ساختمان هوشمند

۲۶ مهر ۱۳۹۶ اشتراک گذاری
ساختمان هوشمند

مقدمه

خانه هوشمند یا ساختمان هوشمند، ساختمانی می باشد که توسط سیستم های پیشرفته ی اتوماسیون به منظور نظارت و کنترل از راه دور طراحی می شود. یکپارچه سازی و تسهیل کاربری تمامی امکانات ساختمان بر روی سامانه‌هایی نظیر پنل لمسی، تلفن های هوشمند، تبلت و ریموت کنترل ها از مزایای این سیستم‌ها است. یک خانه هوشمند می تواند دارای امکاناتی همچون دوربین های ساختمان، سیستم امنیتی و اعلام حریق، کنترل روشنایی ها، تهویه مطبوع، درب ها و پنجره ها، پرده ها و وسایل چندرسانه ای با بهترین عملکرد باشد.

نویسنده: مصطفی سپهریان
مدیر فنی شرکت 
هوش‌کاوان فناوری نوین آیریک 


تعریف

خانه هوشمند یا ساختمان هوشمند، ساختمانی می باشد که توسط سیستم های پیشرفته ی اتوماسیون برای نظارت و کنترل از راه دور طراحی می شود. یکپارچه سازی و تسهیل کاربری تمامی امکانات ساختمان بر روی سامانه‌هایی نظیر پنل لمسی، تلفن های هوشمند، تبلت و ریموت کنترل ها از مزایای این سیستم‌ها است. پک خانه هوشمند می تواند دارای امکاناتی همچون دوربین های ساختمان، سیستم امنیتی و اعلام حریق، کنترل روشنایی ها، تهویه مطبوع، درب ها و پنجره ها، پرده ها و وسایل چندرسانه ای با بهترین عملکرد باشد.

در سال 2003، دپارتمان صنعت و تجارت انگلستان (DTI) تعریف زیر را برای یک خانه هوشمند ارائه کرد:

خانه ای دارای یک شبکه ارتباطی که لوازم و خدمات برقی کلیدی را به هم متصل می کند، و اجازه نظارت و کنترل از راه دور را می دهد.

کاربردها 

امروزه با توجه به پیدایش سیستم های High Tech و استفاده از برنامه ها و ابزارهای سخت افزاری و نرم افزاری، رفاه مطلوب افراد به سطح بالایی از کیفیت رسیده است. خانه ی هوشمند از فناوری اتوماسیون سازی ساختمان بهره می گیرد تا بازخوردها و اطلاعات هوشمندی از طریق نظارت بر اقصی نقاط خانه و امکاناتش را برای صاحب خانه مهیا کند. برای مثال یک خانه ی هوشمند می تواند به مراقبت از حیوانات خانگی در زمان مسافرت صاحب خانه بپردازد و آب و غذای آنها را به موقع تأمین کند.

بوسیله ی برپا کردن سیستم های هوشمند سازی ساختمان، برخی رفتارهایی که از روی عادت و به صورت غیر ارادی انجام می گیرد با مدیریت هوشمند پردازنده های سیستم به دست فراموشی سپرده می شود و در هزینه ی منابع انسانی، زمان و مصرف انرژی مبلغ قابل توجهی صرفه جویی ‌به‌عمل می‌آید.

اطلاع داشتن در هر مکان و هر زمان از وضعیت داخلی و خارجی خانه، از دیگر کاربردها و مزایای سیستم‌ های مدیریت هوشمند ساختمان می باشد که امنیت بالایی را برای صاحبان ساختمان به ارمغان می آورد.

با امکان تعریف سناریوهای مختلف طبق خواسته ی مصرف کننده برای حالت های مختلف زندگی (اعم از مسافرت، سناریو های ورود و خروج، سناریو خواب و بیداری، سناریو میهمانی و مطالعه و ...)، علاوه بر مصرف بهینه ی انرژی به مطبوع سازی شرایط زندگی و آسایش و راحتی ساکنین ساختمان کمک شایانی می شود.

