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浅谈智慧建筑的未来
 

【作者: AHMAD BAHAI】2017年11月13日 星期一

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想像一下,如果建筑、仓库、机场、家庭住宅或工厂能够实现智慧化和互联,并且真正做到高效能和动态的自动感测,这些改变将会为我们的工作与生活带来什麽样的巨大变化? 事实上,随着半导体技术的进步,以下的应用场景正离我们越来越近。


仓库中任何一个货板都能够报告货物品质和重量,并同时处理货物装载的历史记录。


智慧仓库将能够识别每个货板上所放置的货物,并追踪整个库存清单上的货物装载处理记录。例如,智慧互联标签技术对於追踪零件,以及整个供应和生产制造链的供货处理优化扮演了十分关键的角色。


无线连接技术是未来智慧建筑和智慧仓库的另一个关键要素。对於机器和供货的监视、控制与追踪往往需要一个可扩展的无线网状网路。而控制环路的实际要求对於无线网路协定也会产生一定的影响。


此外,作为无线网路早期应用之一的资产追踪在范围和定位特性等方面也有一些额外的要求。不过,以上应用都有着无线节点的超低功耗以及充足的处理能力,因为大多数应用的无线节点在使用寿命内都会避免更换电池的步骤。



图1 : 管理员只需要一部智慧型手机,就能监测到建筑或工厂内实际运作的状态。(source: fabricatingandmetalworking)
图1 : 管理员只需要一部智慧型手机,就能监测到建筑或工厂内实际运作的状态。(source: fabricatingandmetalworking)

在机器当机会造成高额损失或使业务中断的工业或商业设施中,预测性维护至关重要。目前,各式各样的感测模式能够与先进的演算法组合在一起,而其中的感测技术为实现可靠和高效运转的智慧工厂打下了扎实的基础。一个现代的超声波或电磁流量计能够检测液体或气体流动中任何微小的振动,从而快速探测出气体和液体损耗,并迅速确定其外泄的位置。智慧断路器能够报告能源使用概况,或线路中潜在的电流外泄。


办公大楼窗户上的智慧玻璃是一块透明的太阳能板,或是能够优化能源使用的「能源路由器」。


智慧建筑将透过使用高效太阳能板或其他替代能源(例如结合液流电池的燃料电池)来优化能耗。能源的高效生成、使用和储存可以在不影响品质或生产率的情况下使能源成本大大降低。智慧建筑也将透过电网电力和替代能源的组合电源,以及结合那些需要频繁进行能源转换的大容量能源储存设施来进行供电。


为了节约能源,转换的效率和负载感知变相当重要。高性能转换器和逆变器需要高效的高压功率电晶体和智慧驱动器/控制器。具有数位控制环路的智慧电源解决方案,能帮助从电网电力到能源储存的AC/DC能源转换,以及将储存能源或太阳能板搜集到的能源转换为AC负载的DC/AC能源逆变系统。


全新装置将有可能实践高效双向的能源转换。未来,建筑物将安装「能源路由器」,把来源不同、形式各异的能源引至不同负载,这一点与进行数据上传和下载的数据路由器相似。


先进的半导体感测技术进步逐渐实际应用在智慧建筑中,且能够在环境感测型建筑内执行资源的动态追踪与管理。在场感测器、热能和化学感测器、视觉感测器、流量计量以及许多其他类型的感测器正广泛的应用於许多现代商用设施中,使得智慧建筑的保护和安全性也大幅提升。包括照相机、超声波、光学和雷达感测器在内的互联视觉感测器布署,使智慧建筑中几??不存在监控死角。此外,先进的气体和散热感测器还能够追踪和分析有害外泄化学物质,进而精确地探测出有害外泄或危险产生的潜在区域。



图2 : 一楝智慧办公大楼可以根据工位布置迅速调节供热、光照、通风、会议室空间和视听需求。(source: ledesigngroup)
图2 : 一楝智慧办公大楼可以根据工位布置迅速调节供热、光照、通风、会议室空间和视听需求。(source: ledesigngroup)


在一楝常见的智慧建筑设施中设有成千上万个互联感测器;这些感测器必须在连接和工作时保持步调一致,以提供可靠的监测和控制。虽然某些较高功率的感测器可以透过乙太网路实现互联,但更大规模的布署则需要一个互补型的感测器网路。


大数据处理、超低功耗无线网状网路、嵌入式感测器技术、低能耗管理监控和其他类比与嵌入式处理电子元件领域内的创新技术汇聚一堂,更加快了智慧建筑的实现。


更高的安全性、保护能力、生产率和品质是目前智慧建筑的开发人员们采用这项创新技术的原因所在。在未来,智慧建筑将真正走进人们的日常生活,并成为不可或缺的一部分。


**刊头图(source: konsys-international)


(本文作者:Ahmad Bahai任职德州仪器技术长)


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