جلوگیری از انتشار ۱۰۰ میلیون تن کربن دی اکسید در اثر کاهش مصرف انرژی به وسیله اینترنت اشیا

اینترنت اشیا جهانی است که در آن هر چیزی، از جمله اشیا بی‌جان، برای خود هویت دیجیتال دارند و به کامپیوترها اجازه داده خواهد شد تا آن‌ها را سازماندهی و مدیریت کنند. مفهوم ماشین به ماشین یا M2M  راهی را که یک ماشین با ماشین دیگر جهت برقراری ارتباط انتخاب می‌کند، نشان می‌دهد. اینترنت اشیا هم چگونگی برقراری ارتباط یک دستگاه هوشمند با سرویس ابری و هم چگونگی اتصال دستگاه‌ها به همدیگر را نشان می‌دهد. اگر  مقاله قبلی زومیت با عنوان اینترنت اشیا و پروژه‌های شرکت‌های بزرگ  را خوانده باشید ، بهتر این مفهوم را درک خواهید کرد.

مطابق مطالعات انجمن فن‌آوری مصرف‌کننده CTA - Consumer Technology Association افزایش استفاده از تکنولوژی اتوماسیون خانه از طریق اینترنت اشیاء (IoT) دارای پتانسیل قابل‌توجهی برای صرفه‌جویی انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای دارد. مطالعه پتانسیل صرفه‌جویی انرژی تکنولوژی اتوماسیون خانگی نشان از مطابقت وسیع تولیدات اتوماسیون خانگی مانند مدارات کنترل دما و روشنایی است، به‌طوری‌که اگر این وسایل به هدف صرفه‌جویی به کار بسته شود، می‌تواند از انتشار ۱۰۰ میلیون تن کربن دی‌اکسید - CO2 جلوگیری کرده و مصرف انرژی در زیر بخش خانگی (در ترازنامه انرژی یک کشور) را تا ۱۰ درصد کاهش دهد.

این مطالعه در مرکز فرانهوفر در سیستم‌های انرژی پایدار Fraunhofer Center for Sustainable Energy Systems- CSE  تعریف و به کمک CTA انجام گرفت. در این مطالعه، ۱۷ راهکار مهم  شناسایی و ۵ مورد به‌منظور بررسی دقیق‌تر انتخاب شدند و تحلیل در سطح کلان برای این ۵ مورد در نظر گرفته شد. در ادامه به بررسی این موارد می‌پردازیم.

این ترموستات‌ها قابلیت کنترل از راه دور با استفاده از اسمارت فون، تبلت، کامپیوتر را بر بستر شبکه‌ی اینترنت دارند که مسلماً باعث تسهیل کنترل دمای محیط و استفاده بهینه از انرژی خواهند شد.

مطمئناً برنامه‌ریزی یک ترموستات توسط تلفن همراه صرفه‌جویی انرژی بهتری در مقایسه با خانه‌ای هوشمند با پنل نمایشگر روی دیوار خواهد داشت. این ترموستات‌های هوشمند، حتی قابلیت آموزش و مطابقت خود با شرایط برنامه‌ریزی‌شده رادارند. به‌عنوان‌مثال سیگنال کنترل این ترموستات می‌تواند حس‌گر تردد افراد باشد و دما متناسب با افراد حاضر در محل تنظیم گردد. یا می‌توان دما را در زمان خواب به نحو دلخواه تنظیم کرد و یا شرایط کاری‌اش متناسب با آب‌وهوای بیرون یا سیگنال پاسخگویی بار (Demand Respone) باشد البته شاید مفهوم پاسخگویی بار برای ما کمی ناشناخته باشد.

حتی این ترموستات می‌تواند با قیم متغیر برق مصرف را تطابق دهد. بنابراین درصورتی که قیمت برق لحظه‌ای در بازار برق محل مسکونی بالا باشد، این ترموستات دمای مد نظر را به جهت کاهش مصرف تغییر می دهد. البته هنوز بازار برق به این شکل در صنعت برق کشور ما وجود ندارد و عملا تقسیم بندی زمانی هزینه‌ای به سه دسته، عادی، کم باری و پیک بار تقسیم می‌شود که با این وجود استفاده از این وسایل باعث کاهش در هزینه‌های مصرف انرژی خواهد شد.

HVAC یا  Heating, Ventilating and Air Conditioning که به مجموعه فناوری‌های مربوط به «گرمایش، تهویه و تهویه مطبوع» اطلاق می‌شود، دربرگیرنده راه حل‌های مربوط به ایجاد آسایش از طریق تهویه و ایجاد شرایط دمایی مطبوع برای محیط‌های داخلی ساختمان است. هنگامی‌که یک سیستم تهویه مطبوع برای کنترل چند فضای مستقل و ایزوله از هم طراحی می‌شود. به هریک از این قسمت‌ها یک منطقه یا یک Zone گفته می‌شود.

