متصل شدن: ساختمان های هوشمند و اینترنت اشیا

اسمارت هوم

سیر تحول مدیریت انرژی ساختمان

در طول سال‌ها، ساختمان‌ها با سیستم‌ها و دستگاه‌های مختلف که طیف وسیعی از استانداردها را پشتیبانی می‌کنند، پیچیده‌تر و پویاتر شده‌اند. چنین پیچیدگی می‌تواند منجر به ناکارآمدی شود. به ویژه هنگامی که سیستم‌ها با یکدیگر “صحبت” نمی‌کنند، در جزیره‌های جدا از هم کار می‌کنند و کارکنان تاسیسات قادر به دریافت دیدگاهی جامع از عملکرد ساختمان نیستند. این یکی از دلایلی است که سیستم‌های مدیریت انرژی ساختمان (BEMS) برای یکپارچه‌سازی بسیاری از سیستم‌ها و عملکردهای متفاوت پدید آمدند. با این حال، در حالی که ارائه یک دیدگاه کل‌نگر و هوشمند از عملیات به سازمان‌ها کمک می‌کند تا با اتخاذ تصمیمات استراتژیک بهتر در مورد استفاده از انرژی، هزینه‌های آب و برق را کاهش دهند، بسیاری از این سیستم‌های اولیه توان پیش‌بینی مصرف و تقاضا را نداشتند. در عوض این سیستم‌های جدید به سادگی عیب‌یابی را به صورت هوشمند اجرا می‌کنند و پس از یافتن مشکل، هشدار ارسال می‌کنند.

نرخ تغییر در فناوری و تکنولوژی مدیریت ساختمان در دهه گذشته سریع و متنوع بوده است. این خبر خوبی برای ساختمان‌ها و زیرساخت‌های قدیمی است. طبق گفته وزارت انرژی ایالات متحده، تا ۷۵ درصد از هزینه طول عمر یک ساختمان صرف عملیات و نگهداری می‌شود و ساختمان‌ها به گونه‌ای طراحی شده‌اند که برای چندین دهه عمر کنند. به عنوان مثال، در نظر بگیرید که بیش از نیمی از ساختمان‌های تجاری در حال بهره‌برداری در اقتصادهای توسعه‌یاقته امروزی قبل از سال ۱۹۷۰ ساخته شده‌اند، بنابراین مهم است که تکنولوژی و راه‌حل‌های مقیاس‌پذیری را در استفاده کنیم که می‌توانند دارایی‌ها را بهینه کنند و هزینه‌های عملیاتی را در دوره‌های زمانی طولانی محدود کنند.

به دلیل پیشرفت‌های زیاد در فناوری در هر سال، به روز بودن با آخرین تکنولوژی ساختمان دشوار است. برای اطمینان از موفقیت، مالکان و اپراتورهای ساختمان به صراحت باید از مزایا و محدودیت‌های جدیدترین تکنولوژی‌ها آگاه باشند. عدم انجام این کار ممکن است منجر به از دست رفتن فرصت‌ها برای کاهش هزینه‌های عملیاتی و انرژی و بهبود راحتی سرنشینان و بهره‌وری کارکنان شود.

این فناوری‌های جدید با تکامل تقاضای قدرت و کارایی ساختمان‌ها اهمیت فزاینده‌ای پیدا می‌کنند. به گفته اداره اطلاعات انرژی ایالات متحده، مصرف انرژی در سراسر جهان تا سال ۲۰۴۰ به میزان ۵۶ درصد افزایش خواهد یافت. انتظار می رود جمعیت جهانی ما ۳۸ درصد افزایش یابد، از ۶.۹ میلیارد در سال ۲۰۱۰ به ۹.۶ میلیارد در سال ۲۰۵۰، و پیش بینی می شود که نیازهای برق ما در این اقتصاد دیجیتال “همیشه فعال” به شدت افزایش یابد. ساختمان ها در حال حاضر حدود ۵۳ درصد از برق موجود جهان را مصرف می کنند. تا سال ۲۰۴۰، این مصرف به ۸۰ درصد برق افزایش خواهد یافت.

