حلول ذكية لترشيد استهلاك الطاقة في المباني: من HVAC المتطور إلى الإضاءة التكيفية وإدارة المساحات

حلول ذكية ترشيد استهلاك الطاقة في المباني : من HVAC المتطور إلى الإضاءة التكيفية وإدارة المساحات

من أنظمة HVAC الذكية إلى الإضاءة التكيفية وإدارة المساحات: أفضل الحلول للموازنة بين استهلاك الطاقة وراحة المستخدمين

في الوقت الحالي ترتفع التحديات الاقتصادية والبيئية إلى حد كبير، مما زاد بشكل كبير من الحاجة إلى استهلاك الطاقة بأفضل صورها وزيادة كفاءة استهلاكها وبشكل خاص يتجلى ذلك في المباني الإدارية وهذا يرجع إلى الاستهلاك الكبير الخاص بتلك المباني للطاقة، ويتضح ذلك في أوضح صوره في أنظمة HVAC أو ما يطلق عليها أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء فالأمر الجيد هو وجود حلول ذكية يمكن من خلالها ترشيد استهلاك الطاقة بشكل كبير مع الحفاظ على مستوى كفاءة العمل وكذلك راحة الموظفين، كما يوجد تقنيات أخرى يمكنها المساهمة في ترشيد الاستهلاك مثل أنظمة الإضاءة التكيفية وكذلك أنظمة إدارة المساحات، وسوف نتناولها معًا بشيء من التفصيل خلال المقال، فتابعوا معنا.

من أنظمة HVAC الذكية إلى الإضاءة التكيفية وإدارة المساحات

نتناول في الآتي أهم الأنظمة التي يتم استخدامها في المباني لترشيد استهلاك الطاقة مثل HVAC والإضاءة التكييفية وإدارة المساحات وأهم الأنظمة الأخرى:

أنظمة HVAC

يذكر أنه في المباني 40% من نسبة استهلاك الطاقة يتم إنفاقه على أنظمة HVAC ألا وهي أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، وهذا يعد معدل كبير في استهلاك الطاقة؛ الأمر الذي يجعل تحسين الكفاءة ضرورة ملحة لا غنى عنها لترشيد استهلاك الطاقة وتحسين الكفاءة، وإليكم أهم حلول تحسين الاستهلاك في تلك الأنظمة:

توقع احتياجات التدفئة والتبريد

يمكن الاعتماد على الذكاء الاصطناعي للحصول على توقعات خاصة باحتياجات التدفئة والتبريد في أنظمة HVAC وهذا يكون وفقًا للبيانات الخاصة بالطقس والإشغال، وهذا بدوره يقلل من تكلفة استهلاك الطاقة حيث أنه يخفض من تكلفة التشغيل بدون حاجة.

تفعيل التحكم التلقائي

يمكن استخدم بعض الأنظمة التي تقدم إمكانية التحكم التلقائي في أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء حيث يكون التحكم وفقًا لإشغال الغرف، وهذا بدوره يخفض بشكل كبير من استهلاك الطاقة الغير لازمة في الأماكن التي لا تحتاج إلى تلك الطاقة.

الاستفادة من التعلم العميق

التعلم العميق يوفر تقنيات محددة يمكن استخدامها والاعتماد عليها في نظام HVAC حيث أنها تقدم توقعات للراحة الحرارية للمستخدمين، وبهذه الطريقة يمكن ضبط الأنظمة وهذا بدوره يرشد استهلاك الطاقة وفي نفس الوقت يحافظ على راحة المستخدمين.

أنظمة الإضاءة التكييفية 

كذلك من أنظمة HVAC الذكية إلى الإضاءة التكيفية وإدارة المساحات ففي أي مبنى فإن الإضاءة يتم اعتبارها كجزء ضخم من استهلاك الطاقة؛ لذلك فمن الهام أن يتم ترشيد استهلاك الإضاءة على وجه الخصوص، ويمكن القيام بذلك عن طريق أكثر من طريقة، ونوضحها لكم في الآتي:

استخدام مصابيح LED

بنسبة تصل إلى 80% توفر مصابيح الليد الطاقة المستهلكة في الإضاءة بالمباني، وهذا إذا ما تمت مقارنتها بالمصابيح العادية التي يتم تركيبها، فضلًا عن أن مصابيح الليد تمتلك عمر أطول.

الإضاءة الذكية

كذلك يمكن الاعتماد على الإضاءة الذكية في المباني لتوفير الطاقة المستهلكة في الإنارة حيث أنها تعتمد على أجهزة مصممة لاستشعار كلًا من الحركة والضوء الطبيعي، وبهذه الطريقة يمكن لتلك الأنظمة ضبط مستويات الإضاءة التي يحتاج إليها المبنى بصورة تلقائية، وهذا يزيد من ترشيد استهلاك الطاقة بشكل كبير إذا كانت الأماكن غير مستخدمة.

