پیمانکار رتبه یک تاسیسات

رله­ های اضافه جریان
2017-02-28
سنجش و کنترل در سیستم‌های تهویه مطبوع – بخش اول
2017-03-04

بهبود کارایی HVAC با استفاده از IoT

گردآورنده: بهزاد سینافر
اسفند ماه ۹۵

مقدمه :

در مقالات مختلفی به بررسی ویژگی های سیستم های HVAC  و هم چنین پدیده اینترنت اشیا IoT پرداخته شده است. سیستم های HVAC و سایر سیستم های تاسیساتی در گذشته عمدتا به صورت ایزوله طراحی و پیاده سازی می شدند که در سال های اخیر امکان اتصال آنها به سیستم BMS ساختمان فراهم گردیده است. با طراحی سیستم های دارای امکان اتصال نقطه ای به اینترنت، این امکان برای مجریان تاسیسات مکانیکی  فراهم گردیده است که بتوانند از پتانسیل بالقوه اینترنت اشیا IoT در سیستم های مرتبط با HVAC به نحو احسن استفاده کنند.

در ارتباط با موضوع پیچیدگی و هوشمندی  صنایع مربوط به HVAC، اولین و پرکاربردترین سیستمی که مورد بررسی متخصصان قرار می گیرد ترموستات های هوشمند هستند که طبق اخرین آمار ارائه شده در سال ۲۰۱۴، بیش از %۳۳ ترموستات های نصب شده در تاسیسات ساختمان های آمریکا از نوع دارای اتصال WiFi  بوده اند که پیش بینی می شود در سال ۲۰۱۹ این مقدار به حدود %۷۵ برسد. مسئله خوش آیندی که وجود دارد این است که کاربرد اینترنت اشیا IoT در سیستم های تاسیسات برق و مکانیکی محدود به کاربردهای اولیه های نظیر ترموستات و کلید های هوشمند نمی شود و گاها فراتر از تصورات است.

بهبود کارایی HVAC با استفاده از IoT

پدیده تحولات HVAC در ارتباط  با IoT را در این مقاله مورد بررسی قرار خواهیم داد که شامل ۹ دسته بندی مختلف خواهد بود از جمله طییف وسیعی از مسائل از جمله امکان ارزیابی از راه دور سیستم تا افزایش بهره وری کل مجموعه تاسیساتی است.

  1. مانیتورینگ Real-Time

سیستم های سرمایش و گرمایش متصل به اینترنت امکان مانیتور پیوسته  شرایط و عملکرد سیستم را با استفاده از سنسورهای هوشمند خواهند داشت. زمانی که اطلاعات توسط این سنسورها جمع اوری شد،  این اطلاعات بلافاصله با مدیر ساختمان، مهندسان پروژه و سایر افراد مرتبط به اشتراک گذاشته می شوند. سیستم های جدید دارای سیستم عامل نظیر لینوکس و پردازش گرهای  پیشرفته، امکان مانیتور و کنترل تجهیزات را با استفاده از داده های real-time با رابط کاربری مناسب برای طراحان و مجریان تاسیسات مکانیکی فراهم می کند.

  1. پیش بینی عملکرد سیستم

ویژگی منحصر به فردی که این سیستم علاوه بر امکان جمع اوری و مانیتور اطلاعات فراهم می کند، امکان پردازش و بهره وری هوشمند از این اطلاعات است به نحوی که سیستم های متصل به شبکه توانایی آنالیز اطلاعات جمع شده توسط خود و یا سایر المان ها  و فراهم کردن هشدار و اطلاع رسانی های مناسب را به مدیر پروژه تاسیسات مکانیکی و ساختمان را در صورت وقوع عملکرد نامناسب یا وقوع خطا در سیستم را دارند که منجر به پاسخ و عکس العمل سریع و مناسب تری در مقابل عواقب محتمل ناشی از وقوع عیب در سیستم خواهد شد. هم چنین سیستم های متصل به اینترنت  منجر به کاهش هزینه نگهداری و تعمیرات دوره ای می گردد.

  1. امکان تشخیص عیب سیستم از راه دور

این امکان به صورت زنجیره وار با ویژگی پیش بینی عملکرد سیستم که در بالا اشاره شد همکاری دارد. بدون استفاده از اینترنت اشیا، تشخیص وقوع یک مشکل در سیستم و هم چنین ارائه تحلیل برای پیدا کردن اعمال اصلی توسط اپراتور و تعمیر کار صورت می گیرد. در سیستم های متصل به شبکه، هر گونه تغییر در رفتار سیستم به صورت مشخص و با جزییات مناسب بلافاصله به اطلاع اپراتور رسانده می شود. در نتیجه این فرایند امکان بازبینی داده ها را در بازه های زمانی مختلف  فراهم آورده و امکان تشخیص عیب در هر نقطه و هر زمانی از راه دور فراهم خواهد گردید که منجر به کاهش در هزینه و زمان رسیدگی به تشخیص عیب خواهد بود، که این امر باعث می شود تا طراحان و مجریان تاسیسات مکانیکی با صرف هزینه و زمان کمتر عیوب را تشخیص می دهند.

