مصرف انرژی ساختمان ها یکی از عوامل اصلی تغییرات اقلیمی و هزینه های اقتصادی است. با رشد شهرنشینی و پیچیدگی ساختمان های مدرن، استفاده از روش های نوین برای بهینه سازی مصرف انرژی ضروری شده است. در این مطلب می خواهیم به اهمیت نور پردازی در معماری بپردازیم که این مهم از چهار جنبه قابل اهمیت است :
- کارکردی: تأمین روشنایی کافی برای فعالیت های روزانه
- زیبایی شناسی: خلق هویت فضایی و تقویت فرم معماری
- روانی و سلامت: تأثیر مستقیم بر خواب، تمرکز، خلق و خو و کارایی افراد
- انرژی: نورپردازی سهم زیادی از مصرف انرژی در ساختمان ها را تشکیل می دهد
حال به بررسی سیستم نورپردازی با توجه به هوش مصنوعی خواهیم پرداخت که در ابتدا راجع به ابزارهای مورد نیاز در این رابطه توضیح می دهم.
به عنوان ابزارهای کلیدی در مدیریت هوشمند ساختمان ها IOT(Internet of things) و AI (Artificial intelligence(
مطرح هستند.
ترکیب دو ابزار عنوان شده می تواند مصرف انرژی را به طور قابل توجهی کاهش داده، راحتی ساکنین را بهبود دهد و زمینه را برای ادغام انرژی های تجدید پذیر در طراحی ساختمان های هوشمند فراهم کند . اکنون نحوه چگونگی عملکرد این دو ابزار را بیان می کنم.
هوش مصنوعی AI هدفش ایجاد سیستم هایی است که بتوانند رفتارهای انسانی مانند یادگیری، تحلیل، تصمیم گیری و حل مسئله را شبیه سازی کنند.
این سیستم ها الگوریتم هایی شبیه مغز انسان هستند که لایه های پیچیده داده ها را تحلیل می کنند و همچنین می توانند بدون دخالت انسان، واکنش نشان داده و حتی تنظیمات انجام دهند.
هوش مصنوعی IOT شبکه ای از دستگاه ها و حسگرها می باشد که به اینترنت متصل شده اند و می توانند داده ها را جمع آوری، ارسال و دریافت کنند. بدین شکل که حسگرها دما، نور، رطوبت و حرکت را اندازه گیری می کنند و می توانند به گونه ای با هم تعامل کنند تا عملکرد کل ساختمان بهینه شود. لازم به ذکر است که تمامی تجهیزات را می توان از طریق موبایل و یا کامپیوتر از راه دور کنترل کرد.
در این قسمت یک سؤال مطرح است که چرا ترکیب AI و IOT مهم است؟
IOT با تحلیل داده های جمع آوری شده توسط AI می تواند تصمیمات هوشمند و پیش بینی شده بگیرد و در نتیجه کاهش مصرف انرژی، افزایش راحتی ساکنین و مدیریت بهینه ساختمان های هوشمند را دارا باشیم.
در تصویر زیر ارتباط بین دو ایزار در ساختمان های هوشمند بصورت واضح قابل ملاحظه می باشد.
سیستم های نورپردازی هوشمند با استفاده از هوش مصنوعی می توانند شرایط نور طبیعی و نیازهای نور مصنوعی را به صورت هوشمند تنظیم کنند بدین شکل که این سیستم ها دارای چند عملکرد کلیدی می باشند:
- تشخیص نور طبیعی و مصنوعی: حسگرها میزان نور روز را اندازه می گیرند و سیستم تصمیم می گیرد که چه میزان نور مصنوعی لازم است.
- تنظیم خودکار روشنایی: بر اساس فعالیت افراد در فضا و زمان روز، شدت و رنگ نور بهینه می شود.
- کاهش مصرف انرژی: وقت نور کافی از پنجره بتابد، سیستم نور مصنوعی را کم و یا خاموش می کند پس در نتیجه برق کمتری مصرف می شود.
- ارتقای کیفیت محیط داخلی: نور مناسب باعث راحتی بیشتر کاربران و افزایش بهره وری می شود.
