بررسي روشهاي مختلف كنترل  هوشمند بيمارستان در جهت

 بهينه سازي مصرف انرژي

 

 

چكيده: در اين مقاله، به بررسي روشهاي مختلف كنترل هوشمند بيمارستانها پرداخته و با استفاده از شبيه سازي يك بيمارستان به طور نمونه، روشي بهينه جهت هوشمندسازي آن ارائه شده است. هدف از انجام اين مقاله، بررسي فضاهاي مختلف بيمارستاني از منظر نيازمندي به كنترل هوشمند و شناسايي روشها، تجهيزات و پروتكل­هاي مناسب مانيتورينگ و هوشمندسازي مطابق با استاندارد EN 15232 مي­باشد. با توجه به نقش حیاتی فاکتورهایی چون دقت، سرعت و اطمینان در حوزه درماني و همچنین با توجه به آسیب­پذیری سیستم بهداشتی و درمانی از خطاهای انسانی، مديريت هوشمند و اتوماسیون اين مراکز در تامين امنيت و آسایش بيماران، استفاده از نور طبيعي در فضاهاي درماني، صرفه جويي در مصرف انرژي و كنترل مناسب دما، رطوبت و كيفيت هوا، نقش داشته و مدیریت اموال، پرسنل، بیماران و تجهیزات را در غالب یک سیستم یکپارچه در بر می­گیرد. نتايج حاصل از شبيه­سازي نشان مي­دهد كه حدود 20 درصد مصرف انرژي كاهش يافته كه تاثيرات قابل توجه­اي در كاهش هزينه­هاي تاسيساتي جاري و آتي بيمارستان دارد.

كلمات كليدي:

كنترل هوشمند ساختمان، اتوماسيون، مانيتورينگ، بهينه­سازي مصرف انرژي

 

  1. مقدمه

چالش محدوديت منابع انرژي، يكي از مهمترين موضوعات مطرح در دنيا بوده و تامين نيازهاي جوامع مدرن تنها با استفاده از منابع انرژي سنتي، امكان­پذير نمي­باشد ]1[. بر اساس تحقيقات انجام شده در اين زمينه، مي­توان دريافت که ميزان مصرف انرژی در نیم قرن گذشته به طور سرسام­آوری افزایش یافته است؛ به همین علت کشورهای مصرف­کننده­ی انرژی، برای صرفه­جویی و استفاده بهينه از انرژی­های موجود و همچنين جایگزینی انرژی­های جدید، گام برداشته­اند. در اين راستا، مسئله مهم ديگر در این جوامع، دستيابي به  حداكثر آرامش، رفاه، و امنيت در محل زندگی و كار با صرف حداقل هزينه مي­باشد.

سیستم­های کنترل هوشمند ساختمان در حدود سال­ 1990 میلادی به تدریج و به شكل استاندارد، پا به عرصه ظهور نهادند. دلايل عمده این امر، افزایش بهای انرژی، افزایش جمعیت و نیاز مبرم به کنترل مصرف انرژی در ساختمان بوده است. تا قبل از قرن جدید میلادی اكثر شرکت­های مطرح، از پروتکل­های خاص خود جهت مديريت هوشمند ساختمان­­ها استفاده می­کردند، که این امر به دلیل ماهیت محدود پروژه­های هوشمندسازی در آن برهه­ی زمانی بوده است. پس از این دوره و بوجود آمدن پروتکل­های فراوان جهت استفاده در ساختمان­های هوشمند و گسترش هوشمندسازی ساختمان­ها، جهت سهولت در توسعه­ی اين سيستم، کاهش هزینه­ها و بالا رفتن راندمان در پروژه­ها­، تصمیم بر آن شد که یک سری استاندارد مشخص جهت مديريت هوشمند ساختمان ایجاد گردد که حاصل آن چند استاندارد برگزیده به عنوان استانداردهای اصلی بوده است. يكي از استانداردهاي موجود در اين زمينه، استاندارد اروپايي EN 15232 جهت اتوماسيون، كنترل و مديريت ساختمانها مي­باشد كه در اين مقاله از آن استفاده شده است. در اين استاندارد روشهاي معيني جهت ارزيابي تاثير سيستم كنترل و اتوماسيون ساختمان (BACS)  و مديريت فني ساختمان (TBM) بر روي ميزان انرژي مصرفي ساختمان ارائه شده است و راهنمايي جهت شناسايي يك روش بهينه با تجهيزات كمينه بر اساس ميزان پيچيدگي ساختمانها مي­باشد.