 

  1. امکان کنترل پذیری کامل

مشتری های سیستم  تاسیساتی HVAC صرفا به جهت هوشمند بودن آن خواستار استفاده از IoT نیستند، بلکه وجود کنترل پذیری کامل سیستم های تاسیساتی از الزامات پیش روی اینگونه سیستم ها با ظهور پدیده اینترنت اشیا IoT خواهد بود. یک مثال کاربردی و پیاده شده از اینگونه سیستم ها، ترموستات هوشمند با نام  Sensi thermostat طراحی شده توسط شرکت Emerson Climate Technologies  است (تصویر زیر) که امکانات منحصر به فردی نظیر امکان طراحی زمانبندی دمایی در طول هفته و روز و کنترل چندین ترموستات در نقاط مختلف خانه  توسط یک نرم افزار را فراهم می آورد. در واقع این ویژگی ها مراجعه و دسترسی به ترموستات ها برای تنظیم آنها را غیر ضروری می کند.

  1. بهبود کارایی HVAC با استفاده از IoTتطبیق پذیری سیستم

سیستم های متصل به اینترنت امکان کنترل پذیری کامل توسط کاربر را فراهم می کنند، ولی ویژگی بسیار جالب این سیستم ها این است که نیازی به کاربر نداشته باشند. پیشرفته ترین این گونه سیستم ها طوری طراحی شده اند که  متناسب با محیط اطرافشان رفتار تطبیق پذیری داشته باشند. با کمک سنسورهای هوشمند، سیستم ها می توانند میزان دما، رطوبت و جریان هوا را در تمامی بخش های ساختمان اندازه گرفته و با کمک فاکتورهای خارجی نظیر پیش بینی آب و هوا و هم چنین نرخ هزینه های آب و برق آن را کنترل کنند. با داشتن چنین اطلاعات غنی، سیستم تنظیمات خود را به جهت رسیدن به برنامه مطلوب آینده و داشتن راندمان مناسب تر تنظیم می کند. با  داشتن امکان یادگیری در سیستم، توانایی تغییر پذیری رفتاری بر اساس  فاکتورهای حال و آینده سیستم فراهم گردیده است که در نهایت، این گونه سیستم ها منجر به داشتن محیط راحت و امن پیوسته به جای عکس العمل بعد از وقوع تغییرات را خواهد شد.

به طور مثال: فرض کنید که یک موج گرما در دو روز آینده منطقه مد نظر را تحت پوشش قرار خواهد داد. یک سیستم متصل به اینترنت و البته هوشمند نصب شده در یک ساختمان اداری، متوجه موج گرما  و افزایش دما خواهد شد و متعاقبا دمای ساختمان را در طی اولین شب کاهش خواهد داد- تاثیر گذار ترین زمان اعمال تغییرات زیاد-  که منجر به کاهش هزینه انرژی و همچنین آسایش محیط در زمان های حضور کارکنان در طی روز خواهد شد.

  1. آسایش مداوم

پیدایش تمامی سیستم های ثانویه تاسیسات  مکانیکی و الکتریکی در راستای نیل به اسایش بهتر است. در واقع آسایش و راحتی تابعی از چند متغیر است. اگر دما را به عنوان متغیر اصلی میزان آسایش یک اتاق در نظر بگیریم، رطوبت نقش اصلی را خواهد داشت چرا که میزان رطوبت، گرمای نهفته هوای محبوس در یک فضای بسته و در نتیجه میزان راحتی را تعیین می کند. هم چنان که قبلا اشاره شد، این سیستم های مبتنی بر اینترنت بسیار گیرا بوده و با استفاده از امکان مشاهده و یادگیری، اطلاعات لازم را جمع آوری کرده و متناسب با انها رفتار خود را تطبیق می دهند که این ویژگی باعث خواهد شد که علاوه بر داشتن راندمان بالاتر سیستمی، راحتی و اسایش مطلوب در تمامی زمان ها فراهم گردد.  طبق یک دستورالعمل در آمریکا، سیستم های گرمایش و سرمایش در ادارات ملزم به پیاده سازی الگوریتم های کنترلی گرمایش و سرمایش را متناسب با تغییرات دمایی متابولیک انسان ها کرده است به طور مثال احساس سرما و گرما در زنان و مردان و همچنین سن های مختلف، متفاوت است و نیازمند الگوریتم ها و پروفایل های کنترل دمای متناسبی می باشد.

