شهرها ساختمان‌های هوشمند می‌خواهند

ایران مانند دیگر کشورهای جهان، متورم شدن شهرها و هجوم جمعیت را به کلانشهرها تجربه می‌کند. شهرها، دوسوم انرژی جهان را مصرف می‌کنند و 60درصد از کل آب جهان به مصارف شهری می‌رسد. همچنین شهرها 70درصد گازهای گلخانه‌ای جهان را تولید می‌کنند و این مقدار مدام در حال افزایش است. هم‌اکنون، بیش از 50درصد جمعیت جهان در شهرها زندگی می‌کنند و تا سال ۲۰۵۰ این میزان به 70درصد افزایش خواهد یافت. این تغییرات اقلیمی را چه با دید برتری و چه نقص درنظر بگیریم، هدف آن است که به سمت داشتن شهرهایی کم‌مصرف‌تر و پایدارتر گام برداریم.

برای غلبه بر عطش سیری‌ناپذیر کلانشهرها، مدیریت مصرف انرژی و داشتن بهترین متد شهرنشینی، «شهر سبز» یکی از راهکارها و به بیانی مهم‌ترین آنهاست. شهر سبز دارای منابع پایدار طبیعی است که در آن، توسعه پایدار با توجه به مصرف این منابع برای نسل‌های فعلی و آینده صورت می‌گیرد. راهبردهای مهم زیست‌محیطی در آن به اجرا درآمده و از هر نظر، شهر، کیفیتی چشمگیر برای زندگی دارد. نزدیکی محلات مسکونی با امکانات و تسهیلات رفاهی عمومی، مانند حمل و نقل عمومی و ایجاد فضاهای مشترک زنده، ایجاد فضاهای پیاده‌روی و مسیرهای امن دوچرخه سواری، به سلامت ساکنان و محیط‌ زیست و کاهش اتلاف انرژی و ایجاد فضاهای زنده شهری و معماری می‌انجامد.

در اعلامیه جهانی شهرهای سبز که توسط مدیریت برنامه محیط‌زیست سازمان ملل(UNEP) در سال ۲۰۰۵ میلادی طرح شد، مؤلفه‌های مهمی برای رسیدن به شهر سبز بیان شد؛ مؤلفه‌هایی نظیر انرژی، آب، حمل و نقل، طراحی شهری، طبیعت شهری، سلامت محیطی، کاهش ضایعات و مصرف بهینه انرژی.

لازمه رسیدن به شهر سبز، طراحی ساختمان‌هایی سبز است؛ زیرا بیش از 40درصد انرژی جهان در ساختمان‌ها مصرف می‌شود و 21درصد گازهای گلخانه‌ای از آنها منتشر می‌شود. این کار نیازمند آن است که نه‌تنها به ساختمان‌ها بلکه به همان اندازه به حمل‌ونقل، زیرساخت‌ها و تجهیزات مولد انرژی نیز توجه شود. اما طراحان و مجریان چگونه می‌توانند در رسیدن به ایده شهر سبز، از ساختمان‌ها استفاده کنند؟

به‌نظر می‌رسد که این مهم، با همراهی ساختمان‌های هوشمند در مؤلفه‌هایی که دپارتمان برنامه محیط ‌زیست سازمان ملل بیان کرده است، محقق شود. آنچه در این زمینه یاری‌بخش است، قطعا بررسی مصرف انرژی در ساختمان‌هاست.