مسلما استفاده از تهویه مرکزی باعث می‌شود در یک ناحیه بیشتر یا کمتر از حد لازم تهویه صورت پذیرد. کنترل هرکدام از ین نواحی به‌تنهایی می‌تواند باعث بهبود بهره‌وری  انرژی گردد. برای مثال در حالتی که ترموستات‌های هوشمند متناسب با جمعیت ساکن در محیط عمل می‌کنند، یک اتاق خالی می‌تواند با این کنترل به‌طور مستقل عمل کرده و تنظیمات خود را فقط متناسب با شرایط آن اتاق هماهنگ کند. شکل زیر نحوه پیاده سازی عملیاتی چنین سیستمی را نشان می‌دهد. البته راه‌حل‌های دیگری همچون استفاده از هوای جهت داده شده (Forced air) نیز وجود دارد.

 همان طور که در شکل می بینیم سیگنال های کنترلی باعث تغییر حجم هوای ورودی به هر یک از زون‌ها شده و باعث می‌شود دمای هر زون به طور جدا تنظیم گردد.

این امر درواقع کنترل هوشمند نور وارده، توسط موانعی همچون سایبان یا پرده است که مسلماً بر انرژی مصرفی جهت سرمایش یا گرمایش و نیز انرژی مصرفی جهت تأمین روشنایی تأثیرگذار بوده و این امر توسط ایجاد صدای هشدار جهت انتقال نور و تابش خورشید یا انتقال گرما از پنجره به بیرون توسط کنترل دستی و یا به‌صورت خودکار و بدون هشدار انجام می‌گیرد که مسلماً مورد دوم عملکرد بهتری خواهد داشت.

در جهت بهبود عملکرد گسیل نور می‌توان این کنترل را در پنجره‌های الکترومغناطیسی نیز به کاربرد که به علت فراگیر نشدن این پنجره‌ها، استفاده از این مورد بیش‌تر در ساختمان‌های در حال ساخت می‌تواند انجام گیرد.

استفاده از شیشه های هوشمند  که کنترل جریان ورودی به شیشه می‌تواند آن را از حالت مات تا شفاف تغییر دهد مسلما با وجود این کنترلرها  مقبولیت بیشتری می‌یابد. یک نمونه دو حالتی - مات، شفاف از این شیشه ها در این ویدیو نشان داده شده است:

کنترل پنجره‌ها توسط موبایل یا تبلت می‌تواند یک مرجع یا set point را مبنا قرار داده یا شرایط کاری‌اش متناسب با آب‌وهوای بیرون یا سیگنال پاسخگویی بار (Demand Respone) یا حس‌گر تجمیع باشد. سیگنال خروجی آن نیز به دیمر لامپ جهت تنظیم نور روشنایی محیط، و سیستم سرمایش و گرمایش جهت تعیین نقطه تنظیم جدید یا تغییر جهت کانال هوا به کار گرفته می‌شود.

البته تصور کنید که موتور کوچک تعبیه‌شده در پنجره به علت گرم شدن هوای اتاق در یک روز تابستانی که وزش باد نداریم، پوشش پنجره‌ها را انداخته تا از ورود نور و گرم شدن اتاق جلوگیری کند. در این حالت مسلماً سیستم سرمایش انرژی کمتری ولی سیستم روشنایی در صوت نیاز انرژی بیشتری مصرف خواهد کرد. در این حالت سیستم با نمونه‌گیری‌های متعدد و حل مسئله بهینه‌سازی بهترین تصمیم را که منجر به بیشترین کاهش در مصرف شود با در نظر گرفتن سایر عوامل، اعمال خواهد نمود.

ازآنجاکه بخش مهمی از مصرف انرژی در ترازنامه انرژی هر کشوری را زیر بخش خانگی داشته و در این زیر بخش بیش از ده درصد مصرف مرتبط با وسایل روشنایی است، مسلماً توجه به این مورد بسیار حائز اهمیت است.

بر طبق اصول مهندسی روشنایی هر سطحی باید از روشنایی معین و استانداردی برخوردار باشد که شدت آن با واحد لوکس اندازه‌گیری می‌شود؛ بنابراین برای دستیابی به این مهم سنسورهای تعبیه‌شده متناسب با محیط و بسته به نیاز و وجود افراد در محل مدنظر روشنایی را تنظیم خواهند کرد. سنسورهای مختلفی ازجمله سنسورهای مادون‌قرمز PIR که حضور افراد را بر اساس تغییرات در انتشار امواج فروسرخ محیط اندازه‌گیری و ثبت می‌کنند یا سنسورهای اولتراسونیک که بر اساس شدت امواج غیرقابل شنود، همچون حرکت اجسام یا دست و سر افراد تغییرات را لحاظ می‌کنند و یا سنسورهای آکوستیک که صدای قابل شنود را اندازه‌گیری می‌کنند. به‌عنوان‌مثال در مواقعی که اتاقی خالی است مسلماً تغییرات صدا به آستانه مدنظر برای تغییر حالت روشنایی نخواهد رسید. البته سنسورهای ترکیبی یا HS-Hybrid sensor عملکرد بهتر و خطای کمتری خواهند داشت.