  1. راندمان بیشتر

واحد های HVAC و ساختمان های مجهز شده به سنسورهای هوشمند و متصل به شبکه به طور هم زمان عوامل خارجی و عملکرد داخلی سیستم را جهت بهینه سازی راندمان سیستم را دنبال می کنند. بررسی یک نمونه از این گونه سیستم ها نشان از کاهش مصرف انرژی به میزان %۲۰ با استفاده از فناوری “Demand Response” است. اگرچه نتایج مختلفی نشان از ویژگی های منحر به فردی دارد که بستر اینترنت اشیا IoT در اختیار سیستم قرار می دهد ولی ملموس ترین و پرهزینه ترین تفاوت، کاهش مصرف انرژی است که به مقدار قابل توجهی، مردم و شرکت های مجری تاسیسات مکانیکی را به استفاده از این نسل سیستم ها سوق می دهد.

مثال دیگری از این ویژگی بستر IoT، راهکار کنترل هوشمند یک شرکت اروپایی  با عنوان  Wellington’s Smart Control Solutions (SCS) است خط تولید SCS شامل ادوات مدیریت انرژی EMD و ترموستات های الکترونیکی هوشمند برای سیستم های خنک سازی و تبرید است. نمودار های زیر  میزان کاهش مصرف انرزی و هزینه را در این گونه ادوات نشان می دهد.بهبود کارایی HVAC با استفاده از IoT

  1. اتصال پذیری اساسی

این سنسورهای هوشمند صرفا جهت اعمال ساده ای نظیر جمع آوری و پردازش اطلاعات طراحی نشده اند. این تجهیزات الکتریکی توانایی ارتباط مستقیم با تجهیزات دیگر موجود در ساختمان و بدون کمک ادوات دیگر نظیر کنترلر را دارند. تجهیزات دارای امکان ارتباط گیری از طریق IoT  کم کم جایگزین سیستم های سنتی اتوماسیون ساختمانی BAS می شوند، به نحوی که علاوه بر کنترل پذیری ادوات از این طریق که در BAS نیز وجود داشت،  امکان جمع آوری اطلاعات، تحلیل و برازش و  ارائه راهکار مناسب کنترلی توسط بستر اینترنت اشیا فراهم گردیده است.

اتصال پذیری و ارتباط از طریق اینترنت صرفا به سیستم های گرمایش و سرمایش محدود نمی شود. سیستم های دیگر، نظیر سیستم های امنیتی و روشنایی،  میتوانند اطلاعات سنسورهای حضور Occupancy sensors را با سیستم HVAC به اشتراک گذاشته و همگی به صورت همگام  و مرتبط با استفاده از ارتباطات یکپارچه  فعال باشند.

یکی از ملاحظات سرمایه گذاری در فناوری های جدید نظیر سیستم های متصل به هم از طریق IoT ، سازگاری آنها با اشیا و تجهیزات قدیمی است. در واقع  یکپارچه سازی اشیا با فناوری های مختلف با هم منجر به ارزش افروزی بیش از بیش  این گونه سیستم ها خواهد بود و هزینه های اضافی ناشی از تعویض سیستم های قدیمی با سیستم های  دارای امکان اتصال به اینترنت یکپارچه و فناوری های هوشمند را کاهش خواهد داد.

  1. تمرکز روی تجربه کاربری

فناوری های نوظهور در سالیان اخیر شدیدا روی موضوع رابط کاربری User Interface  کارکرده اند و در واقع هر فناوری که از تجربه کاربری User Experience(UX) استفاده نکند چندان توفیقی نخواهد داشت. سیستم های متصل از طریق IoT  با حجم عظیمی از اطلاعات جمع اوری شده توسط سنسورهای مختلف مواجه هستند که این اطلاعات در اختیار کاربر جهت انجام اقدامات ثانویه قرار داده می شوند و داشتن دسترسی و درک و فهم راحت به این اطلاعات توسط کاربر ضروری است. در واقع اگر این اطلاعات به طور صحیح پردازش و نمایش داده نشود، عملکرد مناسب اینترنت اشیا و سهولت استفاده از نرم افزار  چندان هم عیان نخواهد بود.

نتیجه گیری:

اینترنت اشیا IoT راه رسیدن به تعامل بین اشیا را همچنان که بین انسانها وجود دارد فراهم می آورد که شامل بخش های مختلف صنایع و بازار کار می شود.  در صنایع تاسیساتی HVAC، اینترنت اشیا IoT به مفهوم عملکرد بهتر سیستم در مدیریت ، نگهداری، ارتباط و راندمان سیستم است. در واقع، این ویژگی امکاناتی فراتر از امکان اتصال اجزای سیستم های تاسیسات برق و مکانیکی را فراهم می آورد؛ امکاناتی که منجر به داشتن محیط هوشمند با ارتباطات پایدار خواهد بود و در زمان فعلی رویکردی بسیار نوآورانه را به طراحان و مجریان تاسیسات مکانیکی نوید می دهد.

منبع:

http://news.ewmfg.com/

یک دیدگاه