無線技術(shù)是未來智能建筑的關(guān)鍵 | 專家視點(diǎn)

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(hù)，從而降低了運(yùn)營成本。

在智能建筑中，傳感器充當(dāng)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(hù)、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(dāng)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(shí)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(zhǔn)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(kuò)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(yùn)行

一些無線解決方案的一個明顯缺點(diǎn)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(hù)成本增加和環(huán)境問題。在實(shí)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?yàn)殡姵厥俏ｋU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(dá)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(hù)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(yùn)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(jī)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(jī)類似，其中一個小而強(qiáng)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(yùn)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(jī)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(dāng)它們與液體接觸時會膨脹。該運(yùn)動觸發(fā)機(jī)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(jī)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(qiáng)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(yùn)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(yùn)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(dāng)儲能充滿電后，模塊可以在完全黑暗的情況下不間斷運(yùn)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(shí)現(xiàn)完全能源自主的單獨(dú)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(yàn)和來驗(yàn)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?yàn)檫@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(dá) 30 米，甚至可以穿過墻壁，并且還可以使用中繼器進(jìn)一步改善。設(shè)備之間的通信通過 128 位 AES 加密進(jìn)行保護(hù)，

無線、免維護(hù)、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(diǎn)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?yàn)闊o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?yàn)樗谢贓nOcean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(qiáng)舒適度的智能建筑已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。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(biāo)準(zhǔn)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(dú)特需求。

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由千家網(wǎng)主辦的2023年第24屆CIBIS筑智能化峰會即將正式拉開帷幕，本屆峰會主題為“智慧連接，‘筑’就未來”， 將攜手全球知名智能化品牌及業(yè)內(nèi)專家，共同探討物聯(lián)網(wǎng)、AI、云計算、大數(shù)據(jù)、IoT、智慧建筑、智能家居、智慧安防等熱點(diǎn)話題與最新技術(shù)應(yīng)用，分享如何利用更知慧、更高效、更安全的智慧連接技術(shù)，“筑”就未來美好智慧生活。歡迎建筑智能化行業(yè)同仁報名參會，分享交流！

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