البته این امر فقط توسط سنسورها انجام نشده و می‌تواند بهینه‌سازی روشنایی توسط الگوریتم‌هایی که ورودی‌اش از شبکه‌های دیگر نظیر دوربین‌ها، پدهای فشاری یا میکروفون، انجام گیرد. به‌عنوان یک مثال ساده فرض کنید صندلی مطالعه شما دارای یک پد فشاری است که در صورت تحریک پد لوکس موردنیاز برای روشنایی با توجه به در نظر گرفتن نور محیط برای میز تنظیم و هم‌زمان سیستم تهویه مطبوع و سیستم کنترل پنجره که بر بستر شبکه به هم متصل هستند شرایط دمایی و مطلوب را برای شما فراهم می‌کند. می‌توان به کنترل مرکزی در حین تغییرات سیگنال پد برنامه‌ای داد که بین دو حالت یک تأخیر جهت اعمال تغییرات اعمال کند تا درصورتی‌که برای مدتی خیلی کوتاهی میز را ترک کنید، قطع و وصل شدن لامپ طول عمر آن را کاهش ندهد و تعداد قطع و وصل به‌صورت معقول و منطقی باشد.

بعضی از مدارهای الکتریکی حتی در حالت بدون بار یا استندبای توان الکتریکی مصرف می‌کنند. به‌عنوان‌مثال شارژهای گوشی‌های هوشمند متصل به پریز!

در بعضی مواقع نیز افراد، یک وسیله برای مثال یک تلویزیون را بدون استفاده رها می‌کنند. برای این مورد سیستم با یک حس‌گر مناسب مدار تغذیه تجهیز را قطع می‌کند. این کار شاید به‌صورت ناگهانی چندان جالب نباشد. در این مورد APS ها (Advanced power strips)  توان را به پایین‌ترین حد ممکن کاهش می‌دهند.

برای مثال درصورتی‌که سنسورهای ترکیبی تشخیص دهند که باوجود صدای تلویزیون در اتاق سنسور مادون قرمز تغییری در تشعشعات ناشی از حضور فرد احساس نکند یا سنسور اولتراسونیک تغییر در موج صداهای غیرقابل شنود احساس نکند، متوجه می‌شود باوجود روشن بودن تلویزیون یا کامپیوتر شخص در این محل نیست. به همین خاطر ابتدا به سیگنال روشنایی فرمان می‌دهد تا به‌صورت چشمک‌زن به کاربر هشدارهای لازم را دهد و در صورت عدم وجود کاربر، کامپیوتر را به حالت استندبای برده و سایر تجهیزات جانبی آن را از مدار خارج کند.

این ۵ مورد بر مبنای تخمین اولیه‌ی صرفه‌جویی و فیدبک اعضای CTA و برنامه بازدهی انرژی مدیران و ارتقادهندگان انتخاب شدند.

Shaprino، رئیس و مدیرعامل Consumer Technology Association- CTA اعتقاد دارد با این راهکارها می­توان کنترل راحت‌تر و بهتری بر خانه از هرکجای جهان داشت و از رفاه بالا و صرفه‌جویی هزینه و سودهای محیط زیستی فراوان آن لذت برد.

اگر به ترازنامه انرژی کشورمان را در سال 92 نگاهی بیندازیم کل مصرف ما در این سال در زیر بخش خانگی عمومی و تجاری ۴۳۸.۵ میلیون بشکه است. به نظر می‌رسد یک بررسی می‌تواند نشان دهد که در صورت استفاده از تجهیزات ارتباطات و فناوری اطلاعات در این زیر بخش چند درصد از انرژی مصرفی کاسته می‌شود.  در کشور ما بررسی‌های دقیق و البته پرهزینه که نتایج عملیاتی‌اش صدها برابر این هزینه‌ها را جبران خواهد نمود، کمتر صورت می‌گیرد. اما به هر حال نظرات کارشناسان صنایع مختلف می تواند بر این امر تاثیر گذار باشد . نظر شما چیست؟

شما چه پیشنهادهایی برای بررسی های  اثرات متقابل صنایع داخلی کشور دارید ؟