التحكم عن بعد

إن التحكم عن بعد يعد من أفضل الوسائل التي يمكن الاعتماد عليها في أنظمة الإضاءة التكيفية حيث أنه يقلل بشكل كبير من استهلاك الطاقة بشكل غير ضروري، حيث أنه من خلال أنظمة تحكم صوتي أو عبر تطبيقات الهواتف الذكية يمكن التحكم عن بعد في مستويات الإضاءة وفقًا للحاجة.

إدارة المساحات

أيضا من أنظمة HVAC الذكية إلى الإضاءة التكيفية وإدارة المساحات يتم الاعتماد على الذكاء الاصطناعي في تلك الأنظمة بهدف ترشيد استهلاك الطاقة والوصول إلى طريقة التوزيع الأمثل للموارد، ويكون ذلك من خلال بعض النقاط الأساسية كالآتي:

• عبر تلك الأنظمة يتم التعرف على مساحات العمل التي لا حاجة لها ولا يتم استخدامها، وبالتالي تعمل الأنظمة بناءا على ذلك مما يرشد من استهلاك الطاقة بشكل كبير.
• كذلك من خلال تلك الأنظمة يتم تصميم المساحات ثانية وفقًا للبيانات الخاصة بترشيد الاستهلاك وتعزيز كفاءة العمل.

أنظمة BEMS لإدارة الطاقة في المباني

يمكن اعتبار أنظمة BEMES لإدارة الطاقة في المباني الركيزة الأساسية التي يتم الاعتماد عليها بشكل كبير في ترشيد استهلاك الطاقة ومراقبة الاستهلاك بصورة عامة حيث توفر تلك الأنظمة بعض المزايا الهامة كالآتي:

• تساعد أنظمة BEMS في تطوير الأداء، وذلك يكون من خلال جعل ظروف البيئة الداخلية أفضل، وهذا بدوره يحسن بشكل كبير راحة الموظفين، وبالتالي ترتفع انتاجية العمل ويزداد مستوى الكفاءة به.
• يمكن كذلك لتلك الأنظمة تحديد الأعطال والكشف عنها بصورة سريعة، وهذا بدوره يخفض بشكل كبير من الفترات الزمنية التي يتوقف خلالها العمل، ويعزز ذلك من كفاءة العمل والقدرة الإنتاجية للموظفين.

الإضاءة الطبيعية

من أهم الوسائل التي تساهم بشكل كبير في ترشيد استهلاك الطاقة، وخفض استهلاكها بشكل كبير في المباني هو استخدام الإضاءة الطبيعية بأفضل صورة ممكنة حيث أن ذلك يخفض بشكل كبير من احتياج الموظفين لوجود إضاءة اصطناعية، وهذا الأمر معتمد على التصميم الخاص بالمبنى؛ حيث أنه:

• يجب أن يتم تصميم المبنى من البداية ليكون قدر على إدخال الضوء الطبيعي بأفضل صورة ممكنة، فمن الأفضل أن يحتوي على نوافذ كبيرة متعددة.
• إن اختيار ألوان الدهانات لكلًا من الأسقف والجدارات يعد في غاية الأهمية، فكلما كانت الألوان المستخدمة أفتح كلما كانت القدرة على انعكاس الضوء في المبنى أفضل.
• كذلك من الأفضل أن يتم استخدام ستائر يتمكن التحكم بها حيث يتحكم الموظفين من خلالها في الضوء الطبيعي من الخارج وفقًا لاحتياجهم، وهذا أيضًا يعزز بدوره ترشيد الطاقة في المباني.

أنواع أنظمة HVAC الذكية

في سياق الحديث عن من أنظمة HVAC الذكية إلى الإضاءة التكيفية وإدارة المساحات فتتعدد أنواع أنظمة HVAC الذكية، ويذكر أنه وفقًا لاحتياج المبنى يتم تحديد نوع النظام وكيفية تطبيقه، ونوضح لكم في الآتي الأنواع المختلفة لتلك الانظمة:

نظام HVAC للمباني السكنية

الهدف الأساسي من تأسيس نظام HVAC في المباني السكنية هو ترشيد استهلاك الطاقة في المباني

وتوفير تكييف الهواء والتدفئة والتهوية بأفضل صورة ممكنة وفقًا لاحتياجات المنزل من التدفئة والتبريد، وفي نفس الوقت تحافظ تلك الأنظمة على أعلى مستوى من الكفاءة والجودة والحفاظ على الراحة بالإضافة إلى ترشيد الاستهلاك بأفضل صورة ممكنة.

يذكر أن الاعتماد الرئيسي للمباني السكنية يكون عادة على نظام السبليت وهو نظام يتكون من كلًا من المكثف وهو الوحدة الخارجية والمبخر وهو الوحدة الداخلية، وبصورة عامة يوجد نوعان من أنظمة HVAC للمباني السكنية، ونوضحهم في الآتي:

نظام الدكت

في نظام Ducted split system فإن المبخر أو ما يمثل الوحدة الداخلية يكون متصل مع مجموعة من القنوات الوظيفة الرئيسية لها هو توزيع الهواء في كافة الأماكن بالمبنى:

• يذكر أن هذا النوع ينتشر بشكل كبير في التكييفات المركزية؛ حيث أنه من خلاله يمكن وصول الهواء المكيف إلى مجموعة من الغرف من خلال تلك القنوات بكل سهولة.
• بعض المباني التجارية الصغيرة والمتوسطة تعتمد على هذا النوع من الأنظمة في التكييف، بالإضافة إلى المباني السكنية.