کنترل از راه دور (پیامکی و اینترنتی) یا برنامه ریزی تمامی امکانات ساختمان نظیر:

  • گرمایش، سرمایش و تهویه مطبوع
  • سیستم نورپردازی شامل روشنایی های معمولی، نورپردازی رنگی، روشنایی های دیمری
  • کنترل هوشمند مصرف کننده ها و شبکه برق داخلی برای استفاده ی صحیح از انرژی خورشیدی
  • کنترل و نظارت بر دربها، پنجره ها، پرده ها و سایبان ها
  • کنترل از راه دور یا هوشمند سیستم های آبیاری، آکواریوم ها و تغذیه حیوانات خانگی
  • سیستم امنیتی (حضور و تردد)، اعلام حریق و دوربین های نظارتی
  • سنسورهای تشخیص نشتی گازهای خطرناک، سمی و قابل اشتعال
  • امکانات ویژه برای خردسالان، سالمندان و توانیابان

اجزاء تشکیل دهنده 

تهویه مطبوع

قابلیت نظارت بر کیفیت و شدت دما از راه دور و داخل ساختمانِ هوشمند و نیز کنترل به صورت فازی یا با شروط از پیش تعیین شده هم به آسایش اهالی یک ساختمان هوشمند کمک می کند و هم در مصرف بهینه انرژی تأثیر گذار است.

همچنین بر اساس زمان بندی و با توجه به سناریو شرایط زندگی (خواب، بیداری، میهمانی و ...) می توان وسایل گرما ساز و سرما سازی چون چیلر، کولر، فن کویل ها، هواساز ها و ... را به صورت هوشمند یا برنامه ریزی شده فرمان داد.

روشنایی ها و نورپردازی هوشمند

قابلیت فرمان و نظارت بر سیستم های روشنایی از راه دور یا به صورت برنامه ریزی شده در بسیاری از موارد از الزامات زندگی امروزه می باشد. نورپردازی رنگی (RGB) به صورت افکت دار یا ثابت بر زیبایی نمای خانه و تزئینات داخلی آن می افزاید و در میهمانی ها و جلوه گر شدن ساختمان نقش بسزایی دارد. با هوشمندسازی ساختمان، قابلیت کنترل هوشمند روشنایی با توجه به سناریوها و شرایط زندگی و محیط خارجی بوجود آمده و مصرف انرژی تا حد بسیاری کاهش خواهد یافت. این امر علاوه بر کاهش هزینه های انرژی برای مالک ساختمان هوشمند، منجر به کاهش نگرانی های محیط زیست ناشی از مصرف بی رویه سوخت های فسیلی در نیروگاه ها می گردد.

پریزها و وسایل کاربردی هوشمند

پریزهای هوشمند ارتباطی بین سیستم خانه ی هوشمند و وسایل کاربردی داخل خانه (هوشمند یا غیرهوشمند) می باشند. با استفاده از اپلیکیشن روی تلفن همراه یا پنل مرکزی داخل خانه توانایی کنترل پریزها می باشدمی‌آید (چرا می آید؟) و حتی امکان مانیتور کردن پارامترهای برق مصرفی (توان و جریان) به مصرف کنندگان فرصت مدیریت بهتر و بیشتر انرژی را می دهد.امروزه بسیاری از وسایل کاربردی خانه و آشپزخانه به امکان اتصال به شبکه داخلی خانه (اعم از کابلی و بی سیم) مجهز می‌ باشند. از این طریق کنترل آنها به راحتی امکان پذیر می باشد و می توان به حتی در صورت عدم حضور در منزل ناهار را درست کرد!

سیستم امنیتی، درب ها و دوربین ها

امکان نظارت از راه دور بر محیط داخلی و خارجی خانه در همه جا و همه زمان، از مزایای خانه های هوشمند است. دسترسی راحت به سیستم امنیتی، قابلیت کنترل از راه دور آن (فعال و غیرفعال کردن) و همچنین باز و بست کردن درب ورودی ساختمان یا ورودی خانه، جزو مواردی است که آسایش و آرامش را در کنار امنیت به همراه می آورد.

