ساختمان‌های هوشمند: ساختمان‌های آینده

تعریف: یک ساختمان هوشمند چیست؟

تصور کنید ساعت 8 صبح روز شنبه است و شما یکی از کارمندان یک شرکت رسانه ای بین المللی هستید و به پارکینگ زیرزمین ساختمان محل کار خود می روید. حال اگر ساختمان محل کار شما هوشمند باشد و به تجهیزات هوشمند مکان یابی جای پارک مجهز باشد دیگر نیازی به جستجوی مکانی برای پارک کردن ندارید؛ زیرا تمام فضاهای پارکینگ مجهز به سنسورها هستند و تنها با نگاهی به اپلیکیشن نصب شده در گوشی خود می توانید ببینید چه فضاهای خالی برای پارک وجود دارد. در همین حال که شما مشغول پارک وسیله نقلیه خود هستید فناوری نصب شده در دفتر کار شما شروع به کار میکند و دفتر را برای حضور شما با روشن کردن سیستم تهویه مطبوع و روشنایی آماده می کند. همه این موارد امکان پذیر است چون ساختمان محل کار شما هوشمند است  ساختمانی که به آینده متصل است.

ساختمان‌های هوشمند از انتقال انرژی پشتیبانی می‌کنند

بااین‌حال کار  با ساختمان‌های هوشمند نه‌تنها بسیار راحت است؛ بلکه آن‌ها همچنین می‌توانند یک مؤلفه در جابه‌جایی انرژی باشند. در اتحادیه اروپا، ساختمان‌ها مسئول ۴۰ درصد مصرف انرژی و ۳۶ درصد انتشار دی‌اکسیدکربن هستند. بااین‌حال، دولت آلمان قصد دارد انرژی موردنیاز ساختمان‌های موجود را تا سال ۲۰۵۰ به میزان ۸۰ درصد کاهش دهد. این امر در صورتی محقق می‌شود که ساختمان‌های هوشمند بتوانند برق مصرفی خود را تولید کنند. برای این کار نیاز به استفاده و ترکیب دستگاه‌هایی مانند پنل‌های فتوولتائیک با شبکه‌های هوشمند برق است.

ساختمان‌های هوشمند از نظر  انرژی بسیار کارآمد هستند. حسگرهای موجود در این ساختمان‌ها می‌توانند تشخیص دهند که چند نفر در یک اتاق هستند و نورپردازی و گرمایش را به‌صورت خودکار بر اساس آن تنظیم کنند. یک ساختمان هوشمند هزینه  نگهداری را نیز کاهش می‌دهد: حسگرها در سیستم‌های ساختمانی  نصب می‌شوند و وضعیت اجزا را اندازه‌گیری و نظارت می‌کنند. اگر خطر قریب‌الوقوع نقص از طریق فرسودگی و… وجود داشته باشد، تکنسین‌ها یک ایمیل ارسال می‌کنند. آن‌ها قبل از اینکه این حسگرها خراب شوند یا نیاز به تعمیرات گران‌قیمت داشته باشند آن‌ها را تعمیر می‌کنند. در آخر اما ساختمان‌های هوشمند ایمنی را افزایش می‌دهند. اگر آتش‌سوزی در ساختمان رخ دهد، حسگرها گسترش دود را تشخیص می‌دهند. صدای بلندی از طریق بلندگوها به مردم می‌گوید که کدام مسیر را برای خارج‌شدن از محیط انتخاب کنند.

تفاوت یک‌خانه هوشمند با یک ساختمان هوشمند چیست؟

هدف یک‌خانه هوشمند این است که کیفیت زندگی را افزایش دهد و هزینه‌های جاری را کاهش دهد. این کار توسط تجهیزاتی خاص انجام می‌شود به‌عنوان‌مثال پرده‌ها می‌توانند مطابق با موقعیت خورشید تنظیم می‌شوند چراغ‌های محوطه در زمانی خاص روشن و خاموش شوند و حتی کنتور برق به‌صورت هوشمند قرائت شود به اداره برق منطقه به‌صورت خودکار هر ماه ارسال شود.

در مقابل یک‌خانه شخصی، عبارت “ساختمان هوشمند” نشان‌دهنده شبکه‌سازی و اتوماسیون هوشمند در ساختمان‌های غیرمسکونی مانند ادارات، فرودگاه‌ها و مراکز خرید است. هدف از این کار همانند خانه‌های هوشمند، افزایش راحتی و کاهش مصرف انرژی است. بااین‌حال، الزامات امنیتی در ساختمان‌های هوشمند پیچیده‌تر هستند. یک ساختمان اداری با هزاران حسگر متصل، سطح حمله بسیار بیشتری را برای مجرمان سایبری فراهم می‌کند. این یعنی به راه‌حل‌های امنیتی قابل‌توجهی نیاز است.