 هنوز پس از گذشت سال­ها، استاندارد واحدی در پهنه­های مختلف جغرافیایی وجود ندارد. به عنوان مثال، استانداردهای KNX و BACnet در اروپا به وفور استفاده می­شوند، در حالی که برای بسیاری از پروژه­های مشابه، در قاره آمریکا استاندارد LONWORKS، استاندارد پیش فرض مي­باشد.

در کشور ما با توجه به این موضوع که بحث هوشمندسازی به تازگی در ساختمان­ها مطرح گردیده و نیاز به آن در گذشته؛ به دلیل ارزان بودن انرژی؛ خیلی محسوس نبوده است، وجود تحقیقاتی جامع و در عین حال خلاصه و عملیاتی جهت توضیح نحوه استفاده از سیستم­های هوشمند و نکات عمومی طراحی و پیاده سازی آن در ساختمان­ها، امري ضروری مي­باشد. در این مقاله ابتدا به بررسی پروتکل­های این سیستم  و شناسایی فضاهای مختلف بیمارستانی از منظر نیازمندی به کنترل هوشمند پرداخته سپس با استفاده از مفاهیم استاندارد EN 15232 به بررسی چند روش­ مختلف، جهت هوشمند­سازی بیمارستان پرداخته شده است، که این روش­ها با توجه به هزینه­ و اهمیت پروژه می­توانند متفاوت باشند؛ روش انتخابي بر روي يك بيمارستان نمونه شبيه­سازي شده و در انتها با نتايج سيستمهاي معمولي تاسيسات آن بيمارستان، مقايسه مي­گردند.

 

  1. بررسي روشهاي مختلف كنترل هوشمند بیمارستان

بطورکلی مدیریت هوشمندانه انرژی، با اهداف بهينه­سازي مصرف انرژي و به منظور افزايش سطح رفاه، آسايش، زيبايي و دكوراسيون، ايمني، دسترسي سريع، افزایش عمر مفید تجهیزات و کاهش هزینه نگهداری و تعمیرات آنها و در مجموع در جهت خدمت­رسانی بهتر صورت می­پذیرد. در این تحقیق سیستمهای مختلف الکتریکی و مکانیکی انواع بیمارستانها که توسط سیستم هوشمند، کنترل و مانیتورینگ می­شوند، مورد بررسی قرار گرفته شده، اما تنها سیستم روشنایی و تهویه­ی مطبوع مباحث مورد ملاحظه در این زمینه هستند.

با توجه به مساحت، محل و نوع بیمارستان می­توان کنترل هوشمند بیمارستان را در سطوح مختلف، مدیریت کرد. زمینه­هايی که در بیمارستان­های با مدیریت هوشمند پیاده می­شوند، بسیار متنوع­اند. هر طراح با توجه به تجربه­ی خود در زمینه  کنترل هوشمند به بخشی از سيستم، توجه بیشتری معطوف می­دارد. از طرف دیگر با توجه به نیاز هر بهره­بردار که مسایل امنیتی، انرژی، محیط زیست، و ... برایش مهم­تر باشد، روش کار متفاوت  می­باشد. براساس تحقیقات انجام شده، مهمترین کاربری­ها و مواردی که در مدیریت هوشمند بیمارستان­ها از نظر بهینه­سازی مصرف انرژی و هزینه­ی اقتصادی توجیه­پذیرتر هستند عبارتند از:

1) کنترل و تنظیم روشنایی

  • روشن و خاموش کردن چراغها
  • کنترل میزان روشنایی چراغها (کاهش یا افزایش نور هر لامپ): لازمه انجام این کار لامپهای مجهز به بالاست می­باشد. با در نظر گرفتن هزینه بسیار بالای این تجهیزات، تنها می­توان در برخی از فضاها مانند بخش­های مراقبتهای ویژه، از آنها استفاده کرد.
  • کنترل مرکزی برای سیستم روشنایی
  • کنترل زمانی به منظور زمان­بندی روشن بودن چراغها
  • روشن و خاموش کردن چراغها بر اساس روز و شب
  • تشخیص میزان و شدت روشنایی به کمک حسگرها
  • روشنایی اضطراری که روشن کردن تمامی چراغها در وقت اضطراری نظیر زلزله و ... را شامل می­شود.
  1. کنترل پرده و پشت ­پنجره: این مقوله بدلیل وارداتی بودن این نوع پرده­ها و موتورهای لازم برای آنها گران تمام شده و مقرون به صرفه نمي­باشد.
  • کنترل زمان­بندی شده­ی پرده­ها و پشت­پنجره­ها
  • کنترل وابسته به شرایط آب و هوایی؛ که بسته به آب و هوای مه­آلود، بارانی و یا وزش باد، پرده­ها را مي­توان کنترل كرد.
  • بازگشت به وضعیت اولیه و از پیش برنامه­ریزی شده
  • کنترل وابسته به موقعیت خورشید؛ که بسته به زاویه­ی تابش خورشید، نور را بطور مناسب متمایل می­کند تا از شدت تابش مستقیم نور بکاهد.
  • کنترل مرکزی پرده­ها
  • محافظت در برابر نور خورشید؛ تنظیم پرده یا پشت­ پنجره
  1. کنترل تهویه­ی مطبوع
    • مانیتورینگ خطاهای سیستمهای HVAC
    • کنترل وابسته به وضعیت پنجره، بدین معنا که با توجه به میزان باز یا بسته بودن پنجره، سیستم­های تهویه­ی مطبوع فعالیت خود را تنظیم کنند.
  2. مدیریت میزان بار و انرژی مصرفی: به کمک پروتکل­های ارایه شده امکان­پذیر بوده و بصورت نرم­افزاری اجرا می­شود.
    • اندازه­گیری بار و توان مصرفی
  3. مانیتور کردن خطاها: به کمک پروتکل­های سطح بالا امکان­پذیر بوده و نرم­افزاری اجرا می­شود.
    • مانیتور کردن خطاهای عمومی، بدین معنا که اگر هر یک از تجهیزات تحت کنترل نظیر روشنایی، چیلر و غیره خراب شوند، بصورت هوشمند نوع این خرابی، مکان آن و زمان بروز این عیب گزارش می­شود.
  4. مدیریت امنیت
    • کنترل هوشمند دوربین مداربسته
    • کنترل تردد در محیط­های مجاز و غیرمجاز به کمک حسگرهای حضور و غیره
    • کنترل دسترسی به مکان­های خاص (اتاقهای عمل و ...) و یا ابزارهای مختلف به کمک حسگرهای مختلف نظیر؛ اثر انگشت، اسکن قرنیه و غیره
  5. کنترل سیستم­های نمایشگر
    •  کنترل نمایشگرهای LCD برای سنسورها یا سوئیچ­ها
    • کنترل پانل­های نمایشگر
    • کنترل سیستم آنتن مرکزی و توزیع سیگنال
    • کنترل سیستم ویدئو کنفرانس برای اتاق جلسات
    • کنترل سیستم ویدئو کنفرانس برای اتاق عمل
  6. کنترل و دسترسی از راه دور
    • کنترل از راه دور به کمک اینترنت یا تلفن
    • پیغام­گذاری توسط نامه­ی الکترونیکی، پیام کوتاه، یا دورنما
  7. هوشمندسازی مرکزی
    • یکپارچه­سازی سیستم­های تاسیسات الکتریکی؛ عملیات منطقی پیچیده که بسته به هر شرایط امکان برنامه­ریزی برای کاری خاص وجود داشته باشد.
    • کنترل زمان­بندی شده برای چراغها و ...
    • عملیات کلی و بزرگ مقیاس؛ بدین معنا که بتوان یک سری از کارهای لازم را بعنوان یک کار بزرگ­تر تعریف کرد و همه­ی آن عملیات کنترلی کوچک به ترتیب و بصورت خودکار اجرا شوند.
    • جمع­آوری اطلاعات به کمک حسگرها از نقاط مختلف پروژه
  8.  کنترل ایمنی  
  • تشخیص خطراتی از قبیل آتش سوزی ، نشت گاز ، نشت آب
  • اعلام خطر از طریق آژیر، تلفن، email ، sms ، fax ، pager
    • تعامل و هماهنگی با سایر زیر­سیستم­ها از قبیل: روشنائی، تهویه مطبوع، سیستم نظارت تصویری، قفل­های دیجیتالی
  1.  اتصال به سیستم­های دیگر به کمک ورودی­های آنالوگ یا دیجیتال
    • دروازه­ی ارتباطی به سیستمهای دیگر (BCON, OPC)
  2. کاربردهای دیگر
    • کنترل از راه دور مدیریت انرژی و EIB-VISU

3-   مهمترین پروتکل­های مانیتورینگ و کنترل هوشمند

در این قسمت رایج ترین پروتکل­های ارتباطی برای کنترل هوشمند ساختمان به طور خلاصه شرح داده می­شود.