پنجره ها، پرده ها و سایه بان ها

قابلیت کنترل هوشمند و از راه دور پنجره ها این امکان را به مصرف کننده می دهد که با باز و بسته شدن به موقع، مناسب با دما و شرایط خارجی و داخلی محیط خانه، تا حد امکان برای تهویه ی مطبوع شرایط زندگی از هوای طبیعی استفاده شود و در مصرف انرژی های گاز و برق صرفه جویی صورت گیرد. علاوه بر آن کنترل هوشمند و از راه دور پرده ها و سایه بان ها هم علاوه بر کمک به بالا رفتن راندمان سیستم های حرارتی و بردوتی و کاهش مصرف انرژی، امکان استفاده از نور طبیعی خورشید در زمان های مشخص و با لوکس نوری مناسب را می دهد. همچنین با باز و بسته کردن تصادفی یا برنامه ریزی شده ی پرده های خانه هوشمند، شرایط حضور را در مواقعی که کسی در خانه نیست یا اهل خانه به مسافرت رفته اند شبیه سازی می کند و این به افزایش امنیت از دید بیرونی می انجامد.

سیستم های آبیاری باغچه و گلخانه و نگهداری از حیوانات خانگی


این سیستم ها هم بسیار مورد توجه مشتریان و مصرف کنندگان سراسر جهان قرار گرفته چون نگهداری و غذا دادن به حیوانات خانگی یا بررسی و ثابت نگهداشتن شرایط آکواریوم ها از عواملی است که همواره مانع از مسافرت های بدون نگرانی می‌ شده است. با استفاده از امکانات خانه ی هوشمند، می توان به صورت برنامه ریزی شده یا هوشمند آبیاری باغچه ها را انجام داد و در مصرف آب هم صرفه جویی کرد. اعلام شرایط محیط آکواریوم، گلخانه و باغچه به رشد و نمو بهتر گیاهان و سلامت آبزیان کمک شایانی می کند.

به طور کلی یک سیستم خانه ی هوشمند شامل حسگرها (Sensors)، عملگرها (Actuators) و سیستم فرمان مرکزی می باشد. حسگرها نقش نظارت بر شرایط داخلی خانه، عملکرد صحیح عملگرها و ارائه ی بازخورد از شرایط در هرلحظه را دارا می باشند. در این بین می توان به حسگرهای دما، نور، حضور شخص، باد سنج و ... اشاره کرد. عملگرها نقش تبدیل سیگنالهای دیتا و فرمان هایی که از سمت کاربر می آید را به سیگنال های قدرت برای عملکرد دستگاه ها دارند، عموما عملگرها متشکل از تعدادی رله ی قدرتی، ماسفت ها و ترانزیستورهای قدرت، شیرهای برقی و موتورهای برقی برای اعمال فرمان به ادوات مختلف در ساختمان هوشمند هستند. سیستم فرمان مرکزی مغز پیچیده ی خانه ی هوشمند است، که شرایط محیطی را از حسگرها دریافت می کند، بر اساس فرامین کاربر (که می تواند به صورت لمسی توسط پنل های داخل خانه، از طریق تلفن همراه و تبلت ها در خانه و خارج خانه با اینترنت و پیامک یا حتی فرمان های صوتی و اشاره ای باشد) پردازش می کند و متناسب با تمام این ها فرمان های خاص را به عملگرها ارسال می کند و بازخورد آنها را می گیرد. به طور معمول نیاز به یک مودم یا ماژول Wi-Fi برای ارتباط با تجهیزات بیسیم کاربر و مودم GSM برای ارتباط با شبکه مخابراتی GSM و GPRS احساس می شود.

BMS و خانه ی هوشمند 

یک سیستم مدیریت ساختمان (BMS) سامانه ای مبتنی بر رایانه است که به منظور کنترل و نظارت وسایل الکتریکی و مکانیکی ساختمان چون روشنایی ها، سیستم قدرت، سیستم آتش نشانی، سیستم های امنیتی و تهویه در ساختمان نصب شده است. این سامانه توسط یک شبکه ی در به هم پیوسته، تمامی امکانات فوق را توسط یک نرم افزار به صورت یکپارچه بر روی یک سرور در اختیار اپراتور حرفه ای می گذارد. اما چیزی که عملا در بازار ایران می بینیم، هر کدام از اجزاء یک سیستم یکپارچه BMS را به اشتباه با لفظ جامع BMS می شناسند، مثل سیستم تهویه مطبوع، یا سیستم امنیتی.

