EnOcean GmbH 聯合創始人兼副總裁業務開發 Armin Anders 表示，無線技術是智慧建築的關鍵。


近年來，無線技術已成為建築自動化和智慧家居的首選解決方案。這些技術在規劃過程中提供了更大的靈活性，並節省了安裝期間廣泛佈線的成本和麻煩。此外，無電池無線解決方案消除了持續維護的需要，降低了營運成本。


在智慧建築中，感測器充當神經系統捕捉各種資料，如溫度、溼度、存在或二氧化碳，以智慧控制執行器。然而，由於需要佈線，連線這些元件可能很麻煩和昂貴。無線解決方案提供了所需的靈活性，特別是在翻新期間。雖然一些依賴電池的無線解決方案需要密集維護，價格更高，並產生危險廢棄物，但那些沒有電池的解決方案具有顯著的優勢。


使用無線實現靈活性最大化

當涉及到將許多感測器和開關整合到系統中時，有線解決方案是不切實際的。用自己的電線連線每個感測器既昂貴又不靈活。無線系統提供了一個解決方案。用於存在、溫度、空氣品質、光線的感測器，以及開關或煙霧探測器，可以精確放置在需要的地方，而不受電纜的限制。優勢在於能夠用新產品和額外的感測器擴充系統，而無需打破牆壁。


無線感測器和開關最大限度地減少了各種行業之間的協調，並減少了對現有建築結構的干擾。例如，在重新利用辦公樓時，不需要打破布線的牆壁或不方便地放置電線路。這節省了成本，對建築業主或未來的居住者更具吸引力。


沒有電池的永續營運

一些無線解決方案的一個顯著缺點，是它們依賴外部電源或電池，來獲得感測器和通訊所需的能量。這導致維護成本和環境問題增加。在實際中，電池的耗電速度往往快於其理論壽命，需要每年由專業人士更換。更換電池不僅涉及勞動力，還涉及環境考慮，因為電池是危險的，必須妥善處置。有了大量的無線感測器 —— 在辦公樓裡，這很快就會達到數千個 —— 電池更換和處置過程，可以很容易地成為設施經理的全職工作，從訪問協調、裝置本地化、電池交換、裝置測試、文件、電池儲存，最後到處置。


能量收穫

現代系統利用無電池無線元件，為傳統有線解決方案提供了可靠和免維護的替代品，同時保留了無線系統的靈活性和易於改裝。具有無電池無線技術的產品利用其周圍可用的能量 —— 這個概念被稱為能量收集。在建築自動化中出現了三種主要形式的能源收集：動力能、太陽能和熱能。


動能

運動是各種開關的可靠能源。一次按壓可以生成足夠的能量，用於接收三封無線訊息。開關外殼內的機電能轉換器（EnOcean ECO 200）將按下按鈕轉換為電能，在啟動後立即可用。能量轉換器的工作原理，類似於腳踏車發電機，其中一個小而強大的磁鐵透過兩個磁導磁錨板驅動磁通量，錨板以 U 形核心關閉。感應線圈纏繞在這個核心周圍，可以放置在兩個位置，在那裡它接觸到各自的對立錨板。這種運動導致磁場的突然變化，從而在感應線圈中產生電壓脈衝。


單個開關驅動產生 120 μWs 的能量，足以接收三條無線電訊息。在室溫下，機電能轉換器允許超過一百萬個開關迴路。動能收集原理也可用於燈光或盲開關。此外，還有無電池感測器可以警告水損壞。這些感測器在底部有膨脹盤，當它們與液體接觸時會膨脹。這種運動觸發機電轉換器並發送無線電訊號。由於此訊息，線路的閥門會自動關閉，建築業主或設施經理會收到相應的通知，例如在智慧手機上。


太陽能能源

多虧了小型化的太陽能模組，即使在內部光線強度低的情況下，也可以用電力為無線電模組供電。太陽能感測器模組執行非常高效。每 15 分鐘傳輸一次的溫度讀數每天只需要 3.6 小時的充電時間，亮度為 200 勒克斯，即可不間斷地執行。在這種亮度下，太陽能電池產生的電壓為 3V。額外的聚丙烷半導體（PAS）充電電容器，確保該模組可以在沒有環境能量的情況下跨越週期。當能量儲存充滿電時，該模組可以在完全黑暗中執行約一週，而不會中斷。


熱能

例如，散熱器與其周圍環境之間的顯著溫度差異可以提供大量能量，不僅可用於感測器，也可用於執行器。能量收集是使用 Peltier 元件與 DC/DC 轉換器（EnOcean ECT 310 Perpetuum）一起完成的。即使是 20 毫伏（mV）的小輸入電壓，對應於約 2°C 的溫度差，也可以轉換為超過 3V 的可用輸出電壓。溫度差越大，可以利用的能量就越多。該原理目前主要用於散熱器執行器驅動。收穫的能量足以用於無線電通訊和閥門的驅動變化。結合太陽能房間感測器，可以實現完全能量自主的單個房間控制。


除其他外，採用 EnOcean 技術的產品利用了三個不同的頻段，這些頻段因地區而異：歐洲為 868 MHz，北美為 902 MHz，日本為 928 MHz。短訊息（電報）用於資料傳輸。這些可以透過中央系統使用校驗和進行驗證。由於電報持續時間短（約一毫秒）和多次電報傳輸，資料碰撞的風險降至最低。由於使用了這些裝置使用的 2 GHz 頻段以外的頻率，因此排除了對 WLAN 或 DECT 等其他系統的干擾。建築物內的範圍高達 30 米，甚至穿過牆壁，也可以使用中繼器進一步改進。裝置之間的通訊使用 128 位 AES 加密進行保護，使用滾動程式可以防止未經授權的篡改。


無線、免維護、智慧技術

全球製造商開發了數千種基於無電池 EnOcean 無線技術的智慧產品，如房間恆溫器、無線窗戶觸點和太陽能存在檢測器。這些產品不僅提高了建築物的能源效率，而且提供了高度的靈活性，因為安裝不需要布線。這降低了安裝成本並提高了舒適度，因為無線開關可以放置在所需的任何地方。另一個顯著的優勢是互操作性，因為所有基於 EnOcean 的產品都可以相互通訊，無論製造商如何。


結論

智慧建築，具有節能能力和增強的舒適性，已經成為現實。透過使用無電池無線技術，可以顯著降低安裝成本。選擇具有開放標準和靈活生態系統的系統非常重要，以確保面向未來，並避免短期廉價替代品的潛在陷阱。憑藉這些解決方案的靈活性和開放的介面，智慧建築可以適應租戶的獨特需求。