ما هو نظام إدارة الطاقة في المباني (BEMS)؟

ومن خلال الاستخدام المتكامل للمستشعرات والعدادات الذكية، الأتمتة، تحقق شبكة نظام إدارة طاقة المباني التابعة للمؤسسة وفورات في استهلاك الطاقة إلى جانب مزايا إضافية.ويُعد نظام إدارة طاقة المباني نظاماً حاسوبياً يراقب ويتحكم في المعدات الميكانيكية والكهربائية داخل المبنى، مثل أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، والإضاءة، والطاقة الكهربائية، وأنظمة الحريق، وأنظمة الأمن.

وعلى وجه التحديد، يؤدي نظام إدارة طاقة المباني الوظائف الأساسية التالية:

• مراقبة استهلاك الطاقة في المبنى بصورة شاملة وفي الوقت الفعلي
• تتبع أداء الطاقة في المبنى من خلال جمع المؤشرات الرئيسية، واكتشاف أوجه القصور، والحد من الهدر
• أتمتة وإدارة المهام المرتبطة بالتدفئة والتبريد والإضاءة وغيرها من الأنظمة
• إعداد تقارير الامتثال الخاصة بتدقيق الطاقة والامتثال لمتطلبات الانبعاثات

وعند تطبيق نظام إدارة طاقة المباني، ترسل المستشعرات والعدادات المنتشرة في أنحاء المبنى البيانات إلى منصة برمجية مركزية. ويستطيع مديرو المرافق تحديد القواعد والجداول الزمنية والحدود التشغيلية، ليتولى النظام بعد ذلك تشغيل المعدات تلقائياً أو تنبيه الموظفين عند خروج أي مؤشر عن النطاقات الطبيعية المحددة.

وبمزيد من التفصيل، ينفذ نظام إدارة طاقة المباني عمله عبر أربع مراحل:

1. جمع البيانات:يجمع النظام أولاً المعلومات من المستشعرات والعدادات الذكية (التي توفر بيانات إجمالي استهلاك المرافق لمقدمي الخدمات) والعدادات الفرعية (التي تقيس بيانات محددة للأقسام المختلفة داخل المبنى). وتشمل هذه البيانات مجموعة واسعة من القياسات، مثل استهلاك الطاقة، ودرجة الحرارة، والرطوبة، ومستويات ثاني أكسيد الكربون.
2. تحليل الاتجاهات: يقوم برنامجإدارة الطاقة بمراجعة البيانات التي تم جمعها من خلال المراقبة الفورية ويتحقق من كيفية مقارنة الاستخدام مع البيانات التاريخية و معيار للأداء. 
3. اتخاذ القرار: تبدأ بعد ذلك مجموعة من الخوارزميات في دراسة الاحتياجات التشغيلية للمبنى، وتستخدم الذكاء الاصطناعي لحساب أكثر السبل كفاءةً في استهلاك الطاقة للحفاظ على عمل الأنظمة الفرعية المختلفة في المبنى، مثل أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والإضاءة، وفق المستوى المطلوب دون التسبب في هدر للطاقة.
4. التنفيذ:: أخيراً، يتخذ نظام إدارة طاقة المباني الإجراءات التصحيحية استناداً إلى تحليله للبيانات الواردة ذات الصلة وأفضل مسار عمل تحدده الخوارزميات.

وتتم هذه الخطوات بصورة تلقائية وصامتة في الخلفية. فقد تصبح درجة حرارة المكتب الذي بدأ يشعر شاغلوه بتيار هواء بارد أعلى بدرجة أو درجتين، دون أن يضطر أي موظف إلى تعديل منظم الحرارة (الثرموستات) أو التدخل بأي إجراء.

ولكن كيف تتواصل هذه الأنظمة المختلفة من المعدات والتي تُصنَّع من قبل شركات مصنّعة متعددة مع بعضها بعضاً؟ وهنا يأتي دور شبكة BACnet (شبكة الأتمتة المباني والتحكم بها). BACnet هو معيار عالمي لاتصالات البيانات لأنظمة الأتمتة وشبكات التحكم. ويعمل كبروتوكول موحد للاتصال ضمن وظائف نظام إدارة طاقة المباني (BEMS)، مما يتيح لمختلف العلامات التجارية وأنواع المعدات "التحدث" إلى بعضها بعضاً بلغة مشتركة.

