無線技術(shù)是未來智能建筑的關(guān)鍵 | 專家視點

近年來，無線技術(shù)已成為樓宇自動化和智能家居的首選解決方案。這些技術(shù)在規(guī)劃過程中提供了更大的靈活性，并節(jié)省了安裝過程中大量布線的成本和麻煩。此外，無電池?zé)o線解決方案無需持續(xù)維護，從而降低了運營成本。

在智能建筑中，傳感器充當神經(jīng)系統(tǒng)，捕獲溫度、濕度、存在或二氧化碳等各種數(shù)據(jù)，以智能地控制各種執(zhí)行器。然而，由于需要布線，連接這些組件可能既麻煩又昂貴。無線解決方案提供了所需的靈活性，尤其是在裝修期間。雖然一些依賴電池的無線解決方案需要大量維護、價格更高并且會產(chǎn)生危險廢物，但那些不帶電池的無線解決方案具有顯著的優(yōu)勢。

通過無線最大限度地提高靈活性

當要將大量傳感器和開關(guān)集成到系統(tǒng)中時，有線解決方案是不切實際的。用電線連接每個傳感器既昂貴又不靈活。無線系統(tǒng)提供了一種可行的解決方案。存在、溫度、空氣質(zhì)量、光線以及開關(guān)或煙霧探測器傳感器可以準確放置在需要的地方，而不受電纜的限制。其優(yōu)勢在于能夠使用新產(chǎn)品和附加傳感器擴展系統(tǒng)，而無需打破墻壁。

無線傳感器和開關(guān)最大限度地減少了各行業(yè)之間的協(xié)調(diào)，并減少了對現(xiàn)有建筑結(jié)構(gòu)的干擾。例如，在改造辦公樓時，無需拆墻布線或放置不方便的電源線。這節(jié)省了成本，并且對業(yè)主或未來的居住者更有吸引力。

無需電池即可可持續(xù)運行

一些無線解決方案的一個明顯缺點是它們依賴外部電源或電池來提供傳感器和通信所需的能量。這導(dǎo)致維護成本增加和環(huán)境問題。在實踐中，電池的消耗速度通常比理論壽命快，每年需要由專業(yè)人員更換。更換電池不僅涉及勞動力，還涉及環(huán)境因素，因為電池是危險的，必須妥善處理。憑借大量無線傳感器（在辦公樓中，這很快就會達到數(shù)千個），電池更換和處置過程很容易成為設(shè)施經(jīng)理的全職工作，包括從訪問協(xié)調(diào)、設(shè)備定位到電池更換、設(shè)備測試、文檔、電池存儲等等，這些工作會占用大量的時間。

能量收集

現(xiàn)代系統(tǒng)利用無電池?zé)o線組件，為傳統(tǒng)有線解決方案提供可靠且免維護的替代方案，同時保留無線系統(tǒng)的靈活性和輕松改造。采用無電池?zé)o線技術(shù)的產(chǎn)品可以利用周圍環(huán)境中可用的能量，這一概念稱為能量收集。建筑自動化中出現(xiàn)了三種主要的能量收集形式：動能、太陽能和熱能。

動能

運動是各種開關(guān)的可靠能源。一次按下即可產(chǎn)生足夠的能量來發(fā)送三條無線消息。開關(guān)外殼內(nèi)的機電能量轉(zhuǎn)換器將按鈕按下操作轉(zhuǎn)換為電能，并在激活后立即可用。該能量轉(zhuǎn)換器的工作原理與自行車發(fā)電機類似，其中一個小而強大的磁鐵通過兩個封閉在 U 形磁芯中的導(dǎo)磁錨板驅(qū)動磁通量。感應(yīng)線圈纏繞在該磁芯上，該磁芯可以放置在接觸相應(yīng)相對錨板的兩個位置。這種運動導(dǎo)致磁場突然變化，從而在感應(yīng)線圈中產(chǎn)生電壓脈沖。

