دمج نظام BMS ونظام HVAC: لماذا لا تزال عناصر تحكم VRF المخصصة مهمة

• ينسق نظام إدارة المباني (BMS) الأنظمة الرئيسية للمبنى، وعادةً ما يكون نظام HVAC هو مسؤوليته الأكبر، وتتم إدارته من خلال تسلسل هرمي شبكي من وحدات التحكم بدلاً من جهاز واحد.^[1]
• بينما يوفر نظام إدارة المباني المراقبة والتنسيق المركزيين، لا تزال كل تقنية من تقنيات HVAC تعتمد على عناصر تحكم مخصصة على المستوى الميداني محسنة لتشغيلها الخاص.^[1]
• تتميز أنظمة VRF بكفاءة أكبر بنسبة 20-30% من أنظمة HVAC التقليدية، ولكن تحقيق الكفاءة يتطلب تحكمًا متقدمًا في تدفق المبرد وتشغيل الضاغط وموازنة الحمل على مستوى المنطقة، وليس فقط الجدولة على مستوى المبنى.^[2]
• يوفر حل التحكم المتقدم (ACS) من LG هذا التحكم المتخصص في نظام VRF من خلال جدولة الطاقة، وإدارة الطاقة بسبع خطوات، والتحكم في ذروة الطلب، وتخصيص استهلاك الطاقة للمستأجرين، وتتبع الامتثال لمعامل الأداء (COP)، ومراقبة جودة الهواء الداخلي. 
• يحقق نظام إدارة المباني (BMS) أعلى قيمة عند اقترانه بعناصر تحكم مخصصة لنظام VRF، إذ يجمع بين الإدارة المركزية للمبنى وتحسين أداء جانب مادة التبريد، وهو أمر أساسي لأداء نظام VRF‏.^[1]

[1] https://www.wbdg.org/resources/smart-controls
[2] https://www.csemag.com/back-to-basics-vrf-systems

تمثل التدفئة والتبريد نحو 35% من استهلاك الطاقة في المبنى، وهي النسبة الأكبر بين جميع أوجه الاستخدام النهائي للطاقة، ما يجعل إدارة أنظمة HVAC أحد أهم القرارات المتعلقة بالكفاءة التي يتخذها مالك المبنى، وفقًا لوزارة الطاقة الأمريكية.^[1]

تواجه المكاتب الحديثة هذا التحدي من خلال دمج نظام HVAC مع نظام إدارة المباني (BMS)، وتوحيد أنظمة المباني على منصة واحدة لتقليل نفايات الطاقة، وتشديد راحة القاطنين، وتبسيط العمليات.

وفي هذا السياق، يمثل التحكم الرقمي المباشر (DDC) والتحكم في تدفق المبرد المتغير (VRF) منهجيات التحكم في بناء أنظمة HVAC، ولكنها تختلف في نطاق التحكم والأدوار الوظيفية.

• يعمل التحكم الرقمي المباشر (DDC) كطريقة تحكم إشرافية مركزية، مطبقًا المنطق المبرمج والجدولة وتحسين مستوى النظام عبر مكونات HVAC المتعددة.
• يعمل التحكم في نظام VRF (تدفق التبريد المتغير) على مستوى المعدات كطريقة تحكم تشغيلية، حيث ينظم تدفق المبرد وأداء الوحدة الداخلية مباشرة استجابة لمتطلبات المنطقة، مما يتيح التحكم الحراري الدقيق والموضعي.

وعلى مستوى هذه المناطق تحديدًا، يصبح التحكم المتقدم في نظام VRF ضروريًا، إذ يوفر الدقة والكفاءة اللتين تجعل من تشغيل مباني المكاتب أكثر ذكاءً بالفعل. لفهم سبب أهمية هذا التكامل، نحتاج أولاً إلى توضيح كيفية ملاءمة عناصر تحكم VRF داخل نظام إدارة المباني.