بهره‌وری چطور بالا می‌رود؟

ساختمان‌های آینده دارای بهره‌وری انرژی و با محیط خود در ارتباط هستند (شبکه هوشمند) که لازمه داشتن شهرهای پایدار نیز وجود ساختمان‌های هوشمند در آنهاست. سیستم مدیریت انرژی در چنین ساختمان‌هایی تحت نظارت دستگاه‌های سنجش انرژی هوشمند قرار دارد. براساس اطلاعات خروجی از این دستگاه‌ها می‌توان گام‌های بعدی را در ارتقای بهره‌وری انرژی ساختمان و کل منطقه و حتی کل شهر برداشت. ساختمان‌های هوشمند راهکارهایی برای بهبود بهره‌وری در انرژی دارند.
در تمام این راهکارها از حسگرها و عملگرهای متفاوتی برای مدیریت مصرف استفاده می‌شود. حسگرهای اطلاعاتی مثل اشکال مصرف یا اطلاعاتی در مورد عملکرد اجزا را جمع‌آوری می‌کنند و عملگرها با این اطلاعات، اعمالی را در دستگاه‌ها انجام می‌دهند. از جمله این اعمال می‌توان به قطع و وصل مدارهای الکتریکی و روشن و خاموش کردن دستگاه‌هایی مثل لوازم خانگی یا سایر مصرف‌کنندگان انرژی اشاره کرد. عملگرها نه‌تنها میزان مصرف انرژی مدارهای الکتریکی را اندازه می‌گیرند بلکه می‌توانند آنها را روشن و خاموش کنند.

حال باید در نظر داشت که جهان در آستانه تغییری بزرگ در زمینه تولید و مصرف انرژی است. در آینده، انرژی بیشتر از منابع تجدیدپذیر به‌دست می‌آید؛ به‌عبارت دیگر از خورشید و باد. به دلیل استفاده از منابع تجدیدپذیر پایان‌ناپذیر، انرژی مطمئنی در اختیار انسان قرار می‌گیرد و مدیران شهری ایران نیز نباید این مهم را فراموش کنند.

انرژی‌های تجدیدپذیر به مرور زمان محبوب‌تر از منابع سنتی انرژی می‌شوند اما تولید برق از منابع انرژی تجدیدپذیر نوسان دارد؛ یعنی تنها زمانی که خورشید در آسمان است یا باد می‌وزد، برق تولید می‌شود. این مسئله برای شبکه‌های برق، چالشی بزرگ به‌‌حساب می‌آید. از سوی دیگر، بسیاری از شرکت‌های آب و برق در آینده برای مدیریت بار مصرفی و به‌منظور تشویق مصرف‌کنندگان به خاموش کردن وسایل برقی در ساعاتی خاص از روز تعرفه‌های قیمت خود را متغیر درنظر می‌گیرند. معضل موجود در این میان از یک‌سو ناشی از تامین متغیر انرژی توسط ساختمان‌های هوشمند است و از سوی دیگر برخاسته از تقاضای نامتوازن انرژی در طول روز؛ برای مثال اگر در روزی آفتابی به اندازه‌ای برق از سیستم‌های فتوولتائیک به شبکه برق محلی تغذیه شود که خیلی بیشتر از بار مصرف شبکه (میزان تقاضای برق) در آن زمان باشد، مشکلات ولتاژی در شبکه ایجاد می‌شود.

از سوی دیگر اگر مولد انرژی تجدیدپذیر نباشد یا کار نکند و تقاضا بالا باشد، لازم است موقتا از مولدهای سنتی انرژی استفاده شود.
در این بین، راه‌حل بالقوه برای این مشکل که بارها به آن پرداخته شده ذخیره انرژی الکتریکی است. با مدیریت بار‌مصرفی در ساختمان‌های هوشمند، ما قادریم مصارف برق سنتی و بارهای ناشی از سیستم‌های HVAC، مصارف وسایلی مثل یخچال و ماشین لباسشویی و خودروهای برقی را متناسب با مقدار انرژی تجدیدپذیر تولیدشده در ساختمان یا براساس تعرفه‌های متغیر برق طوری تنظیم کنیم که در آسایش ما خللی وارد نشود. البته باید درنظر داشت تمام راهکارهایی که پیش از این مطرح شده‌اند در یک موضوع مشترک هستند و آن، این است که همگی می‌توانند در حد یک ساختمان با یکدیگر در تعامل باشند و نه با جهان بیرون.

کمک ساختمان‌های هوشمند به شارژ خودروهای برقی 

علاوه بر ساختمان‌های هوشمند، خودروهای الکتریکی، دیگر محصولاتی مربوط به آینده نیستند و با پیشرفت‌های تکنولوژیکی که حاصل می‌شود، حتی در جاده‌های کشورمان نیز شاهد رفت‌وآمد آنها هستیم. اما خود این خودروها برای شارژ شدن، نیازمند دریافت انرژی الکتریکی هستند و مادامی که انرژی الکتریکی از سوخت‌های فسیلی به‌دست می‌آید، استفاده از چنین خودروهایی، نتیجه مورد انتظار را نخواهد داشت. اما ساختمان‌های هوشمند راه‌حلی برای این معضل دارند.