ويمكن أن تحقق المؤسسة فوائد كبيرة من استخدام نظام إدارة طاقة المباني، سواء من الناحية المالية أو من حيث الامتثال للمتطلبات التنظيمية أو تعزيز السمعة المؤسسية، ومنها:

• توفير التكاليف: قدرت وزارة الطاقة الأمريكية أن تكاليف الطاقة يمكن تخفيض بنسبة 30٪ من خلال الإدارة الفعالة للطاقة وتبني مبادرات استدامة المرافق.
• إعداد تقارير الامتثال: يدعم نظام إدارة طاقة المباني الامتثال التنظيمي من خلال إعداد تقارير حصر انبعاثات غازات الدفيئة، وتقارير الامتثال الكربوني، وتقارير الشهادات البيئية الخضراء.
• الرؤية التشغيلية: يوفر النظام، من خلال لوحات المعلومات، رؤية شاملة ومتعددة الزوايا لكيفية استهلاك المؤسسة للطاقة.
• حماية المعدات: يساعد استخدام نظام إدارة طاقة المباني على إطالة العمر التشغيلي لمعدات التدفئة والتبريد من خلال التشخيصات المتقدمة والصيانة التنبؤية.
• العلاقات العامة: عندما تتمكن المؤسسة من إثبات دعمها لجهود ترشيد استهلاك الطاقة، فإنها تعزز صورتها كمؤسسة مسؤولة تستحق ثقة الجمهور.

وعلى الرغم من الفوائد الكبيرة التي يمكن أن تحققها المؤسسات من اعتماد نظام إدارة طاقة المباني، فإن تطبيقه يتطلب استثمارات كبيرة ويواجه عدداً من التحديات، من أبرزها:

• التكاليف الأولية: تتحمل المؤسسات نفقات رأسمالية أولية عند تنفيذ النظام، وقد تكون هذه النفقات مرتفعة، مثل تكاليف المستشعرات والعدادات الذكية.
• تعقيد التكامل: غالباً ما يُدمج نظام إدارة طاقة مبانٍ حديث مع أنظمة تدفئة أو إضاءة قديمة قائمة بالفعل، الأمر الذي يتطلب في كثير من الأحيان تحديثات للأجهزة وترقيات للبرمجيات.
• القضايا الأمنية: تتجه العديد من المؤسسات إلى تشغيل أنظمة إدارة طاقة المباني في البيئات السحابية، مما يزيد من تعرضها إلى اختراق أمن البيانات وهجمات سيبرانية.
• مشاركة الموظفين: قد ينخفض مستوى الاستفادة من النظام عندما يفتقر موظفو المرافق إلى الخبرة الكافية في استخدام نظام إدارة طاقة المباني الجديد.
• العائد على الاستثمار: يُعد نظام إدارة طاقة المباني استثماراً مجدياً للمؤسسة، لكنه لا يحقق عائداً سريعاً في العادة،. وقد يضطر مالكو المباني إلى الانتظار سنوات قبل تحقيق عائد ملموس على الاستثمار (ROI).

يبدأ نظام إدارة طاقة المباني بالاعتماد على نظام إدارة المباني، الذي يستخدم نظام تحكم قائماً على الحاسوب لمراقبة المعدات الكهربائية والميكانيكية والأمنية في المباني التجارية. وتُجمع جميع الوظائف الخاضعة للمراقبة مثل أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء، والإضاءة، ومعدات الأمن في لوحة معلومات واحدة، بحيث يستطيع المستخدم متابعة جميع هذه الأنظمة في لمحة واحدة. ويسهم استخدام أنظمة التحكم في خفض استهلاك الطاقة، بينما تساعد لوحات المعلومات على تعزيز الكفاءة التشغيلية.

وعلى الرغم من أن نظام إدارة المباني (BMS) قادر على تنفيذ العديد من المهام التشغيلية، فإنه يظل محدود القدرات. على سبيل المثال ، لم يتم تصميم BMS حقًا للتفكير على مستوى أعلى. ولتحقيق ذلك، تحتاج المؤسسة إلى نظام إدارة طاقة المباني (BEMS)، الذي يجمع البيانات المتاحة ويُطبّق خوارزميات متقدمة لتحليل بيانات المرافق والمستشعرات واستنباط سبل خفض تكاليف الطاقة.