در نتیجه، سازمان‌ها به رویکردی تحلیلی‌تر و مبتنی بر داده‌ها برای عملیات و مدیریت هوشمند ساختمان نیاز دارند تا به حداکثر بهره‌وری عملیاتی، کاهش اتلاف انرژی و کاهش هزینه کلی کمک کند. همچنین به طور فزاینده‌ای نیاز به ساختمان‌های هوشمند وجود دارد که محیط‌های راحت‌تر و مدرن‌تری را فراهم می‌کنند که افراد را قادر می‌سازد تا به طور موثرتری کار کنند. در مطالعه‌ای توسط انجمن ساختمان‌های هوشمند قاره‌ای (CABA)، ساختمان‌هایی که شامل اقدامات رفاهی و بهره‌وری (به عنوان مثال، بهبود تهویه، شرایط روشنایی بهبودیافته، و اقدامات گواهی ساختمان سبز است که مستقیماً بر سلامت و تندرستی، عدم حضور، جابجایی کارکنان، عملکرد شغلی و رضایت) مزایای ثابت شده‌ای فراتر از صرفه جویی در انرژی را ارائه می‌دهد.

ساختمان‌ها با هر اندازه می‌توانند از این رویکرد فنی و تحلیلی بیشتر بهره ببرند: تحقیقات نشان می‌دهد که بازار ساختمان‌های تجاری کوچک و متوسط ​​تا سال ۲۰۲۵ بیش از ۶۰ درصد – به ۳۸ میلیارد دلار – رشد خواهد کرد. در واقع، این بازارهای کوچک و ساختمان‌های متوسط ​​می توانند با نظارت موثرتر ۲۰ درصد در قبض انرژی خود صرفه‌جویی کنند. علاوه‌براین، ساختمان های تجاری بزرگ با استفاده از پلتفرم مشترک اینترنت اشیا می‌توانند عملیات ساختمان را بهبود بخشند و مصرف انرژی را تا ۲۹ درصد در سال کاهش دهند.

ساختمان‌های هوشمند و اینترنت اشیا

اینترنت اشیا دقیقا چیست؟ و چه ارتباطی با مدیریت انرژی ساختمان دارد؟

اینترنت اشیا مفهومی برای اتصال هر دستگاهی با کلید روشن/خاموش به اینترنت و/یا به یکدیگر است. اینترنت اشیا از یک پروتکل اینترنت (IP) مشترک برای اتصال دستگاه‌ها استفاده می‌کند که شامل همه چیز از تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها و دستیارهای دیجیتال گرفته تا انواع مختلف حسگرها و سیستم‌ها مانند HVAC، روشنایی و امنیت است.

به عبارت دیگر، اینترنت اشیا یک اکوسیستم دیجیتالی با سرعت در حال گسترش از دستگاه‌های متصل به هم است. در سال ۲۰۱۵، حدود ۱۰ میلیارد دستگاه متصل وجود داشت. تا سال ۲۰۲۰، این تعداد بیش از سه برابر شده و به ۳۴ میلیارد رسیده است. این رشد با توجه به محیط کنونی که اینترنت با پهنای باند بالا به طور گسترده در دسترس است، هزینه‌های تکنولوژی در حال کاهش است، استفاده از گوشی‌های هوشمند در همه‌جا فراگیر شده و دستگاه‌های هوشمند بیشتری با حسگرهای داخلی و قابلیت‌های Wi-Fi طراحی می‌شوند، تعجب‌آور نیست.

بنابراین، چگونه IoT ساختمان‌های هوشمندتر را فعال می کند؟

اینترنت اشیا با اتصال سیستم‌ها و پلتفرم‌های الکتریکی، مکانیکی و الکترومکانیکی به ایجاد شبکه‌های متقابل مبتنی بر شبکه ابری پویا و هوشمند کمک می‌کند. با برقراری ارتباط با یکدیگر، این سیستم‌ها می‌توانند به نظارت هوشمند بر خود کمک کنند و در مواقع ضروری اقدام کنند (مثلاً استفاده از تهویه مطبوع یا گرمایش را در منطقه‌ای که کمتر نیاز است، کاهش دهند) تا داده‌ها و تجزیه و تحلیل‌های مورد نیاز را برای مدیران تاسیسات به منظور بهینه‌سازی هوشمندانه عملکرد و ایجاد فضای هوشمندانه‌تر فراهم کنند.

ساختمان‌ها

تکنولوژی برای فعال کردن این مزیت رقابتی در حال حاضر در دسترس است. اینترنت و کاهش قابل توجه قیمت قطعات فناوری اطلاعات مانند حسگرهای بی‌سیم، تکنولوژی‌های ساختمان هوشمند را بسیار مقرون به صرفه‌تر کرده است، و یک راه‌حل تجاری قوی برای مالکان و سرمایه‌گذاران ایجاد کرده است تا در تکنولوژی‌های هوشمندتر برای افزایش عملکرد ساختمان سرمایه‌گذاری کنند.