مصرف خودروهای برقی اغلب در ساعات اولیه شب است؛ زیرا کسانی که از سر کار به منزل برگشته‌اند خودروی خود را به شارژ می‌زنند تا در طول شب شارژ شود. این دقیقا در زمان اوج مصرف برق است و افزایش استفاده از وسایل نقلیه برقی تهدیدی برای ضریب اطمینان منابع برق شهر به‌نظر می‌رسد. این تهدید از 2جنبه رخ می‌دهد: یکی اینکه هنگام شارژ این خودروها ممکن است پست‌های توزیع برق (ترانسفورمر) اطراف، اضافه بار پیدا کنند و دیگر اینکه این خودروها تقاضا برای افزایش ظرفیت تولید را زیاد می‌کنند. خودروهای برقی به‌احتمال زیاد در طول شب خیلی بیشتر از زمانی که برای شارژ باتری‌هایشان احتیاج دارند در پارکینگ می‌مانند. پس به جای شارژ آنها در ساعات ابتدایی شب می‌توان آنها را در نیمه‌شب یا ساعات ابتدایی صبح شارژ کرد که این کار می‌تواند توسط تجهیزات خودکار بسیار ساده و بدون احتیاج به نیروی انسانی انجام شود.

ولی نکته اساسی این است که شارژ در نیمه‌شب به میزان قابل‌توجهی به تقسیم بار مصرف برق در ۲۴ساعت شبانه‌روز کمک می‌کند. اگرچه در جاهایی که تعرفه‌ها در ساعات مختلف روز متفاوت هستند، بهتر است که شارژ در ساعاتی مشخص از شبانه‌روز که برق ارزان‌تر است انجام شود یا حتی از بیشینه برق تولیدشده توسط سیستم فتوولتائیک خود ساختمان بهره برده شود. پس ساختمان‌های هوشمند، با تولید انرژی و ذخیره آن برای شارژ خودروهای برقی، هم از تحمیل اضافه‌بار بر شبکه توزیع برق جلوگیری می‌کنند و هم مصرف برق متوازن را به‌دنبال دارند. حتی اگر تنها چند خودروی برقی با برق شبکه شارژ شوند، ممکن است مبدل محلی دچار اضافه بار شود. اما در خانه‌ها یا آپارتمان‌های هوشمند که اطلاعات را از شبکه هوشمند دریافت می‌کنند، وقتی مبدل به اضافه بار نزدیک شود، فرایند شارژ خودروها قطع می‌شود. به همین شکل وقتی انرژی در شبکه مازاد باشد، سیستم شارژ خودرو را آغاز می‌کند.

نتیجه

انعطاف ساختمان‌های هوشمند، راه را بر شمار چشمگیری از تغییرات در مصرف و ذخیره انرژی هموار می‌کند. نسبت ساختمان‌های هوشمند و شهرهای سبز، ارتباطی مهم و دوجانبه است که قطعا هدف سیستم‌های مهندسی در آینده تطابق این دو و رسیدن به شهرهای هوشمند و پاک است که این مهم بدون همیاری سازمان‌ها و واحدهای مرتبط و همکاری مدیریت شهری و دولت محقق نخواهد شد.

در این راستا ایجاد یک شبکه پویا و واحد درخصوص نظارت بر شرکت‌ها و واحدهای فعال در این زمینه می‌تواند مفید باشد؛ چراکه هر روز شاهد اعلام وجود شرکت‌هایی هستیم که تحت عنوان هوشمندسازی و اتوماسیون، بیشتر به بحث زیباسازی و معماری سازه‌ای که در مواردی که به صورت تخصصی بررسی نشود با صرفه‌جویی در مصرف انرژی در تناقض است، می‌پردازند و المان‌های هوشمندسازی را درنظر نمی‌گیرند. لذا تشکیل یک موسسه یا سندیکای علمی با محوریت شهر سبز و براساس ارائه جدیدترین متدهای هوشمندسازی و منشور تخصصی در این خصوص ضروری به‌نظر می‌رسد.