بطور کلی سیستم هوشمند نور را بر اساس زمان روز، حضور افراد، شدت نور طبیعی و نوع فعالیت انسان ها تنظیم می کند. به عنوان مثال :
- صبح: نور سفید و سرد برای افزایش انرژی
- عصر: نور گرم تر برای ایجاد آرامش
- جلسه کاری: نور روشن و یکنواخت
- تماشای تلویزیون: نور ملایم و کم
حالا اگر بخواهیم نمونه های واقعی اجرا شده را مثال بزنیم، می بایست در خصوص سیستم نورپردازی هوشمند در ساختمان های اداری مدرن در اروپای شمالی، کشورهایی مثل دانمارک و سوئد بدانیم که از حسگرهای نور و حضور افراد استفاده می کنند بدین شکل که وقتی کسی وارد اتاق می شود نور اتوماتیک روشن می شود و زمانی که اتاق خالی باشد نور کاهش و یا خاموش می گردد.
الگوریتم هوش مصنوعی میزان نور روز(طبیعی) و نور مصنوعی مورد نیاز را همزمان تحلیل می کند مثلا در صبح های آفتابی، چراغ ها کمتر روشن می شوند و در روزهای ابری نور مصنوعی تقویت می گردد. در نتیجه این سیستم ها می توانند ۳۰ الی ۴۰ درصد مصرف انرژی روشنایی را کاهش دهند.
یک نکته جذاب این که ، برخی از سیستم ها الگوی حضور کاربران را یاد می گیرند. یعنی بعد از مدتی سیستم می تواند پیش بینی کند که چه زمانی افراد وارد اتاق می شوند و حتی می توانند آماده سازی نور مناسب را قبل از حضور افراد انجام بدهند.
لازم میبینم جهت درک بیشتر توضیحات در خصوص نورپردازی به روش سنتی و هوشمند مبتنی بر ابزار AI یک جدول مقایسه ای ارائه دهم .
| نورپردازی هوشمند | نورپردازی سنتی | ویژگی |
| کنترل خودکار با سنسورها و الگوریتم ها | کنترل دستی(کلید روشن/خاموش) | کنترل روشنایی |
| تا ۴۰% صرفه جویی در مصرف انرژی | اتلاف انرژی بسیار زیاد است | مصرف انرژی |
| تنظیم شدت و رنگ نور بر اساس شرایط امکان پذیر است | شدت نور را نمی شود تنظیم کرد و فقط یک حالت ثابت وجود دارد | انعطاف پذیری |
| هزینه اولیه بالا است اما صرفه جویی بصورت بلند مدت ادامه دارد | هزینه اولیه کم است اما هزینه بالای انرژی را شامل می شود | هزینه های بلند مدت |
| بهبود سلامت، ریتم شبانه روزی و افزایش بهره وری را خواهیم داشت | تأثیر کم بر سلامت و بهره وری و همچنین نور یکنواخت و غیر استاندارد را خواهیم داشت | تأثیر بر سلامت و بهره وری |
| قابل یکپارچه شدن با HVAC(سیستم تهویه مطبوع)، IOT و سیستم های مدیریت ساختمان | امکان پذیر نیست | قابلیت یکپارچه سازی با سیستم های دیگر |
حال به کاربرد هوش مصنوعی با سیستم نورپردازی در ساختمان های مسکونی بپردازیم و بررسی کنیم که چه اهداف، ویژگی ها و مزایایی را شامل می شود.
