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智慧科技提升辦公室、家庭和住宅的能源效率
[作者 意法半導體]   2023年05月23日 星期二 瀏覽人次: [3441]

數位化是減少建築碳排放、節省能源並提升效率,達成2050年淨零排放目標的關鍵因素。而物聯網的連線能力,則有助於加速建築物中自動化系統和嵌入式技術的應用。


在2021年,住宅和非住宅建築消耗了全球終端能源消耗的三成,並占能源總排放量的27%。數位化是減少建築碳排放、達成2050年淨零排放目標的關鍵因素。數位化還能讓建築物智慧化,並透過監測、分析和控制電力、照明、暖氣或通風系統,以節省能源並提升效率。物聯網(IoT)的出現,還有更強的連線能力有助於加速建築物中自動化系統和嵌入式技術的應用,其中半導體發揮著關鍵作用。



圖1 : 數位化能讓建築物智慧化,並透過監測、分析和控制電力、照明、暖氣或通風系統,以節省能源。
圖1 : 數位化能讓建築物智慧化,並透過監測、分析和控制電力、照明、暖氣或通風系統,以節省能源。

科技進步推動智慧建築發展

將建築物變得更智慧以降低能源和維護成本的概念已存在一段時間。過去的建築管理系統通常只針對非常大的建築物而設計,由於建築自動化基礎建設的安裝、編程和維護十分複雜且昂貴,對於小型和中型建築物和系統來說成本過高。


現在,受益於強大的連線和物聯網技術,加上低功耗網路和感測器的使用以及自動化的進步,已經出現了更具成本效益的方法。為包括個人住宅在內之各種規模的大樓管理系統,這些發展提供了可能性。


智慧建築與永續發展

智慧建築與永續性密不可分。對於暖氣、照明、通風系統或家用電器有更大的控制權,使節能和減少碳排放變得更加容易。


數位技術為消費者提供更大的控制、靈活性和透明度,幫助他們降低能源費用。舉例來說,使用者可以在下班前遠端啟動家中的暖氣,這意味著,相較每天同一時間啟動暖氣,其消耗的天然氣或電力將更少。使用者還可以選擇在電價較低的時段,甚至在可能利用來自再生能源之電力的離峰時段進行一些活動。


半導體技術對於數位裝置來說至關重要,因為可以幫助使用者掌控能源使用量,並改變生活方式以節省能源和金錢。有許多技術可達成這個目標,例如電表系統,至於其他例子包括熱量成本分配器,這些是安裝在電暖器上的小型電子裝置,能夠偵測每個電暖器的熱輸出狀態。


透過這些智慧裝置所收集到的即時數據,讓使用者、設備管理人員或公用事業公司可以瞭解能源效能不佳的原因和位置,並偵測故障。藉由這些資訊,就可以改善並減少能源損失。


家庭自動化和物聯網的新通訊協定—MATTER

有望簡化智慧家庭並大幅加速其普及的一個重大進展,就是「物聯網通訊標準」(Matter)的誕生,這是一個智慧家庭裝置和應用程式的通用連線標準。


家庭自動化系統在不同品牌之間通常不相容。一個與亞馬遜Alexa智慧家庭相容的產品,可能無法與蘋果的HomeKit系統或Google Home相容。這對於裝置製造商以及希望使用這些設備的消費者,帶來了顯著的挑戰。


為了解決這個問題,該產業的專家們聚集在一起打造了Matter。這個倡議涉及亞馬遜、蘋果、谷歌、三星、Zigbee聯盟和ST等公司。Matter是一個新興的開源通訊協定,利用現有技術(Thread、Wi-Fi、藍牙和乙太網路),讓所有的裝置能夠彼此通訊。因此,消費者不再需要為每個品牌裝置購買專用的集線器或路由器,以簡化裝置和降低成本。


配合需求的操作

在辦公室等非住宅建築中,許多智慧建築利用動作和光線感測器減少照明的能源消耗。然而,當人們坐在辦公桌前,僅依賴動作感測的解決方案效果不佳。意法半導體等公司所研發突破性的接近感測裝置,可以偵測靜止不動的人,以及正在移動的人,避免因為人們沒有移動而燈光關閉所帶來的困擾。


除了人員占用偵測外,感測器還可以感測建築物內部的環境條件,並且對應地調整系統。透過智慧感測器,公司可以自動控制暖氣、通風和空調系統,維持理想的環境條件,並在發生故障時自動偵測或排除故障。


意法半導體幫助工程師構思和設計創新產品,使建築物和家庭更加智慧化,包括微控制器、MEMS動作和環境感應器,以及全系列高效能的電源和能源管理IC和無線連接解決方案。


例如,意法半導體所研發的STDES-BFTAG01(圖2)是一種用於家庭和建築自動化的物聯網解決方案,可判斷光線或環境條件,將暖氣或空調系統調整至最佳狀態。它不僅有助於降低系統能源消耗,而且是以永續的方式實現。整合的太陽能電池從周圍環境中獲取能量,無需電池供電,對環境更加友善。


圖2 : STDES-BFTAG01為適用於家庭和建築自動化的物聯網解決方案
圖2 : STDES-BFTAG01為適用於家庭和建築自動化的物聯網解決方案

數位孿生的節能潛力

在過去幾年中,物聯網裝置市場對智慧建築產生了重大變革。透過在微控制器、感測器和無線連接的持續創新,開發人員現在有機會在雲端中建立家庭和建築的數位孿生。與工業領域中已經發生的情況類似,這也使得家庭和建築更加永續。


將辦公室和建築數位化,可以更便利地管理能源效率。一旦建置了數位孿生,就可以找出最節能和永續的自動化系統運作和應用方式;這不僅降低了對系統變更的成本,還可以讓位在不同地方的專家優化此流程。此一技術可在未來建築與綠色目標發揮關鍵作用。


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