الف- سیستم های روشنایی و استانداردKNX

جهت مدیریت هوشمند سیستم روشنایی، پروتکلKNX  پیشنهاد می­گردد. پروتکلKNX  که در گذشتهEIB  (Europen Installation Bus) نامیده می­شد، یک پروتکل استاندارد جهت استفاده در ساختمان­های هوشمند می­باشد، که برای اتصال سنسورها، عملگرها، کنترلرها و مانیتورها در ساختمان استفاده می­شود. یکی از ویژگیهای KNX توانایی آن در استفاده از رسانه­های مختلف انتقال می­باشد. سیستم­های مورد استفاده درKNX  از سه مدل اصلی جهت پیکر­بندی استفاده می­کنند که عبارتند از: حالت اتوماتیک، ساده و سیستمی. دو حالت اتوماتیک (Auto) و ساده (Easy)، بدون دخالت سیستم جانبی انجام می­گیرند (طبق دفترچه راهنما دستگاه مربوطه)، اما در حالت سیستم، تمامی دستگاهها توسط یکPC ، به طور یکپارچه مورد تنظیم قرار می­گیرند. این شیوه برای سیستم­های بزرگ و متوسط، کاربرد فراوان دارد و نرم افزار مورد استفاده  برای این امر، توسط بنیاد KNX تولید و نام آنETS  می­باشد. پرکاربردترین نسخه این نرم افزارETS3  می­باشد.

ب- استانداردDALI

DALI یک سیستم ارزان قیمت برای کنترل دیجیتال روشنایی محیط می­باشد، که به صورت یک استاندارد پذیرفته شده است. این سیستم هم می­تواند به تنهایی به کار رود، هم اینکه به همراه پروتکل­های دیگر در حوزه هوشمندسازی ساختمان استفاده شود. در گذشته برای کنترل روشنایی، Ballast­ها از رابط0-10V  استفاده   می­کردند که سیستم  DALI جهت جایگزین کردن آن پدید آمده است. استاندارد   DALI تضمین  می­کند، که تولیدکنندگان متفاوت، لوازمی سازگار جهت صنعت روشنایی ایجاد نمایند. این استاندارد در IEC60929 Annex E توضیح داده شده است. DALI یک روش دیجیتال ایده­آل، جهت کنترل روشنایی محیط ایجاد می­کند و در آن ارتباطات و پروسه نصب تا حد ممکن ساده شده­اند. در این باس احتیاجی به استفاده از کابل انتقال داده خاص و مقاومت ترمیناتور نمی­باشد.

ج- استاندارد BACnet

BACnet  توسط انجمن مهندسین ASHRAE، جهت استفاده در ساختمان­های هوشمند ایجاد گردید. این پروتکل در سال 2003 به صورت استاندارد بین المللیISO 16484-5  در­آورده شد و هم اکنون در بسیاری از ساختمان­های بزرگ استفاده می­گردد. از مزایای اصلی این پروتکل باز بودن حق استفاده از آن است. در نتيجه تولید­کنندگان مختلف، قادر به استفاده از این استاندارد در تولیدات خود، می­باشند.

آخرین نسخه این استاندارد،" BACnet- ANSI/ASHRAE Std. 135, 2009"  پروتکل ارتباطی داده، برای شبکه­های اتوماسیون و کنترل ساختمان است، كه در حال به روز رسانی مداوم می­باشد. لابراتوارهای تست BTL، سازمان بسیار مهم دیگری است، که مسئول بررسی محصولات متنوع تولیدکنندگانی است که پروتکل BACnet را به کار می­برند. ازاین رو، تطابق­پذیری میان محصولات تایید شده، تضمین می­شود.