كما يستفيد نظام إدارة طاقة المباني من إمكانات برامج إدارة الطاقة، التي تراقب استهلاك الطاقة باستمرار من خلال المتابعة اللحظية للأنشطة كثيفة الاستهلاك للطاقة. وتدعم برامج إدارة الطاقة ليات المقارنة المعيارية لأداء المنشآت ووضع خطوط أساس لمستويات الأداء. كما يُبسّط تتبع البيانات اللازمة لإعداد تقارير الممارسات البيئية والاجتماعية وحوكمة الشركات.

وبهذا المعنى، تؤدي أنظمة إدارة طاقة الأعمال دور "الجهة الرقابية". فمن خلال الأتمتة والمراقبة الدائمة لمصادر الطاقة، تُنبه مديري المنشآت عند رصد نظام إدارة طاقة المباني لأي سلوك غير اعتيادي في أنماط استهلاك الطاقة. ومن خلال تطبيق أدوات التشخيص على بيانات الطاقة، يستطيع نظام إدارة طاقة المباني تحديد أوجه القصور والقضاء على هدر الطاقة. ومن الناحية التشغيلية، يساعد استخدام البيانات اللحظية على اتخاذ قرارات أكثر دقة واستنارة.

يبلغ متوسط استهلاك المبنى المكتبي في الولايات المتحدة نحو 22.5 كيلوواط ساعة لكل قدم مربعة سنويًا. وفيما يلي أبرز أوجه استهلاك الطاقة في مباني المكاتب النموذجية، والتي يمكن تصنيفها ضمن خمس فئات تشغيلية رئيسية:

• التبريد والتدفئة: يمثل التبريد والتدفئة عادةً أكبر حصة من تكاليف تشغيل الطاقة في مباني المكاتب، إذ تتراوح بين 30% و40% وفقًا لحجم المبنى وعدد شاغليه.
• التهوية ومعالجة الهواء: توزّع مراوح التهوية كبيرة السعة وغيرها من معدات أنظمة HVAC التدفئة وتكييف الهواء في مختلف أنحاء المبنى، وتستحوذ على ما بين 10% و20% من تكاليف الطاقة.
• الإضاءة: تشكل أنظمة الإضاءة المثبتة في المنشأة عنصرًا أساسيًا من عناصر استهلاك الطاقة، وتستأثر بنحو 10% إلى 15% من ميزانية الطاقة في المبنى.
• نفقات تشغيلية إضافية: ترتبط نسبة تتراوح بين 5% و10% من تكاليف الطاقة باستهلاك المصاعد وتجهيزات دورات المياه وسخانات المياه وبعض المعدات المساندة الأخرى.
• مخارج الأجهزة الكهربائية: يتراوح ما بين 15% و30% من إجمالي احتياجات المبنى من الطاقة بين مختلف الأجهزة التي تُوصَل بمخارج الكهرباء داخل المكاتب. تشمل هذه الأجهزة معدات الحوسبة الشخصية، والمصابيح، والمرافق المكتبية مثل آلات البيع الذاتي وآلات إعداد القهوة وأفران الميكروويف، إضافةً إلى الطاقة اللازمة لتشغيل أجهزة إنترنت الأشياء (IoT).

وتستفيد الشركات وأصحاب المصلحة الذين يسعون إلى خفض بصمتهم الكربونية والارتقاء بجهود ترشيد استهلاك الطاقة من الفرص التي تتيحها مصادر الطاقة المتجددة.

وتعزز العديد من الشركات هذه الفرص من خلال تصميم وإنشاء مبانٍ ذكية تستند إلى مبادئ الاستدامة. كما يمكن تحديث المباني المكتبية القائمة بإضافة أنظمة توليد الطاقة المتجددة، مثل الألواح الشمسية. ويمكن توجيه الطاقة المولدة من هذه الألواح بكفاءة إلى أنظمة تخزين البطاريات، ثم استخدامها لاحقًا للحد من الاعتماد على الكهرباء مرتفعة التكلفة خلال ساعات الذروة.

وتتوفر للشركات الراغبة في فهم أنماط استهلاكها للطاقة ووضع استراتيجيات أكثر فاعلية لإدارتها مجموعة من الأدوات المتخصصة. من بينها Constellation Business Utility Estimation Guide وكذلك Energy Elephant Energy Budgeting Resource، الذي يساعد الشركات على تحسين أداء المباني، ووضع أهداف استدامة قابلة للتحقيق، وإنشاء أنظمة قابلة للتوسع بكفاءة مع نمو الأعمال واستمرارها.