از عمده تفاوت های BMS و خانه ی هوشمند در توانایی اعمال فرمان و دسترسی توسط خود مصرف کننده (کاربر) با رابط های کاربری نظیر پنل های لمسی، گوشی موبایل، تبلت، ریموت کنترل، اینترنت و پیامک می باشد. همچنین به طور معمول هزینه ی اجرای سیستم های BMS بالاتر تمام می شود و غالبا در ساختمان های عمومی (نظیر دانشگاه ها، مجتمع های اداری، تجاری و بیمارستان ها) دیده می شود که مصرف کنندگان و افراد داخل ساختمان دسترسی به سیستم مدیریت ندارند و توسط اپراتور موارد فرمان دهی می شود.

نحوه ی اجرای کلی 

یک بستر شبکه (بی سیم یا سیمی) برای پیاده سازی خانه ی هوشمند و اتصال تمامی امکانات به هم از ملزومات خانه های هوشمند می باشد. تعداد بسیار زیادی پلتفرم تکنولوژی و پروتکل برای پیاده سازی ساختمان هوشمند وجود دارد و هرکدام دارای شیوه مخصوص به خود است. هر روش با دستگاه های مختلف ارتباط برقرار می‌کند و به آنها می‌گوید تا چگونه کار کنند.

پروتکل های اتوماسیون به شیوه های سیم کشی مستقیم، خط قدرت، بی سیم هیبریدی و بی سیم مرسوم هستند.

بیشتر این پروتکل ها متن باز نیستند. همگی دارای API می‌باشند.

انواع پروتکل های رایج سیستم های خانه هوشمند

یادداشت ها


نرخ نقل و انتقال داده
شیوه ارتباط
پروتکل
C-Bus یک استاندارد ارتباطی شامل 7 لایه OSI مدل برای هوشمند سازی منازل است که میتواند توسط کابل Cat 5 تا یک کیلومتر منتقل شود.
3500 بیت بر ثانیه
ارتباط رادیویی
C-Bus
902 مگاهرتز در آمریکای شمالی
9600 بیت بر ثانیه
ارتباط رادیویی
EnOCean
خانواده سازگار با سیستم روشنایی و محصولات کنترل منازل شرکت SmartLabs، X10. در این سیستم ها هم از ارتباط رادیویی 915 مگاهرتز و هم از خط قدرت استفاده میشود. همه دستگاه های Insteon تکرار کننده دستورات برای هم می‌باشند، بدین صورت که هرچه تعداد این دستگاه ها بیشتر باشد، شبکه بیسیم بهتر عمل می‌کند.
13165 بیت بر ثانیه در حالت Insteon
درغیر این صورت 2880 بیت بر ثانیه
ارتباط رادیویی، PLC
Insteon
استاندارد سازی شده بین المللی (ISO/IEC) در کانادا (CSA-ISO) در اروپا (CENELEC/CEN) در چین (GB/T)
9600 بیت بر ثانیه
PLC، ارتباط رادیویی، زوج به هم تابیده، مادون قرمز و اتنرنت
KNX
براساس LowPAN با استاندارد شبکه IPv6 که برای اتوماسیون منازل طراحی شده است.
20000 – 250000 بیت بر ثانیه
ارتباط رادیویی
Thread
خط قدرت یونیورسال: یک ارتباط دوطرفه است که امکان ساخت خطوط قدرت برای کاربردهای اداری و صنعتی قابل استفاده است.
480 بیت بر ثانیه
PLC
خط قدرت یونیورسال
ZigBee PRO و ZigBee Remote Control (RF4CE) در بین دیگر نمایه های ZigBee، بر پایه پرتکل IEEE 802.15.4، که یک پرتکل صنعتی استاندارد بی سیم است، می باشند و بر باند فرکانسی 2.4GHz ارتباط برقرار می کنند. این پرتکل برای مسافت های حدود 100 متر مثل خانه ها و ساختمان ها که داده ها با نرخی پایین و گهگاه مبادله می شوند خوب است. بعلاوه فرکانس های رادیویی 915 MHz (در آمریکا و استرالیا) و 868 MHz (اروپا) هم استفاده می شود.
20-250 کیلوبیت بر ثانیه
ارتباط رادیویی
ZigBee

Z-Wave یک فناوری ارتباط رادیویی کم مصرف است که در ابتدا برای مصارف اتوماسیون خانگی طراحی و تولید شده است. فرکانس های مورد استفاده 908.42 MHz در آمریکای شمالی و زیر 1 GHz در دیگر کشورها می باشند.