 BACnet  بیشتر در ساختمان­های تجاری بزرگ و به عنوان Backbone استفاده می­گردد، به این معنا که در لایه­های پایین­تر، معمولاً ازپروتکل­هایKNX  یا LON استفاده كرده  و در لایه مدیریتی بالایی از BACnet به عنوان پروتکل اصلی استفاده می­گردد.

  1. نکات کلی طراحی و اجرای سیستم  BMS در سیستم روشنایی

طراحان باید پس از دریافت نقشه­های سیستم­های تاسیساتی، آنها را به دقت بررسی نموده و موارد مورد نیاز بهره برداران را استخراج کنند. پس از مشخص شدن محدوده کار و نیازهای متولیان امر، می توان برنامه ریزی را در سه فاز طراحی، خرید و اجرا انجام داد. در مدیریت هوشمند بیمارستان­ها، از قطعات و تجهیزات زیادی استفاده می­شود. انتخاب این قطعات  به هزینه، دسترسی آسان جهت خرید، قابلیت­های قطعات تولیدکننده­های مختلف، سطح سازگاری با پروتکل استفاده شده، سلیقه و آراستگی ظاهری کار و تجربه­ی کار با نمونه­های مشابه بستگي دارد. تنوع تولیدکنندگان و به تبع آن تنوع خود این قطعات، بسیار زیاد است. در طراحی بايستي به خواسته­های بهره برداران طبق جدول محدوده کار و استانداردهای مرجع توجه شود]3[.

 با توجه به اینکه بخش عمده­ای از انرژی در ساختمان­های عمومی برای ایجاد روشنایی به کار می­رود، به همین منظور با کنترل این بخش می­توان تا حد زیادی از هدر رفتن انرژی جلوگیری کرد. كنترل و فرمان چراغ­هاي روشنايي بايستي با توجه به صرفه جويي در مصرف انرژي انجام شود، به گونه­اي كه در هنگام روز كه روشنايي با استفاده از نور روز تامين مي­گردد، روشنايي مصنوعي قطع و يا به حداقل برسد و همچنين با توجه به اینکه نور طبیعی بر افسردگی، خواب بیماران، توازن ریتم بدن آنها و نیز بیماران درد مفصلی، موثر بوده و همچنين با توجه به تاثیرات استفاده از نور طبیعی بر نتایج درمانی از جمله: دوره بستری کوتاه­تر، استرس و درد کمتر، نیازمندی کمتر به داروهای مسکّن و حتی تعداد مرگ و میر کمتر، رعایت تمهیدات زیر در تامین نور مورد نیاز کاربران مرکز درمانی توصیه می­گردد:

  1. فراهم نمودن امکان بهره­مندی از نور طبیعی؛ هر منطقه با توجه به ساعت روز و نوع قرارگیری آن در ساختمان، تعریف خاص خود را از نور بهینه دارد که مقادیر آن در استانداردهای مرجع موجود می­باشد.
  2. عدم تابش مستقیم نور به چشم و ایجاد خیرگی
  3. توانایی کنترل میزان نور توسط پرده، کرکره و سایبان در صورت توجیه اقتصادی
  4. تامین نور مناسب برای مطالعه
  5. تناسب ارتفاع پنجره از کف جهت گشایش دید بیمار خوابیده روی تخت
  6. تامین طیف کامل نوری در اتاق بیمار
  7. منطقه بندی هر فضا بر اساس کاربری فضا، زمان بندی روشنایی، طرح معماری و دسترسی به نور روز
  8. کنترل نور با استفاده از حضور افراد و میزان اشغال فضا
  9. كنترل روشنايي با روش كليد­زني چند حالتي، و يا با استفاده از كم­سو­گرها
  10. رنج کنترلی برای تنظیم بالاست در سه تیپ 25-100 درصد، 10-100 درصد و 5-100 درصد      می­باشد، معیار انتخاب هر یک از این تیپ­ها میزان صرفه­جویی در مصرف انرژی و اهداف نورپردازی معماری است.
  11. در مواقع خاص مانند آب و هوای ابری و یا غبار و مه، سیستم بایستی به طور اتوماتیک با توجه به سنسور لوکس سنج محیط بیرونی، میزان لوکس مجاز هر فضا را تامین نماید.
  12. سرویس­های بهداشتی در طول روز و شب، در هنگام ورود و خروج فرد از محیط، بایستی اقدام به روشن و خاموش کردن روشنایی نمایند.
  13. روشنایی فضاهای محصوری که مساحتی برابر 10 متر مربع یا بیشتر داشته و بار روشنایی آن بیش از 12 وات بر متر مربع باشد و توسط بیش از یک منبع صورت گیرد، باید به نحوی کنترل گردد که بار روشنایی چراغها تا نصف قابل کاهش باشد.
  14.  در هر طبقه، تمامی سیستم­های روشنایی باید توسط یک کلید مرکزی دستی قابل کنترل، و یا یک کلید اتوماتیک و به روش تشخیص حضور، یا بصورت زمانی و یا با سیستم اتوماتیک دیگری که قابل کنترل باشد، استفاده کرد.
  15. در صورتی که یک سیستم کلیدی زمانی پیش بینی شده باشد، باید شرایط زیر برقرار باشد:

الف- براحتی در دسترس باشد.

ب- در جایی واقع شده باشد، که شخص استفاده کننده بتواند به راحتی حدس بزند، کلید مربوطه کدام فضا را روشن می­نماید.

ج- بصورت دستی نیز کار کند.

د- اجازه دهد روشنایی حداکثر 2 ساعت، روشن باقی بماند.

و- فضایی کمتر از 2000 متر مربع را کنترل نماید.

ه- در صورتی که از سیستم برنامه­ریزی (زمانی) استفاده شود، باید قابلیت دادن برنامه­های خاص برای روزهای تعطیل، تمامی سیستم­های روشنایی را خاموش نگهداشت.

مانیتورینگ و کنترل هوشمند بیمارستان یک لایه­ی نرم­افزاری دارد و یک لایه­ی سخت­افزاری. این لایه­ها با تعیین پروتکل، بیشتر مشخص می­شوند. برای مثال اگر KNX مبنای کار باشد، می­توان از نرم­افزار ETS برای لایه­ی نرم­افزاری استفاده کرد. برای LON و BACNet هم به همین صورت نرم­افزارهای مشابه وجود دارد. تیم پیمانکار مدیریت هوشمند می­تواند بسته به هزینه، تجربه، سرمایه­ی انسانی، تجهیزات در دسترس و نیاز هوشمندسازی  از KNX یا LON استفاده کنند. هر چند که با توجه به در دسترس بودن تجهیزات و نیروی انسانی در ایران KNX از LON مزیت بیشتری دارد. در لایه­ی مدیریت و همچنين كنترل  HVAC نیز از BACNet استفاده می­شود.

تجهیزات سخت­افزاری شامل دو بخش عمده هستند:

  1. تجهیزاتی که زیرساخت و باس ارتباطی را تشکیل می­دهند. در اینصورت بسته به پروتکل انتخابی و با توجه به راهنمایی بخش پیش، از قطعاتی نظیر Line Coupler، Power Supply و ... استفاده می­شود. بسته به سایز بستر و تعداد خطوط و سطوح مدیریت هوشمند برای هر پروتکل، مي­توان زیرساخت لازم را ارایه داد.
  2. تجهیزاتی که در اتاقها و یا راهروها و ... نصب می­شوند، که به کمک بستر ارتباطی، هوشمندسازی را پیاده می­کنند. این تجهیزات شامل: سنسور سوئیچ، سنسورهای دما، کنترلرها و ... می­شوند.

 

  1. مدل كردن یک بیمارستان بطور نمونه

در اين مقاله بررسي مزاياي كيفي و كمي سيستم كنترل و اتوماسيون ساختمان بر اساس شبيه­سازي يك بيمارستان بطور نمونه انجام می­گیرد. در اينجا كليه توابع و تجهيزات ساختمان مدل گرديده است. توابع BACs با توجه به استاندارد EN 15232 بر مبناي انرژي مورد نياز و منابع تغذيه براي يك ساختمان به صورت دياگرام 1-1 مي­باشد.

 

شكل 1-1 دياگرام مدلينگ يك ساختمان بر اساس فضاها و منابع تغذيه

 

در اين دياگرام، اتاقها نشاندهنده منابع متقاضي انرژي محسوب مي­شوند. انرژي مورد نياز اتاقها شامل عملكرد مناسب دستگاههاي HVAC با توجه به درجه حرارت و ايجاد شرايط مطلوب براي افراد، رطوبت، كيفيت مناسب هوا و همچنين روشنايي مورد نياز اتاقها مي­باشد. در اينجا تغذيه كردن مصرف­كننده­ها با توجه به ميزان تقاضاي انرژي است و طوري مي­باشد كه ميزان تلفات سيستم توزيع و توليد انرژي كمينه گردد.