單次開關(guān)驅(qū)動可產(chǎn)生120 μW的能量，足以傳輸三條無線電消息。在室溫下，機電能量轉(zhuǎn)換器允許超過一百萬個開關(guān)周期。動能收集原理也可用于燈或百葉窗開關(guān)。此外，還有無電池傳感器可以警告水損壞。這些傳感器的底部有膨脹盤，當它們與液體接觸時會膨脹。該運動觸發(fā)機電轉(zhuǎn)換器并發(fā)送無線電信號。由于此消息，管道的閥門自動關(guān)閉，建筑物業(yè)主或設(shè)施經(jīng)理會收到相應(yīng)的通知，例如在他們的智能手機上。

太陽能能源

由于采用了微型太陽能模塊，即使在室內(nèi)光線強度較低的情況下也可以為無線電模塊供電。太陽能傳感器模塊的運行極其節(jié)能。每 15 分鐘傳輸一次溫度讀數(shù)，每天僅需 3.6 小時充電時間，亮度為 200 lux，即可不間斷運行。在此亮度下，太陽能電池產(chǎn)生 3V 的電壓。額外的 Poly Acenic Semiconductor (PAS) 充電電容器可確保模塊能夠在沒有環(huán)境能量的情況下橋接周期。當儲能充滿電后，模塊可以在完全黑暗的情況下不間斷運行約一周。

熱能

例如，散熱器與其周圍環(huán)境之間的顯著溫差可以提供大量能量，這些能量不僅可用于傳感器，還可用于執(zhí)行器。能量收集是使用 Peltier 元件與 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 (EnOcean ECT 310 Perpetuum) 結(jié)合完成的。即使是 20 毫伏 (mV) 的小輸入電壓（對應(yīng)于約 2 °C 的溫差）也可以轉(zhuǎn)換為超過 3 V 的可用輸出電壓。溫差越大，可以利用的能量就越多。該原理目前主要應(yīng)用于散熱器執(zhí)行器驅(qū)動中。收集的能量足以用于無線電通信和閥門的驅(qū)動變化。結(jié)合太陽能房間傳感器，可以實現(xiàn)完全能源自主的單獨房間控制。

采用EnOcean技術(shù)的產(chǎn)品除其他外，利用三個不同的頻段，這些頻段因地區(qū)而異：歐洲 868 MHz、北美 902 MHz 和日本 928 MHz。短消息（電報）用于數(shù)據(jù)傳輸。這些可以由中央系統(tǒng)使用校驗和來驗證。由于電報持續(xù)時間短（約一毫秒）和多次電報傳輸，數(shù)據(jù)沖突的風(fēng)險被最小化。排除了對 WLAN 或 DECT 等其他系統(tǒng)的干擾，因為這些設(shè)備使用的頻率超出了 2 GHz 頻段。建筑物內(nèi)的范圍可達 30 米，甚至可以穿過墻壁，并且還可以使用中繼器進一步改善。設(shè)備之間的通信通過 128 位 AES 加密進行保護，

無線、免維護、智能技術(shù)

全球制造商已經(jīng)開發(fā)了數(shù)千種基于無電池EnOcean無線技術(shù)的智能產(chǎn)品，例如房間恒溫器、無線窗戶觸點和太陽能存在探測器。這些產(chǎn)品不僅提高了建筑物的能源效率，而且由于安裝無需布線，因此具有高度靈活性。這降低了安裝成本并提高了舒適度，因為無線開關(guān)可以放置在任何需要的地方。另一個顯著優(yōu)勢是互操作性，因為所有基于EnOcean的產(chǎn)品都可以相互通信，無論制造商是誰。

總結(jié)

具有節(jié)能能力和增強舒適度的智能建筑已經(jīng)成為現(xiàn)實。通過使用無電池?zé)o線技術(shù)，可以顯著降低安裝成本。選擇具有開放標準和靈活生態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)至關(guān)重要，以確保面向未來并避免短期更便宜的替代方案的潛在陷阱。憑借這些解決方案的靈活性和開放接口，智能建筑可以適應(yīng)租戶的獨特需求。

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