصال لوله خرطومی به پریزهای مذکور سیستم مکنده توسط مدار فرمان به طور خودکار روشن شده و امکان نظافت محل مورد نظر فراهم می آید.
 

در ساختمان هایی که به صورت تک واحدی (مستقل) هستند، امکان نصب دستگاه مکنده روی تراس، داخل کمد دیواری، کابینت، سرویس بهداشتی و... نیز وجود دارد. بنابراین جارو برقی مرکزی به دو صورت تجمیعی یا مستقل قابل اجرا ونصب می باشد.
نوع تجمیعی شامل انواع دوموتوره، سه موتوره و چهارموتوره می باشد. و نوع مستقل شامل انواع تک موتوره کیسه ای و تک موتوره سطلی می باشد.
 

نوع مکنده مرکزی و تعداد آن از نظر قدرت نسبت به تعداد و متراژ واحدها استانداردسازی می شود. دستگاه مکنده مرکزی به دو صورت، روی دیوار یا به صورت پایه دار روی زمین قابل نصب می باشد.
جاروبرقی های مرکزی از نظر مخزن زباله در دو مدل مخزنی و پاکتی (کیسه دار) تولید می شود. و لوله های خرطومی که در داخل واحد قرار دارند با قابلیت ارتجاعی(استرج)به همراه انواع سری های نظافتی می باشد.
 

منبع : کتاب نصب و راه اندازی تجهیزات هوشمند ساختمان-رشته مکاترونیک و گروه مکانیک- پدید آورنده : سازمان پژوهش و برنامه ریزی آموزشی