بر اساس استاندارد EN 15232 ابتدا بايد كلاس بهينه­سازي انرژي ساختمان مورد نظر، بر اساس چهار كلاس  (A,B,C,D) مشخص گردد. اين طبقه­بندي بر اساس جدول 1-1 مي­باشد.

جدول 1-1. طبقه­بندي عملكرد سيستم اتوماسيون

كلاس

بهره انرژي

A

بيانگر عملكرد بالاي انرژي سيستم BACS و TBM به صورت زير:

  • اتوماسيون اتاقها بر اساس كنترل ميزان اتوماتيك مورد نياز
  • برنامه ريزي تعمير و نگهداري
  • مانيتورينگ ميزان انرژي

B

بيانگر عملكرد متوسط انرژي سيستم BACS و TBM به صورت زير:

  • اتوماسيون اتاقها بدون درنظر گرفتن كنترل بر اساس ميزان اتوميتيك مورد نياز
  • مانيتورينگ انرژي

C

بيانگر عملكرد استاندارد انرژي سيستم BACS و TBM به صورت زير:

  • اتوماسيون ساختمان بر اساس نيازهاي اوليه 
  • عدم اتوماسيون كردن تجهيزات الكتريكي اتاقها، شيرهاي رادياتورها
  • عدم مانيتورينگ انرژي

D

بيانگر عدم عملكرد انرژي سيستم BACS و TBM بوده و چنين سيستمهايي بايد در آينده به روز شده و در حال حاضر ساختمانهاي جديد نبايد با اين سيستم ها تجهيز شوند:

  • بدون توابع اتوماسيون ساختمان
  • عدم اتوماسيون كردن تجهيزات الكتريكي اتاقها
  • عدم مانيتورينگ انرژي
 

 

 سپس با توجه به نوع كلاس و تجهيزات قابل كنترل و بر اساس جداول مندرج در استاندارد EN 15232        مي­توان ميزان كنترل آن تجهيز را مشخص كرده و در انتها بر اساس محاسبات، ميزان عملكرد سيستم اتوماسيون را تعيين نمود.  اين محاسبات به ترتيب زير انجام مي­شود:

گام 1:  تعيين ضريب بهره BACs

ميزان تاثير توابع BACS از نسبت ميزان انرژي يك كلاس موردنظر بر روي انرژي مورد نياز ساختمان كلاس مبنا، توسط ضرايب بهره تخمين زده مي­شود. ضريب بهره براي همه مدل ساختمان در كلاس C به صورت مبنا يك درنظر گرفته مي­شود. به عبارت ديگر ميزان انرژي مورد نياز هر ساختمان كلاس مبنا 100% است. ضريب بهره BACs بر اساس رابطه 1-1 تعريف مي­شود.

1-1                                                                                                                 

K: ضريب بهره BACs

M : ميزان انرژي مورد نياز سيستم BACs جهت كلاس طراحي شده

B : ميزان انرژي مورد نياز سيستم BACs كلاس C

گام 2:  تعيين انرژي ذخيره شده توسط توابع BACs

انرژي ذخيره شده توسط توابع BACs  براي كلاس بهره سيستم­هاي مختلف با استفاده از رابطه 1-1 بدست    مي­آيد و از آنجا مي­توان نتيجه گرفت:

1-2                             

با توجه به رابطه­هاي بدست آمده و بر اساس نكات طراحي بخش 4 و نقاط تنظيم آورده شده استانداردها مي­توان سيستم اتوماسيون را در بيمارستان طراحي كرده كرده و از آنجايي كه ميزان انرژي مورد نياز يك ساختمان در كلاس C را مي توان در هنگام طراحي بدست آورد، در نتيجه به راحتي با تعيين ضريب بهره سيستم اتوماسيون مقدار انرژي ذخيره شده را برحسب KWh بدست آورد.

بر اساس استاندارد EN 15232  براي بيمارستان­ها ضريب بهره انرژي گرمايي (سيستم گرمايش، سرمايش و DHW ) با طراحي كلاسهاي مختلف سيستم اتوماسيون به صورت جدول 1-2 مي­باشد.

