更智能、更绿能的建筑:物联网彻底改善能源消耗

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受到全球对提高可持续性、减少浪费和更有效地利用资源的需求推动下,智能建筑技术正在快速发展。智能建筑可以利用物联网(IoT)的技术进步,高效率地管理资产、资源和服务,改善建筑物整体的营运、能源取得及消耗、资源管理,以及完整住户体验。

根据统计,建筑物的二氧化碳排放量占全球的38%,而建筑物能源消耗量在美国则占了40%,因此改造建筑物的能源消耗和可持续性对实现全球气候目标至关重要。美国政府已经明确了此一优先事项,今年1月宣布成立“建筑效能标准联盟”(Buildings Performance Standards Coalition),这是33个州和地方政府之间的首次合作,致力于建设更清洁、更健康、更节能的建筑。

虽然优化建筑产业的能源消耗是一项艰巨的任务,但它可以从最小的层面开始:在为物联网供电的微型芯片中。智能建筑将物联网技术融入到多个领域——从数字化的人流和空间利用,再到重建供水网络。智能建筑的最大机会之一是彻底改变能源消耗,从智能能源分配系统和智能暖通空调(HVAC)设备开始。

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插图来源:IoT For All

智能能源分配系统

传统的能源分配系统是以单向方式建立,在这种方式下,能量预计会从发电机流入负载。在这些系统中,发电厂产生能量并将其储存到城市中心。随着太阳能和风能等可再生能源的出现,现在的能源分布情况完全不同了;能源分配系统现在需要考虑到全方位的能源流动。以前只消耗能源的建筑现在可以整合屋顶太阳能电池板,生产并将多余的能源返回到电网中。智能能源分配系统能够实现这种全方位的能源流动,并允许整合可再生分布式能源,将能量重新储存回电网。

这不仅可以透过提高系统效率来减少能源消耗,还可以解锁分布式能源发电模型。建筑成为能源生产者,而不是消费者,从而实现了向绿色能源的转变。传感器和无线物联网技术的进步为智能电网转型奠定了基础,智能建筑在实现更绿色、更互连的电网方面发挥了重要作用,这将塑造一个可持续的未来。

智能暖通空调系统

智能暖通空调系统是智能建筑中另一个令人兴奋的发展,它与能源效率、空气质量和居民舒适度密切相关。在美国各地,城市、州、公用事业和非营利组织都在加大力度推动建筑产业的电气化。在这些产业中,用于空间供暖、水加热、烹饪和其他用途的化石燃料使用占美国温室气体(GHG)总排放量的13%。

随着COVID-19的流行推动了空气质量和净化技术的重大发展,供应商正在考虑缩短暖通空调升级周期。零售商和代理商正在有组织地向他们的暖通空调设备添加更新且更智能的技术。在数字化时代,建筑居民现在期望对建筑内每个房间和区域的暖通空调设置进行精细控制。这就是物联网的作用所在,它为建筑内部的舒适体验增加了新的深度。运用电动通风口和风门,再加上与手机和平板计算机的无线连接,居民只需轻轻滑动几下即可设置温度、二氧化碳、湿度和空气质量。建筑管理人员还可以利用物联网连接自动检测房间占用情况,并相应地减少该空间的能源使用,从而改善整个建筑的能源使用。

监测建筑物健康状况

监测建筑物健康状况是智能建筑的另一个成长领域。除了传统的温度和湿度传感器之外,更多的环境传感器正在被添加到建筑物中。这些传感器使智能风门能够实现更好的气流和室外空气交换,连接设备用于预测性维护,流量计用于泄漏检测,气体传感器用于空气颗粒检测等。火灾和烟雾探测一直都是互连的,而近来看到越来越多支持远距无线和蓝牙无线连接的设计用以创建安装接口。这三种应用——能源管理、建筑健康监测和消防安全,都持续在增加更多的连接和数字功能。

可靠性和网络安全的重要性

考虑到所有的好处,智能建筑仍然存在一些挑战,需要熟练的工程和解决问题的能力。主要的挑战在技术层面:如此复杂的无线网络需要非常可靠和稳定。虽然目前可用的无线网状网络技术已经完全具备能力,但供应商和制造商需要确保其产品的可靠性,以实现无线网络在建筑环境中的真正潜力。

整合无线连接也会使建筑物暴露在网络漏洞之下。为了应对这些威胁,芯片供应商和产品制造商一直在加强他们的网络安全力度。在开发和配发智能解决方案时,持续关注安全问题对于建筑产业的转型至关重要。

更智、更绿能的未来

令人兴奋的是,智能建筑带来的机会并不局限于全新的结构;建筑物也可以通过智能技术进行改造。在现有系统中简单实现无线连接的功能并简化其复杂度,同时也可以加速建筑物中无线通信的整体采用。

随着公共和私营部门都致力于改善建筑领域的能源使用,我们可以预计未来几年智能建筑的采用将必不可少。在这十年中,技术的进步和建筑物中物联网的使用对于减少各个环节的二氧化碳排放,最大程度地提高能源效率和消耗至关重要,并且会在促进可持续发展和提高个人及群体的生活质量方面发挥引领作用。

作为所有主要物联网生态系统的公认领先供应商,Silicon Labs 部署的物联网无线芯片数量远超 10 亿。资料显示,他们拥有适用于快速开发智能家居、商用、消费者和工业应用的硅芯片、软件和工具。在2021年Silicon Labs成立25年之际,公司总裁兼CEO Matt Johnson 曾表示,“短短几年内,我们看到物联网行业取得了惊人的进步,我们开始意识到物联网的无限可能。”

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