چه مؤلفه‌هایی یک ساختمان را به یک ساختمان هوشمند تبدیل می‌کند؟

سه مرحله برای هوشمندسازی ساختمان لازم است:

1. این ساختمان باید به کمک حسگرها اطلاعات را از محیط اطراف جمع‌آوری کند.
2. یک سیستم کامپیوتری باید داده‌ها را تجزیه‌وتحلیل کرده و معیارهایی را استخراج کند.
3. درنهایت، عملگرها باید فرمان‌های کنترلی را اجرا کنند؛ مثلاً پنجره‌ها را به‌صورت خودکار باز کنند یا گرمایش را تنظیم کنند.

برای فعال‌کردن چنین اتوماسیون هوشمندی  به یک دوقلوی دیجیتال (Digital Twin) نیاز است. دوقلوی دیجیتالی ساختمان تمام کارکردها و فرایندها را در یک مدل کامپیوتری ترسیم می‌کند و امکان کنترل آن‌ها را فراهم می‌کند که شامل موارد زیر است:

1. حسگرهای فشار
2. حسگرهای آکوستیک
3. حسگرهای تصویر سه‌بعدی
4. حسگرهای رادار
5. حسگرهای مغناطیسی

استفاده از آن‌ها در ارتباط با سیستم‌های کامپیوتری ساختمان‌ها را هوشمندتر و آگاه‌تر می‌کند. آن‌ها می‌توانند “بشنوند”، “ببینند” و “درک کنند” که در اطراف آن‌ها چه می‌گذرد و عملکرد خود را با عوامل تغییریافته تطبیق دهند.

نمونه‌هایی از ساختمان‌های هوشمند پیش‌گام در اروپا

 ساختمان  Edge در آمستردام

یکی از ساختمان‌های هوشمند پیش‌گام،  Edge در آمستردام است – یک ساختمان اداری ۴۰۰۰۰ مترمربعی با نمای کاملاً شیشه‌ای که در نور غرق شده است. حدود ۲۸۰۰۰ حسگر در ساختمان نصب شده است. آن‌ها پارامترهایی مانند رطوبت، روشنایی و دما را اندازه‌گیری می‌کنند و می‌توانند آن‌ها را به‌صورت خودکار تنظیم کنند؛ بنابراین هوای خفه و اتاق‌هایی که بیش از حد گرم یا سرد باشند در این ساختمان وجود ندارد. کارمندان همیشه شرایط ایده‌آلی در محل کار خود دارند. به لطف فن آوری ساختمان هوشمند، Edge همچنین قادر است ۷۰ درصد برق کمتری نسبت به ساختمان‌های اداری معمولی مصرف کند.

این ساختمان به‌جای اینکه به کارمندان میز کار اختصاصی دهد، دارای فضایی با پلان آزاد است که در آن کارکنان می‌توانند مکانی برای کار پیدا کنند همچنین می‌توانند از یک اپلیکیشن تلفن هوشمند برای پیداکردن یک مکان خالی استفاده کنند. این اپلیکیشن همچنین به آن‌ها اجازه می‌دهد تا نورپردازی را متناسب با اولویت‌های خودکنترل کنند. بیش از ۶۰۰۰ چراغ در یک سیستم LED مبتنی بر IP یکپارچه شده‌اند که Power over Ethernet  نیز نامیده می‌شود.

ساختمان Cube در برلین

Cube یک ساختمان اداری در مجاورت ایستگاه مرکزی برلین، به روشی مشابه با Edge کار می‌کند.Cube  یک ساختمان ده طبقه با نمای شیشه‌ای است که به هزاران حسگر و عملگر نیز مجهز است. مرکز کنترل آن “مغز” این ساختمان نامیده می‌شود. این هوش مصنوعی است که داده‌های حسگرها را تجزیه‌وتحلیل می‌کند و به اپراتور در مورد چگونگی اداره مؤثرتر ساختمان پیشنهاداتی می‌دهد. اگر مغز تشخیص دهد که پس از ساعت ۴ بعدازظهر دیگر هیچ کارمندی در بخشی از ساختمان وجود ندارد، پیشنهاد می‌کند که روشنایی و تهویه هوا را در آنجا خاموش کند تا در مصرف انرژی صرفه‌جویی شود.

خطرات ساختمان‌های هوشمند چیست؟

بااین‌حال، ساختمان‌های هوشمند نه‌تنها مزایایی را ارائه می‌دهند، بلکه خطراتی مانند حملات سایبری را نیز به همراه دارند. ازآنجایی‌که هزاران دستگاه به اینترنت متصل هستند، در نتیجه می‌توانند توسط مهاجمان برای نفوذ به سیستم IT ساختمان مورد سو استفاده قرار گیرند و پس از آن با دستکاری داده‌ها و مسدودکردن عملکردهای ساختمان، آن را دچار مشکل کنند.

آینده ساختمان های هوشمند چه خواهد بود؟

بازار ساختمان‌های هوشمند با سرعت زیادی درحال‌رشد است. کارشناسان انتظار دارند بیش‌ترین رشد در زمینه اتوماسیون ساختمان باشد. هدف مشترک آن‌ها راحت‌تر کردن کار و زندگی و مقابله با تغییرات اقلیمی با افزایش بهره‌وری انرژی است.