اهداف
- کاهش مصرف انرژی و هزینه برق
- افزایش راحتی و رفاه ساکنین
- تطبیق نور با ریتم شبانه روزی بدن
ویژگی ها
- کنترل خودکار نور
- خاموش یا کم کردن ور در اتاق های خالی
- ترکیب نور طبیعی و مصنوعی برای کاهش مصرف برق
- نور تطبیقی برای فعالیت ها
- مطالعه: نور سفید و روشن
- استراحت: نور گرم و ملایم
- آشپزی: نور روشن و متمرکز
- سفارشی سازی برای ساکنین
- تنظیم پروفایل های نوری شخصی(مثلا نور صبحگاهی، عصرگاهی)
مزایا
- کاهش مصرف انرژی ۳۰ الی ۴۰%
- بهبود کیفیت خواب و سلامت ساکنین
- افزایش راحتی و تجربه کاربری در فضاهای داخلی
بعد از ساختمان های مسکونی یک نگاهی هم به اهداف، ویژگی ها و مزایای نورپردازی توسط هوش مصنوعی در ساختمان های اداری خواهیم داشت تا بتوانیم درک کنیم هوش مصنوعی تا چه میزان می تواند در زندگی ما نقش داشته و رفاه بیشتر و همچنین مصرف انرژی کم تری را به ما ارائه دهد.
اهداف
- بهینه سازی مصرف انرژی
- افزایش بهره وری کارکنان
- ایجاد محیط کاری سالم و راحت
ویژگی ها
- کنترل هوشمند حضور افراد
- روشن شدن نور فقط در بخش های مورد استفاده
- تنظیم نور بر اساس تعداد کارکنان
- نور تطبیقی با فعالی کاری
- جلسات: نور سفید و یکنواخت
- کار فردی: نور ملایم با تمرکز بیشتر
- فضاهای استراحت: نور گرم و آرام بخش
- ادغام با سیستم های ساختمان
- سیستم های تهویه و HVAC
- سیستم های مدیریت انرژی
- مزایا
- کاهش هزینه برق و مصرف انرژی
- افزایش بهره وری کارکنان و کاهش خستگی
- کمک به اخذ گواهینامه های سبز ساختمان LEED-BREEAM-
نتیجه گیری
نورپردازی هوشمند با هوش مصنوعی مرز بین فناوری و تجربه انسانی را محو می کند. دیگر نور صرفا روشنایی نیست، نور به یک سیستم یاد گیرنده و تعاملی تبدیل شده است که با حضور، رفتار و نیازهای افراد هماهنگ می شود. در یک آپارتمان مسکونی هوشمند، هوش مصنوعی با تحلیل داده های حسگرهای محیطی و رفتار ساکنان، شدت و دمای رنگ نور را به صورت خودکار تنظیم می کند. صبح ها نور ملایم و تدریجی، بیداری طبیعی ایجاد می کند، روزها نور روشن و خنثی برای فعالیت و مطالعه فراهم می آورد، و شب ها نور گرم و آرامش بخش، ذهن و بدن را برای استراحت آماده می کند. این سیستم حتی الگوهای رفتاری را یاد می گیرد و با تغییر عادت ها، نور محیط را بهینه و شخصی سازی می کند. در محیط های اداری، هوش مصنوعی نور هر میز و فضای کاری را بر اساس حضور افراد و نور طبیعی محیط تنظیم می کند. اتاق کنفرانس با سناریوهای نور متنوع، شرایط متفاوت جلسات، ارائه ها یا جلسات خلاقانه را پشتیبانی می کند. حتی راهروها و مسیرهای عبور با سنسور حرکت و الگوریتم های پیش بینی، نور خود را بهینه می کنند تا امنیت و صرفه جویی انرژی همزمان تضمین شود. اما چیزی که نورپردازی هوشمند را فراتر از عملکرد فیزیکی می برد، جنبه حسی و داستانی آن است. نور مسیر حرکت افراد را هدایت می کند ، عناصر معماری و طراحی آن را برجسته می سازد، و تجربه فضایی را به یک روایت پویا و تعاملی تبدیل می کند. بطور کلی ترکیب هوش مصنوعی و نورپردازی هوشمند نه تنها باعث صرفه جویی انرژی در ساختمان های مسکونی و اداری می گردد بلکه به ارتقای کیفیت زندگی، سلامت و بهره وری افراد هم کمک می کند. این حوزه یکی از روندهای اصلی در معماری پایدار و شهرهای هوشمند آینده خواهد بود.
دکتر فاطمه عباسی
معمار- عضو مفاخر معماری ایران