 نظام المكيفات بدون قنوات

إن نظام المكيفات بدون قنوات Ductless Mini-Split هو إحدى أنواع نظام HVAC المستخدم في المباني السكني، كما يطلق عليه ميني سبليت:

• عادة ما يتكون هذا النظام من ووحدة خارجية ووحدة داخلية متصلتان بشكل مباشر أو مجموعة من الوحدات الداخلية المتصلة مباشرة مع الوحدة الخارجية، ولا يتم الاعتماد على قنوات في هذا النظام لنقل الهواء المكيف.
• كل وحدة من الوحدات الداخلية الهدف الأساسي منها هو توصيل الهواء إلى إحدى الغرف، وبهذه الطريقة يمكن لكل شخص التحكم في درجة الحرارة المناسبة له بصورة فردية.
• تعتبر المكيفات الأرضية من أبرز الأمثلة على هذا النوع من الأنظمة.

نظام HVAC للمباني التجارية

كذلك خلال تطرقنا للحديث عن من أنظمة HVAC الذكية إلى الإضاءة التكيفية وإدارة المساحات فتستخدم العديد من المباني التجارية نظام HVAC وعادة ما يكون ذلك في المباني التجارية الكبرى وليست الصغرى؛ حيث أنها تتطلب كفاءة كبيرة في الطاقة، وكذلك يتم الحفاظ على جودة الهواء وأيضًا راحة المستخدمين بها لذلك فهي ضرورة ملحة، ونوضح لكم أنواع تلك الأنظمة في المباني التجارية في الآتي:

نظام التبريد متغير التدفق

إن نظام Variable Refrigerant Flow System الهدف الأساسي منه هو توفير الطاقة مع الحفاظ على المرونة الكبيرة وتوفير الراحة للمستخدمين:

• يعتبر هذا النظام هو الأمثل بالنسبة للمباني التجارية الكبيرة.
• فعلى سبيل المثال يتم استخدامها في المنشآت التي تتكون من طوابق متعددة وكذلك الفنادق.
• في مناطق مختلفة وفي نفس الوقت تعمل تلك الأنظمة على توفير التدفئة والتبريد على حسب الحاجة.
• هذا بدوره يعزز من حصول المستخدمين على أعلى قدر من الراحة بصورة ثابتة في كافة الأماكن بالمبنى.

وحدات السطح

 في أنظمة Packaged Rooftop Units تكون جميع المكونات مجمعة في وحدة واحدة فحسب:

• عادة ما يتم تثبيت تلك الوحدة على سطح المبنى، والهدف من ذلك هو توصيل الهواء المكيف إلى جميع الأجزاء بالمبنى من خلال القنوات.
• الاستخدام الأكبر لتلك الأنظمة عادة ما يكون في المكاتب المتوسطة والكبيرة، وكذلك المراكز التجارية.

وحدات لفائف مروحية

 إن أنظمة Fan Coil Units تعد من أهم أنظمة HVAC المستخدمة في المباني التجارية وتمتاز بصغر حجمها:

• عادة ما تتكون تلك الوحدات من ملف ومروحة، والهدف الأساسي من تلك المكونات هو التحكم في درجة الحرارة في بعض الأماكن بالمبنى.
• تستخدم إما للتبريد أو التسخين وفقًا للحاجة.
• كما يمكن الاعتماد على تلك الوحدات بصور منفصلة أو يتم استخدامها بالإضافة إلى النظام الرئيسي للتدفئة والتهوية.

آلية عمل أنظمة HVAC في ترشيد استهلاك الطاقة في المباني

خلال الشهور الباردة يكون العمل الأساسي لأنظمة HVAC هو توليد الحرارة من خلال مكونات التدفئة في تلك الأنظمة:

• عادة ما يتم استخدام الأفران في تلك الأنظمة لإنتاج الطاقة لتوفير التدفئة ويتم استخدام الزيت أو الغاز أو حتى الكهرباء لذلك، ومن ثم يتم توزيع الحرارة المنتجة من خلال القنوات الهوائية.
• بعض أنظمة HVAC تعتمد بصورة رئيسية على نقل هواء من الأرض أو من الخارج بهدف توفير التدفئة للأماكن الداخلية.
• التهوية أمر في غاية الأهمية حتى يتوفر هواء نظيف بصورة مستمرة ومتجددة.
• يتم استخدام مجاري الهواء على صورة شبكة من القنوات حيث أن الهدف الأساسي منها هو توصيل الهواء إلى كافة الأماكن في المبنى.
• لا يقف الأمر عند هذا الحد فحسب بل أيضًا يتم إزالة المواد التي تسبب الحساسية أو الملوثات الموجودة في الهواء من خلال الاعتماد على فلاتر هواء في تلك الأنظمة، وبهذه الطريقة يكون الهواء الداخلي أفضل.