[1] https://www.energy.gov/cmei/buildings/heating-ventilation-air-conditioning-refrigeration-and-water-heating

ضمن نظام إدارة المباني (BMS)، تتمثل طبقة التحكم التي تتولى فعليًا تشغيل نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) في نظام التحكم الرقمي المباشر (DDC)، وهو المعيار المعتمد حاليًا في قطاع أنظمة التحكم الرئيسية في المباني.^[1]

تتمثل مهام نظام التحكم الرقمي المباشر (DDC) في نطاق واسع؛ فمن خلال المعالجات الدقيقة وأجهزة الاستشعار ووحدات التحكم المتصلة بالشبكة، ينسق النظام تشغيل نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) إلى جانب أنظمة الإضاءة والأمان وغيرها من الأنظمة، ويقارن بيانات أجهزة الاستشعار في الوقت الفعلي بالقيم المحددة مسبقًا، ويصدر الأوامر على مستوى المنشأة بالكامل.^[1] وهي طبقة التحكم التي تمنح المشغلين رؤية موحدة وشاملة للمبنى بأكمله.

تعمل حلول التحكم في نظام VRF بمستوى واحد أعمق. بدلاً من الإشراف على المبنى ككل، تم تصميمها خصيصًا لمعدات VRF نفسها، مع تعديل تدفق سائل التبريد إلى أحمال التدفئة والتبريد في الوقت الفعلي لكل منطقة.

في المكتب المصمم جيدًا، يتكامل النظامان بدلًا من أن يتنافسا. يوفر نظام التحكم الرقمي المباشر (DDC) إشرافًا شاملًا على مستوى المبنى، بينما يوفر التحكم في نظام VRF الدقة المطلوبة على مستوى كل منطقة في المساحات المعقدة ومتعددة المستأجرين، وكلما زادت هذه الدقة، ارتفعت كفاءة المبنى بشكل عام. على الرغم من أن هذا النهج متعدد الطبقات عام، إلا أن السؤال الحقيقي هو كيف تقوم جهات تصنيع محددة مثل LG بتنفيذ هذا التكامل عمليًا.

[1] https://www.wbdg.org/resources/smart-controls

العديد من الشركات المُصنِّعة لأنظمة HVAC توفر وحدات تحكم تدمج أنظمة VRF مع BMS، مما يوسع مزايا التحكم المخصص في VRF إلى الإدارة على مستوى المبنى.

تتبع LG هذا النهج من خلال دعم البروتوكولات المفتوحة، بما في ذلك BACnet IP وModbus TCP، التي تسمح لحلول التحكم في VRF بالتكامل مع مجموعة واسعة من BMS.

*يمكن الوصول إلى AC Smart 5 وACP 5 عبر الكمبيوتر الشخصي والكمبيوتر اللوحي والهاتف الذكي دون برنامج مخصص.

بمجرد دمجها مع نظام BMS، تأتي قيمة التحكم المتقدم في VRF من الذكاء التشغيلي المدمج في منصة التحكم الخاصة بالشركة المصنعة. يعمل حل التحكم المتقدم (ACS) من LG على توسيع إدارة المباني المركزية باستخدام أدوات لتحسين الطاقة وتخصيص التكاليف وإدارة جودة الهواء والتحكم في الوصول.

*قد تختلف بعض الميزات الموضحة أدناه أو قد لا تتوفر بناءً على توافق نظام إدارة المباني (BMS) المتصل وتكامل النظام وتكوينه وقدراته.

4-1. تحسين الطاقة
يعمل حل التحكم المتقدم (ACS) على جدولة التشغيل وفقًا للإشغال الفعلي وأنماط استخدام المبنى، مع تشغيل الأنظمة وإيقاف تشغيلها تلقائيًا للحد من هدر الطاقة، مثل إيقافها بعد ساعات العمل بدلًا من تكييف طابق خالٍ. تعزز ثلاث وظائف ذلك:

التنقل في الطاقة: يقوم النظام بتحليل الاستخدام من البيانات السابقة، ومحاكاة التشغيل مقابل الهدف، ثم تطبيق تعديل تلقائي مكون من سبع خطوات للبقاء داخل هذا الهدف.