متناسب با پرتکل انتخابی، زیر ساخت و امکانات اولیه مورد نیاز (مثل بستر سیم کشی و ...) مشخص می شود. برخی از سیستم های بی سیم روی ادوات سنتی و خانه های ساخته شده قابل اجرا هستند (که البته تمام امکانات را الزاماً اراه نمی دهند) و بعضی از سیستم ها هم نیاز به طرح نقشه برق ساختمان، سیم کشی های قبل از مرحله گچ کاری و لوله گذاری دارند.

وضعیت هوشمند سازی در ایران 

همانطور که در بخش های قبل ذکر شد، استفاده ی اشتباه از لفظ BMS در بازار ایران بسیار رایج می باشد. به طوری که حتی یک بخش مجزا از BMS نظیر کنترل یکپارچه ی روشنایی ها یا فقط تهویه کنترلی و هوشمند هوا (نظیر ترموستات ها) به اشتباه BMS نامیده می شوند. این موارد و همچنین عدم کیفیت برخی از تولیدات و خدمات داخلی در سال های اخیر، نام هوشمند سازی و BMS را در بازار خراب کرده است به طوری که مشتریان زیادی از مقوله ی هوشمندسازی ساختمان فرار می کنند. البته تیم ها و شرکت های قوی در زمینه اجرای سیستم های BMS و هوشمند سازی ساختمان هم وجود دارند که مشاوره پیش از فروش و خدمات پس از فروش مناسبی را ارائه می دهند. به همین ترتیب برخی تولیدکنندگان داخلی هم به سمت طراحی و ساخت سیستم های هوشمندسازی ساختمان رفته اند که بعضی از آن ها دانش بنیان بوده و سیستم های مرغوب، با کیفیت و با خدمات پس از فروش مناسبی ارائه می دهند. اما به طور کلی هنوز در ایران ساختمان هایی که BMS را به معنای واقعی آن و با تمام امکانات مدیریت یکپارچه پیاده کرده باشند به تعداد دو رقمی نرسیده اند. همچنین در بحث خانه ی هوشمند هم تعداد بسیار کمی از ساختمان های کشور با امکانات کامل خانه ی هوشمند مجهز شده اند. اکثرا انبوه سازان و سازندگان با قصد فروش، فقط از امکانات پایه ی خانه ی هوشمند به منظور کاهش هزینه و فقط نام بردن از خانه ی هوشمند یا BMS در خانه ی ساخته شده برای فروش با قیمت بالاتر استفاده می کنند.

هزینه ها 

با توجه به برندهای مختلف خانه هوشمند و امکانات مورد نیاز کاربر (که به صورت اختیاری می تواند نصب یا عدم نصب آن را انتخاب کند) هزینه ها بسیار متفاوت می باشند. برندهای آمریکایی (مثل Control4) بالاترین هزینه را دارند و بعد از آن برندهای اروپایی خوب با قیمت های بالا و کیفیت بالا در بازار موجود می‌باشند. برندهای ترکی و چینی هم مثل تمام محصولات دیگر با کیفیت خوب و قیمت بالا یا کیفیت پایین و قیمت پایین در بازار یافت می شوند که معمولا خدمات پس از فروش مناسبی ندارند. برخی از هموطنان عزیز هم متأسفانه سیستم های بسیار بی کیفیت و بدون هیچکدام از عملکردهای خانه‌های هوشمند و اتوماسیون خانگی را با قیمت های بسیار پایین و فقط برای نفوذ در بازار تولید کرده اند که نه گارانتی و خدمات پس از فروش مناسبی دارد و نه کارایی و دوام خوبی دارد. اما از سویی دیگر، به تازگی برندهای خوب تولید داخل هم در بازار رونق پیدا کرده اند که قیمت های به نسبت بهتری از نمونه های با همان کیفیت خارجی را دارند و مهمتر از همه خدمات پیش و پس از فروش مناسبی را ارائه می دهند.

