تصفیه آب و فاضلاب

گرد آورنده: فاطمه زارعی

آبان 95

معرفی ساختمان های هوشمند:

ساختمان های هوشمند دارای کنترل کننده مرکزی و خودکاری هستند که دمای ساختمان، تهویه هوا و هوای مطبوع، روشنایی و غیره را تنظیم کرده و بدین منظور از سیستم مدیریت ساختمان (BMS) یا سیستم اتوماسیون ساختمان (BAS) استفاده می شود. سیستم مدیریت ساختمان توانایی مانیتورینگ و کنترل تجهیزات مکانیکی و الکتریکی ساختمان نظیر گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع (HVAC)، روشنایی، انرژی، آتش نشانی و سیستم های ایمنی را دارا هستند. همچنین سیستم های مدیریت ساختمان توانایی تأمین حرارت مطمئن در ساختمان های تجاری (شامل ساختمان های صنعتی و سازمانی) و توانایی کاهش انرژی مصرفی را دارند. با این حال اکثر سیستم های تهویه مطبوع (HVAC) توسط کنترل کننده های معمولی که توابع آن بر اساس کنترل کننده ON/OFF است و کنترل کننده های تناسبی- انتگرال گیر- مشتق گیر (PID) کنترل می شوند. این کنترل کننده ها به دلیل اینکه سیستم های تهویه مطبوع (HVAC) غیرخطی هستند، برای ذخیره انرژی راه حل نهایی نیستند. بنابراین به منظور ذخیره انرژی و هزینه در ساختمان های هوشمند از کنترل کننده های دیگر نظیر کنترل کننده فازی استفاده می شود.

ساختمان های تجاری مقدار قابل توجهی انرژی مصرف می کنند که تأثیر مستقیمی بر محیط زیست دارند. سیستم تهویه مطبوع (HVAC) و سیستم روشنایی 60  درصد از کل انرژی ساختمان را مصرف می کنند و باقی 40 درصد انرژی در موارد دیگر بسته به کاربرد ساختمان استفاده می شوند.

ذخیره انرژی بوسیله روش های مختلفی نظیر مقررات سختگیرانه در ساخت و ساز، طراحی بهتر و نصب کنترل کننده هوشمند و استفاده از لوازم کارآمد، استفاده از انرژی های تجدید پذیر و تکنولوژی های خنک کننده با انرژی کم قابل انجام است.

درسال های اخیر، ساختمان های استرالیا با تمرکز بر کاهش هزینه عملیات و کاهش اثرات مخرب بر محیط زیست با کاهش انرژی مصرفی و کاهش انتشار گازهای سمی در ساختمان های تجاری و مسکونی در حال ورود به عصر جدیدی هستند.

بنابراین، مدیریت انرژی سیستم های تهویه مطبوع و سیستم های روشنایی سبب ذخیره مقدار قابل توجهی از انرژی شده و همچنین منجر به حفظ تعادل بین بهره وری انرژی ساختمان و آسایش ساکنان آن می شود. به منظور ارائه یک محیط کار مناسب برای ساکنین ساختمان، سیستم های تهویه مطبوع باید سطح آسایش حرارتی و محیط زندگی سالم را فراهم کنند. وظیفه اصلی سیستم های تهویه مطبوع حفظ محیط داخلی در حالت استاندارد با حداقل مصرف انرژی و حداقل تاثیر منفی بر محیط زیست، است. کیفیت محیط داخلی توسط چهار مورد زیر کنترل می شود:

این چهار فاکتور به جز حفاظت از سر و صدا به طور عمده توسط سیستم مدیریت ساختمان (BMS) کنترل می شوند. زیر سیستم های اصلی سیستم مدیریت ساختمان عبارتند از سیستم تهویه مطبوع، سیستم روشنایی، سیستم ایمنی و آتش نشانی و کنترل دسترسی.

سیستم مدیریت ساختمان توانایی کاهش مصرف انرژی و افزایش آسایش حرارتی در ساختمان های صنعتی یا سازمانی را دارد. همچنین توانایی  نظارت و کنترل موارد مختلفی نظیر امنیت، افزایش بهره وری، آسایش ساکنان و مدیریت انرژی را دارا است. اما اکثر ساختمان های توسط کنترل کننده های سنتی که عملکرد آن ها براساس مدل ریاضی پروسه است، کنترل می شوند. اینگونه کنترل کننده ها برای سیستم هایی که محیط عملیاتی آن ها غیر خطی است مناسب نیستند، به عنوان مثال سیستم تهویه مطبوع.