التحكم في ذروة الطلب: خلال فترات الطلب المرتفع، يعمل التحكم في الأولوية على إيقاف تشغيل الوحدات الداخلية ذات الأولوية المنخفضة، بينما يعمل التحكم في السعة على كبح الوحدة الخارجية لتحقيق أهداف الطاقة دون تعطيل المبنى بأكمله.

وظائف القفل: يمكن للمديرين تقييد وحدات التحكم الفردية عبر قفل درجة الحرارة أو سرعة المروحة أو الوضع أو جميع الإعدادات، بحيث لا يمكن للركاب تجاوز استراتيجية الكفاءة.

4-2. تخصيص التكلفة والامتثال
بالنسبة للمكاتب متعددة المستأجرين، يُعد مؤشر توزيع الطاقة (PDI) حلاً لمراقبة الطاقة يعمل على توزيع إجمالي استهلاك الكهرباء في الوحدة الخارجية وعرضه عبر الوحدات الداخلية المتصلة بناءً على ظروف التشغيل وأنماط الاستخدام، مما يوفر لمديري المنشآت بيانات لتخصيص تكاليف الطاقة بشكل أكثر دقة بين المستأجرين. كما يتتبع نظام ACS معامل الأداء (COP)، الذي يمكن عرضه في شكل رقمي ورسومي ويمكن تصديره إلى Excel، مما قد يساعد في التوثيق وإعداد التقارير للوائح المباني الخضراء وبرامج الحوافز.*

*قد يختلف هذا الحل حسب البلد.

4-3. جودة الهواء وإدارة الوصول
بالإضافة إلى الطاقة، تدمج ACS مراقبة جودة الهواء الداخلي مباشرةً في واجهة التحكم، وتتبع ثاني أكسيد الكربون وتركيز الغبار حتى يتمكن المديرون من الحفاظ على بيئة مكتبية صحية جنبًا إلى جنب مع التشغيل الفعال. إمكانية الوصول نفسها قابلة للتخصيص: يمكن للمسؤولين تعيين أدوار لعدد يصل إلى 20 مستخدمًا ومنح السلطة حسب القطاع أو الطابق أو شركة المستأجرين، مما يخصص التحكم لكيفية شغل المبنى بالفعل.

تعمل هذه الوظائف معًا على جعل ACS أقل مجموعة ميزات واحدة من طبقة الإدارة، التي تساعد في ترجمة قدرات التحكم في VRF إلى رؤى تشغيلية يمكن أن تدعم إدارة أكثر كفاءة للمرافق. بعد تنفيذ هذا التكامل، تتمثل الخطوة التالية في تجاوز مجرد الاتصال والانتقال إلى تشغيل أكثر ذكاءً قائم على الذكاء الاصطناعي، وهو ما تقدمه LG من خلال ACP i.

لم يعد التحكم الحديث في نظام HVAC مقصورًا على تشغيل المعدات وإيقاف تشغيلها. يجمع ACP i من LG بين اتصال النظام الواسع والتحليلات القائمة على الذكاء الاصطناعي وتجربة المستخدم السهلة لمساعدة مديري المرافق على تشغيل المباني بكفاءة وموثوقية أكبر.

5-1. اتصال واسع عبر أنظمة HVAC
صُمم ACP i للعمل خارج VRF وحده. بفضل وحدة الاتصال القابلة للتوسعة، يتكامل النظام مع مجموعة واسعة من حلول التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC) من LG، بما في ذلك أنظمة VRF، ومبرّدات Inverter Scroll، والوحدات المثبتة على الأسطح (RTUs)، وأنظمة الهواء الخارجي المخصصة (DOAS)، ومبرّدات الطرد المركزي الخالية من الزيت. كما يمكنها مراقبة وإدارة أعداد كبيرة من الوحدات الداخلية والخارجية من منصة واحدة، مما يجعلها مناسبة لكل شيء بدءًا من المكاتب متوسطة الحجم إلى المرافق التجارية الكبيرة.