نام تجاری
فعالیت اصلی
کشور
AMX
خانه هوشمند
امریکا
Control4
خانه هوشمند
امریکا
Crestron
خانه هوشمند
امریکا
CVS
خانه هوشمند
ترکیه
HomeLogic
خانه هوشمند
امریکا
Colorado vNet
خانه هوشمند
امریکا
ABB
خانه هوشمند
آلمان
Vantage Control
خانه هوشمند
بلژیک
VITRUM
خانه هوشمند
ایتالیا
INGENIAM
خانه هوشمند
اسپانیا
HDL
خانه هوشمند
چین
MDT
خانه هوشمند
آلمان
TIS
خانه هوشمند
چین - امریکا
ZIPATO
خانه هوشمند
کرواسی
VERA
خانه هوشمند
چین - امریکا
G4
خانه هوشمند
امریکا
AVE
کلید پریز لمسی
ایتالیا
Elk Products
امنیت
کره
Honeywell
امنیت- هوای مطبوع
امریکا
GE Security
امنیت
تایوان
HUR
امنیت
فلاند
Centralite
روشنایی
امریکا
Hawking Technologies
روشنایی
انگلیس
Intermatic
روشنایی
کانادا
Jasco
روشنایی
اسپانیا
Lutron
روشنایی
سوئد
Leviton
روشنایی
امریکا
Charmed Quark
نرم افزار
برزیل
Cinemar
نرم افزار
هند
HomeSeer
نرم افزار
امریکا
Promixis (NetRemote)
نرم افزار
سنگاپور
Lagotek
هوای مطبوع
آلمان
Mi Casa Verde
هوای مطبوع
ایتالیا
Schneider
پنل
آلمان
Xanboo
پنل
مالزی
Cortexa Automation
پنل
امریکا
iControl Networks
پنل
امریکا
JDS
پنل
امریکا
Residential Control Systems
از راه دور
چین
Wayne-Dalton
از راه دور
امریکا
FSYS
پنل-برد واسط-نرم افزار
مشهد - ایران
آینام صنعت نفیس
نرم افزار - برد واسط
مشهد - ایران
آترین نوین
نرم افزار - برد واسط
مشهد - ایران
هوشمند فرتاک
نرم افزار- امنیتی
تهران - ایران
فریتز
برد واسط
اصفهان - ایران
هوشمند ساز پویا
برد واسط
تهران - ایران
فناوران انرژی سبز
نرم افزار - برد واسط
تهران - ایران
هیراد
برد واسط
مشهد - ایران

شرایط نگهداری پس از اجرا 

برخی برندهای خارجی برای اعمال سناریوها و فرامین برنامه ریزی شده مورد علاقه کاربر، نیاز به برنامه ریزی توسط متخصص دارند که هنگام نصب طبق توافق با مصرف کننده برنامه ریزی می شود. اما بعضی از برندها توسط خود کاربر با اپلیکیشن تلفن همراه یا تبلت یا از روی خود پنل قابل برنامه ریزی سناریوها هستند. به طور کلی خدمات پس از فروش شامل گارانتی و برنامه ریزی های بعدی در سیستم های هوشمندسازی ساختمان بسیار مهم هستند و حتما از شرکت ها و محصولاتی استفاده کنید که گارانتی مناسبی بدهند. برخی شرکت های تولیدی و اجراکننده ی داخلی خدمات بسیار خوبی می دهند.

توالی اجرا

سیستم های با بستر سیمی نیاز به نقشه پیش از سیم کشی دارند. سپس بعد از سفت کاری کار سیم کشی ها و شبکه کشی شروع می شود تا پیش از مرحله نازک کاری به اتمام برسد. سیم کشی گفته شده غالبا شامل یک سیم شبکه (بر اساس استاندارد محصول) از سرور، عملگرها و رابط کاربری می گذرد و در کنار آن ممکن است نیاز به کشیدن سیم تغذیه ولتاژ DC برای مواقعی که از باتری پشتیبان در کنار سیستم استفاده می شود باشد. به طور معمول سیم های سر مصرف کننده به یک تابلو برق شامل عملگرها (باکس های رله) و فیوزها می آیند. بعد از اتمام گچ کاری و رنگ آمیزی ساختمان پنل های لمسی نصب می شوند.

اما در سیستم های بی سیم، با توجه به نوع پوکه های مورد استفاده برای پنل ها و کلیدهای هوشمند، در مرحله سفت کاری نیاز به جایگذاری موارد ذکر شده می باشد. سیم کشی به صورت معمول و طبق روال همیشگی انجام می گیرد و در نهایت پس از مرحله ی نازک کاری وارد فاز اجرای سیستم می شود.