 

جدول1-2 ضريب بهره سيستم اتوماسيون براي بيمارستانها

ضرايب بهره انرژي گرمايي سيستم اتوماسيون

نوع ساختمان

A

B

C

D

عملكرد انرژي بالا

بهره انرژي متوسط

استاندارد (مبنا)

بدون بهره انرژي

86/0

91/0

1

31/1

بيمارستان

 

 

بر اساس استاندارد EN 15232  براي بيمارستان­ها ضريب بهره انرژي الكتريكي (سيستم روشنايي و تجهيزات جانبي الكتريكي ساير سيستمها) با طراحي كلاسهاي مختلف سيستم اتوماسيون به صورت جدول 1-3 مي­باشد.

 

 

 

جدول1-3 ضريب بهره سيستم اتوماسيون براي بيمارستانها

ضرايب بهره سيستم روشنايي و تجهيزات جانبي الكتريكي در سيستم اتوماسيون

نوع ساختمان

A

B

C

D

عملكرد انرژي بالا

بهره انرژي متوسط

استاندارد (مبنا)

بدون بهره انرژي

96/0

98/0

1

05/1

بيمارستان

 

 

گام 3: نتايج بدست آمده از بيمارستان نمونه

نتايج بدست آمده از ميزان ذخيره انرژي يك بيمارستان 100 تختخوابي با مساحت حدود 8000 مترمربع، داراي كنترل هوشمند و طراحي شده  در كلاس B به طور خلاصه در جدول 1-4 آورده شده است.

 

جدول 1-4 انرژي مورد نيلز بيمارستان نمونه

روشنايي

تهويه مطبوع

سرمايش

گرمايش

واحد

محاسبات

رديف

توضيحات

انرژي گرمايي

 

 

100

100

 

 

1

انرژي مورد نياز

 

 

28

33

 

 

2

تلفات دستگاهها

 

 

128

133

 

 

3

مصرف انرژي براي كلاس C

 

 

1

1

 

 

4

ضريب بهره انرژي گرمايي كلاس C

 

 

91/0

91/0

 

 

5

ضريب بهره انرژي گرمايي كلاس مورد نظر (كلاس B)

 

 

116

121

 

 

6

مصرف انرژي براي كلاس B

انرژي الكتريكي

34

21

12

14

 

 

7

سيستم روشنايي و تجهيزات جانبي الكتريكي سيستمها

1

1

1

1

 

 

8

ضريب بهره انرژي الكتريكي كلاس C

98/0

98/0

98/0

98/0

 

 

9

ضريب بهره انرژي الكتريكي كلاس مورد نظر (كلاس B)

33

20

8/11

7/13

 

 

10

مصرف انرژي براي كلاس B

 

 

طبق نتايج بدست آمده، با طراحي سيستم اتوماسيون از كلاس C به كلاس B مقدار انرژي ذخيره شده به شرح زير مي­باشد:

انرژي ذخيره شده سيستم گرمايش: 91%

انرژي ذخيره شده سيستم سرمايش: 91%

انرژي ذخيره شده سيستم الكتريكي: 98/0

بر اساس محاسبات مقدار انرژي ذخيره شده اين بيمارستان حدود 216000 كيلووات ساعت مي­باشد. كه ملاحظه مي­گردد در هزينه­هاي مربوط به تاسيسات كاهش قابل ملاحظه­اي انجام شده است.

 

  1. نتايج

در اين مقاله، با استفاده از نتايج بدست آمده بر اساس استاندارد EN 15232 سيستم اتوماسيون بر روي يك بيمارستان، بطور نمونه مورد بررسي قرار گرفته است. در اين استاندارد روشهاي معيني جهت ارزيابي تاثير سيستم كنترل و اتوماسيون ساختمان (BACS) و مديريت فني ساختمان (TBM) بر روي ميزان انرژي مصرفي ساختمان ارائه شده است و راهنمايي جهت شناسايي يك روش بهينه با تجهيزات كمينه بر اساس ميزان پيچيدگي ساختمانها مي­باشد. با استفاده از اين استاندارد ميزان انرژي ذخيره شده توسط اين سيستم بدست آمده  و نتايج نشان مي­دهد كه حدود 20 درصد مقدار انرژي مورد نياز يك بيمارستان كاهش يافته و در نتيجه ميزان هزينه انرژي مصرفي نيز كاهش خواهد يافت.