5-2. التحسين المدعوم بالذكاء الاصطناعي والرؤى التنبؤية
يجمع نظام ACP i باستمرار بيانات التشغيل من الوحدات الداخلية والخارجية ويحللها، بما في ذلك قيم فتح صمام التمدد الإلكتروني (EEV)، ودرجات حرارة مدخل المياه ومخرجها، ودرجات حرارة الغرف. باستخدام خوارزميات الذكاء الاصطناعي المتقدمة، تحدد أنماط التشغيل غير الفعالة، وتكتشف نفايات الطاقة المحتملة، وتوفر تنبيهات نفايات الطاقة التي تساعد المشغلين على تحسين أداء النظام. يمكن أن تساعد نفس المراقبة القائمة على الذكاء الاصطناعي في تمييز ظروف التشغيل غير الطبيعية لمراجعة المشغل، مما يدعم الصيانة الاستباقية وإدارة النظام.

5-3. تجربة المستخدم والواجهة الذكية
يبسّط نظام ACP i إدارة المرافق اليومية من خلال واجهة سهلة الاستخدام ومحسّنة بالذكاء الاصطناعي. يمكن تخصيص التطبيقات الخاصة بالصناعة للمكاتب والفنادق والمستشفيات ومتاجر البيع بالتجزئة والبيئات التجارية الأخرى، بينما توفر لوحة المعلومات المركزية حالة النظام في الوقت الفعلي والتوصيات التشغيلية وتنبيهات HVAC On-Air. والنتيجة هي منصة تحكم تجعل أنظمة HVAC المعقدة أسهل في المراقبة والإدارة والتحسين.

بفضل خوارزميات الذكاء الاصطناعي المتقدمة، يراقب نظام ACP i باستمرار البيانات الواردة من الوحدات الداخلية والخارجية ويحللها لدعم إدارة الطاقة، والمساعدة في تحديد الحالات غير الطبيعية المحتملة، ومساعدة مديري المرافق على تشغيل نظام التدفئة والتهوية وتكييف الهواء (HVAC).

يمكن أن يسهم التحكم المتقدم في VRF في تحسين أداء المبنى بما يتجاوز التشغيل الآلي الأساسي. بينما ينسّق نظام إدارة المباني (BMS) تشغيل المبنى ككل، يمكن دعم تحسينات إضافية في الكفاءة على مستوى نظام VRF، إلى جانب التحكم في كل منطقة وإدارة الطاقة والتحكم في ذروة الطلب، حيث يتوفر تحكم أكثر دقة مقارنةً بطبقة التحكم العامة في المبنى.

ولهذا السبب، لا تتحقق إمكانات نظام VRF الكاملة في توفير الطاقة إلا عند دمج طبقة التحكم الخاصة به في نظام إدارة المباني (BMS)، بدلًا من الاعتماد على نظام التحكم الرقمي المباشر (DDC) وحده. يجعل حل التحكم المتقدم من LG هذا التكامل عمليًا، إذ يجمع بين دقة التحكم في نظام VRF على مستوى كل منطقة ودعم البروتوكولات المفتوحة التي تتيح ربطه بنظام المبنى الأوسع نطاقًا.

استنادًا إلى هذه الركيزة، يعمل نظام ACP i من LG على توسيع نطاق التكامل ليتجاوز مجرد الاتصال وصولًا إلى التشغيل الذكي. من خلال تطبيق التحليلات القائمة على الذكاء الاصطناعي على بيانات النظام في الوقت الفعلي، يمكن أن تدعم المراقبة المستمرة للأداء، وتساعد في تحديد أوجه القصور المحتملة، وتمكين إدارة أكثر استباقية للمنشأة القائمة على البيانات.

بالنسبة للمالكين الذين يزنون تكاليف الطاقة وراحة شاغليها والاستدامة طويلة الأجل، لم يعد هذا المزيج من الدقة والانفتاح والذكاء مكونًا إضافيًا اختياريًا. إنها أساس إدارة المباني الذكية حقًا.