به عنوان مثال، حسگرهای پیشرفته انرژی هوشمند – بازاری که درآمد آن بین سال‌های ۲۰۱۶ و ۲۰۲۵ تقریباً سه برابر می‌شود، از ۱.۲ میلیون دلار به ۳.۲ میلیون دلار، طبق تحقیقات Navigant، می‌توانند نقش مهمی در BEMS ایفا کنند.

این دستگاه‌ها حاوی فناوری «حسگر» هستند که داده‌های دیجیتال را به یک BEMS می‌فرستد تا تجزیه و تحلیل و بینش عملی را پشتیبانی کند. سنسورهای هوشمندی که برای مثال دما، سطح دی اکسید کربن، رطوبت و فشار هوا را اندازه گیری و بازخورد مداوم ارائه می‌کنند، می‌توانند اطلاعات ارزشمندی را ارائه دهند. کنترل‌کننده‌ها، گیت‌وی‌ها و حسگرهای هوشمند نیز می‌توانند کارایی انرژی را افزایش داده و به کاهش هزینه‌ها کمک کنند.

 

هوشمندسازی

این دستگاه‌ها، سیستم‌ها و پلتفرم‌های هوشمند به صورت یکپارچه به یک ستون فقرات IP باز و مرکزی متصل می‌شوند تا دیدی جامع از عملکرد ساختمان ارائه دهند. این ستون فقرات نه تنها تمام داده‌های تولید شده توسط دستگاه‌ها را یکپارچه می‌کند، بلکه آن‌ها را از طریق نمایشگرهای رابط کاربری دوستانه (دسک‌تاپ، تبلت و موبایل) که از گرافیک‌های قدرتمند، گزارش‌های غنی از داده و ویژوالیزیشن روندها استفاده می‌کنند، ارائه می‌کند. مهمتر از همه، این ستون فقرات مرکزی به مدیران تاسیسات کمک می‌کند تا از طریق تجزیه و تحلیل داده‌ها و بینش‌های عملی تصمیمات استراتژیک بگیرند تا اطمینان حاصل شود که ساختمان‌ها هوشمندتر کار می‌کنند و با حداکثر کارایی کار می‌کنند. تجزیه و تحلیل داده‌ها همچنین می‌تواند شامل هوش مصنوعی و الگوریتم های یادگیری ماشینی باشد که به ساختمان‌ها در تشخیص و بهینه‌سازی خود به صورت هوشمند کمک می‌کند. این به نوبه خود، محیط‌های راحت تری ایجاد می‌کند که با افزایش مشارکت و رضایت کارکنان، بهره‌وری را افزایش می‌دهد.

با وجود پلتفرم مناسب اینترنت اشیا، ساختمان‌ها برای مدیریت انرژی بهبود یافته با ادغام آسان فناوری آماده هستند. یک پلتفرم باز، ایمن و مقیاس‌پذیر که بینش‌های عمیق و عملی را ارائه می‌دهد، می تواند کارایی عملیاتی ساختمان‌ها را به میزان قابل توجهی افزایش دهد. علاوه‌براین، همبستگی و تجزیه و تحلیل داده‌ها در بین سیستم‌هایی که از لحاظ تاریخی قطع شده‌اند، می‌تواند بینش‌های غیرمنتظره‌ای را به همراه داشته باشد.

به طور خلاصه، اینترنت اشیا در حال ایجاد فرصت‌های عظیمی برای جمع‌آوری و اشتراک‌گذاری اطلاعات است که تأثیر شگفت‌انگیزی بر نحوه مدیریت و بهره‌برداری ساختمان‌ها خواهد داشت. با استفاده از پلتفرم IoT ساختمان هوشمند مشترک، دستگاه‌ها به منظور تحقق این فرصت ها به نرم‌افزار و سایر خدمات متصل می‌شوند.

مثالی از دنیای واقعی آینده ساختمان‌ها را روشن می‌کند

“ساختمان EDGE” چهل هزار مترمربع مساحت دارد. این ساختمان در منطقه تجاری Zuidas آمستردام واقع شده. این مثال نشان می‌دهد که چگونه یک ساختمان هوشمند می‌تواند از اینترنت اشیا برای کمک به بهبود همه جنبه‌های فضای کاری یک شرکت – از مدیریت ساختمان و انرژی گرفته تا روشنایی و امنیت – استفاده کند.

این ساختمان که بر اساس اصول “دنیای جدید کار” طراحی شده است، ساختارهای سازمانی سنتی شرکت‌ها را به چالش می کشد. Edge دارای نمای بیرونی شیشه‌ای، پلان‌های کف باز یا اپن اسپیس بزرگ برای فضاهای کاری انعطاف‌پذیر، و یک دهلیز ۱۵ طبقه چشمگیر پر از نور طبیعی و احاطه‌شده توسط بالکن است.