دمای مطلوب توسط ضریب پیش بینی میانگین آرا (PMV) شناسایی می شود. PMV از 3- تا 3+ است. برای مثال بیانگر اطلاعات زیر است:

3- : سرد  ،  2- : نسبتاً سرد  ،  1- : سرد دلپذیر  ،  0 : طبیعی  ،  1+ : گرم دلپذیر  ،  2+ : نسبتاً گرم  ،  3+ : گرم

در واقع صفر بیانگر هوای متعادل و اعداد مثبت بیانگر دمای محیطی گرم و اعداد سرد بیانگر دمای محیطی سرد است. مقادیر ضریب PMV توسط معادلات ریاضی یا پارامترهای دمای مطلوب و با توجه به نوع پوشش و فعالیت ساکنین ساختمان تعیین می شوند.

سلامتی انسان و درنتیجه تولیدات انسان که متاثر از کیفیت هوای داخلی ساختمان است، به عنوان معیاری برای سنجش کیفیت هوا است. همچنین کیفیت هوا متاثر از آلاینده های گازی یا ذرات بیولوژیکی، ذرات آزاد شده توسط ساختمان به داخل هوا و تهویه هوای نا کافی  است. با توجه به میزان کربن دی اکسید (CO₂) در ساختمان می توان کیفیت هوا را تشخیص داد.

نوع آلودگی و میزان آن در هر ساختمان بستگی به موقعیت جغرافیایی آن، موادی که در طول ساخت آن استفاده شده، نوع فعالیت ساختمان و حجم ترافیک اطراف آن دارد و در هر ساختمان متفاوت خواهد بود. کیفیت هوای داخلی ساختمان موضوع مهمی برای طراحان ساختمان، کارمندان یا ساکنین و مالکان آن است. اما در اکثر ساختمان های تجاری، نرخ تهویه به منظور کنترل دما و در نتیجه کاهش انرژی مصرفی کاهش یافته است. بنابراین این امر منجر به تخریب کیفیت هوای داخل ساختمان می شود که به عنوان بیماری سندروم ساختمان (SBS) شناخته شده است. این مشکل می تواند توسط سیستم تقاضای کنترل تهویه (DCV)، که یک راه حل کارآمد جهت بهینه سازی مصرف انرژی و کنترل کیفیت هوای داخل ساختمان ارائه می دهد، حل شود. علاوه بر این، DCV روشی جهت تنظیم خودکار تجهیزات تهویه براساس تقاضای ساکنین ساختمان است. DCV یک روش کنترلی به منظور تبادل هوای تازه یا تبادل هوای بیرون ساختمان به داخل فضای بسته به وسیله تجهیزات مکانیکی تهویه هوا است. مهندسان طراحی استانداردی مرجع وضع کرده اند که طبق آن سنسورها، جدول زمانی و حلقه های کنترلی برای رسیدن به کیفیت هوای مطلوب تعیین شده است. DCV یکی از بخش های اصلی سیستم مدیریت ساختمان (BMS) است و براساس غلظت آلاینده ها به عنوان مثال غلظت گاز کربن دی اکسید (CO₂) تهویه هوا را کنترل می کند.

در دنیا روش های مختلفی برای کنترل شرایط دمایی داخل ساختمان ها وجود دارد. به عنوان مثال سیستم های کنترل فازی می توانند نقطه مطلوب را در حضور ساکنین یا در ساختمان خالی تعیین کنند و در نتیجه قادر به بهینه سازی مصرف انرژی با تنظیم نقطه مطلوب و خاموش کردن بخشی از سیستم ساختمان در صورت لزوم هستند.

نتیجه گیری:

به منظور طراحی سیستم تهویه مطبوع و سیستم روشنایی مهم ترین موضوع بهینه سازی انرژی مصرفی و برآوردن محیطی مطلوب بسته به کارآیی ساختمان است. برخلاف پیشرفت هایی که در کنترل کننده های BMS و فناوری کامپیوترها بوده، که منجر به پیشرفت در  طراحی، عملکرد و از همه مهم تر پیشرفت در برنامه نویسی شده است، عملکرد سیستم های تهویه مطبوع و روشنایی در ساختمان های تجاری همچنان به اندازه کافی موثر نیست. علت این امر استفاده از کنترل کننده های سنتی (کنترل کننده های ON/OFF) است، که منجر به مصرف انرژی بالا می شود. بنابراین استفاده از کنترل کننده های جدید تر نظیر فازی می تواند نتیجه بهتری داشته باشد. کنترل کننده های جدید از ورودی، خروجی و فیدبک های مختلفی استفاده می کنند که اکثراً شامل عوامل طبیعی نظیر تعداد ساکنین ساختمان، روشنایی طبیعی، تهویه طبیعی و غیره هستند.