Edge به‌عنوان یکی از پایدارترین ساختمان‌ها در جهان با رتبه‌بندی ۹۸.۳۶ درصد، طیف گسترده‌ای از راه‌حل‌های مدیریت تاسیسات و انرژی یکپارچه را شامل می‌شود: سیستم توزیع برق، زیرساخت فناوری اطلاعات، دستگاه‌های کنترل، و نرم‌افزار نظارت بر توزیع برق هوشمند. حسگرها، دریچه‌ها، محرک‌های هوشمند و سایر دستگاه‌های میدانی سازگار و متصل با BEMS در سقف‌ها و اتاق‌های فنی نصب شدند تا ساختمان هوشمندتری ایجاد کنند که اینترنت اشیا را به واقعیت تبدیل کند.

این ساختمان که برای شرکت خدمات حرفه‌ای Deloitte ساخته شده است، حاوی حدود ۲۸هزار حسگر هوشمند IoT است که نورهای LED، دما، رطوبت، مادون قرمز و حرکت و بسیاری دیگر از جنبه‌های داخلی ساختمان را کنترل می‌کند. برای مثال، حسگرها می‌توانند به کارکنان نظافت‌کننده پرکاربردترین مناطق کاری در روز هشدار دهند و اطلاعات امنیتی را از طریق یک ربات امنیتی خودکار که در شب در محوطه گشت‌زنی می‌کند، ارائه دهند.

این حسگرها و سایر سیستم‌ها همچنین به کارمندان در طول روز کاری خود کمک می‌کنند. با کمک یک برنامه اختصاصی Deloitte، کارمندان می‌توانند از یک میز (هیچ دفتر یا اتاق از پیش تعیین‌شده‌ای وجود ندارد)، دسترسی به پارکینگ ماشین و دوچرخه و سالن بدنسازی شرکت، تنظیم گرمایش در یک فضای کاری، و یافتن همکاران و سایر کارها به راحتی استفاده کنند.

علاوه بر این، Edge یک ساختمان با انرژی خالص صفر است که ۱۰۲ درصد انرژی خود را از طریق صفحات خورشیدی که سقف ساختمان و دیوار جنوبی را می پوشانند، تولید می‌کند. سایر ویژگی‌های سازگار با محیط زیست شامل ذخیره انرژی حرارتی سیستم گرمایش آب، تهویه فعال با سنسور حرکت، و برداشت آب باران است.

همه سنسورها و سیستم‌های هوشمند به یک ستون فقرات IP متصل می‌شوند که دسترسی بلادرنگ به داده‌های حیاتی ساختمان را ممکن می‌سازد. این ساختمان از EcoStruxure Building (SmartStruxure سابق) استفاده می‌کند، یک پلت‌فرم IoT ساختمان هوشمند باز و مشارکتی که BEMS را با سیستم‌ها، دستگاه‌ها و سرویس‌های ساختمانی مختلف متصل می‌کند تا مدیران تأسیسات را قادر سازد به طور فعال نظارت، اندازه‌گیری و کنترل – هم در محل و هم از راه دور – همه موارد را داشته باشند. 

داده‌های ساختمان و سیستم های فناوری اطلاعات

EcoStruxure Building با پیوند دادن دستگاه‌ها، حسگرها و سیستم‌های هوشمند به سیستم مدیریت ساختمان، منبع تغذیه و عملکردهای فرآیند کمک می‌کند تا اتصال جامع سیستم ساختمان را فراهم کند. این راه‌حل همچنین از پلتفرم ابری Azure مایکروسافت برای بهبود ارائه تجزیه و تحلیل، نرم افزار و خدمات جهانی استفاده می‌کند.

دنیای تکنولوژی ساختمان‌های هوشمند به طور منحصر به فردی برای بهره مندی از اینترنت اشیا آماده شده است. اما، چگونه سازمان‌ها – چه نهادهای چند ملیتی بزرگ باشند و چه کسب‌وکارهای کوچک تا متوسط ​​– چگونه می‌توانند اینترنت اشیا را به بهترین نحو با هم منطبق کنند تا تحولات قابل توجهی را در طول زمان ایجاد کنند؟

بهترین شیوه های IoT ساختمان هوشمند باید در نظر گرفته شوند:

  1. استفاده از اینترنت اشیا به صورت آزمایشی اشکالی ندارد: سازمان‌هایی که می‌خواهند قبل از بازسازی سیستم‌های ساختمانی خود گام‌های سنجیده‌تری بردارند، باید کارهای کوچکی را شروع کنند. به عنوان مثال، آنها می‌توانند از یک پروژه آزمایشی استفاده کنند که بر روشنایی یا جنبه دیگری از نیازهای ساختمان تمرکز دارد. به خاطر داشته باشید که این سیستم آزمایشی و سایر سیستم‌ها باید قابلیت پیکربندی سرتاسری داشته باشند.
  2. از ابتدا یک برنامه محکم بسازید. اهداف مشخص و قابل اندازه‌گیری که سازمان شما می خواهد به آن دست یابد چیست؟ برنامه‌ریزی دقیق از همان ابتدا کلید اصلی موفقیت است. توسعه یک برنامه متفکرانه و مستحکم، الزامات کلیدی برای سخت افزار، نرم افزار، امنیت و زیرساخت هوشمند و سایر عوامل را مشخص می‌کند.
  3. همه ذی‌نفعان کلیدی را شامل شود. این طرح باید همه ذینفعان تاسیسات، از جمله عملیات، امور مالی، فناوری اطلاعات و امنیت را درگیر کند. ذینفعان باید برای ایجاد اهداف و اهداف عملیاتی، بهره‌وری و پایداری که با ارزش‌ها و مأموریت سازمان همسو هستند، وقت بگذارند و قبل از گسترش سیستم هوشمند، ROI را ارزیابی کنند. سپس، آنها می‌توانند یک برنامه واحد ارائه دهند و با پیمانکاران و فروشندگان کلیدی همکاری کنند تا استراتژی موثرتری تولید کنند.

برنامه‌ریزی متفکرانه در اوایل پروژه با اجتناب از موارد اضافی مانند سیستم‌های نرم افزاری متعدد و شبکه‌های موازی به کاهش تغییرات لحظه آخری و پرهزینه کمک می‌کند. برای مثال، ذی‌نفعان می‌توانند «ضرورت‌های» خود را تعیین کنند و در مورد نحوه استفاده مؤثر اینترنت اشیا و سایر تکنولوژی‌های هوشمندسازی به توافق برسند.

از آنجایی که سازمان‌ها فرآیند ساخت ساختمان‌ها را هوشمندتر و کارآمدتر می‌کنند، باید سه جنبه مهم برنامه‌ریزی زیر را در نظر بگیرند:

  1. یکپارچه‌سازی فناوری و قابلیت همکاری: برای افزودن سیستم‌هایی که ستون فقرات شبکه را تشکیل می‌دهند، رویکردی کل‌نگر – نه یک‌جانبه– را در دستور کار قرار دهید. دستگاه‌ها و سیستم‌های مختلف نیز باید مقیاس‌پذیر، سازگار و قادر به ادغام با BEMS باشند. سازمان‌ها باید آماده گسترش سیستم‌های هوشمند در آینده باشند، زیرا تکنولوژی‌های جدید ظهور می‌کنند و ویژگی‌ها و قابلیت‌های اضافی موردنیاز خواهدبود.
  2. تجزیه و تحلیل داده‌های ساختمان هوشمند: در حالی که BEMS پیشرفته می‌تواند مقادیر زیادی از داده‌ها را جمع‌آوری، فیلتر و ترجمه کند تا بینش‌های عملی ارائه کند، مدیران تأسیسات و سایر کارکنان باید آموزش ببینند تا داده‌های مربوطه را نیز تجزیه و تحلیل کنند تا تصمیمات هوشمندانه‌تری بگیرند.
  3. امنیت سایبری و حریم خصوصی داده ها. افزایش اتصال و ضبط داده به معنای فرصت بیشتر برای نشت داده‌ها و نفوذ است. با در نظر گرفتن این موضوع، سازمان‌ها باید از یک پلتفرم ساختمان هوشمند استفاده کنند که امنیت سایبری را در خود جای داده باشد. علاوه‌براین، ایجاد نظارت بر جمع‌آوری، ذخیره و استفاده از داده‌ها، در میان سایر سیاست‌های امنیت سایبری، به امنیت داده‌های شرکت کمک می‌کند.

در نتیجه، در حالی که اینترنت اشیا هنوز یک مفهوم جدید است – تنها درصد کمی از سازمان‌ها در حال حاضر از اینترنت اشیا برای مدیریت ساختمان استفاده می‌کنند – ساختمان‌های بیشتری از تکنولوژی برای ایجاد ساختمان‌های هوشمندتر استفاده می‌کنند که کارایی، بهره‌وری و رضایت کلی را افزایش می‌دهند.