無源無線傳感器在綠色節(jié)能建筑中的應(yīng)用

 概述

 近些年綠色節(jié)能環(huán)保建筑的理念越來越得到廣泛的推崇，尤其是歐美地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)了許多綠色節(jié)能建筑，并且對現(xiàn)有的傳統(tǒng)建筑大量實施綠色節(jié)能改造工程。

現(xiàn)代樓宇自控領(lǐng)域多采用BEMS系統(tǒng)（樓宇能源管理系統(tǒng)）達(dá)到降低建筑能耗的目的，然而建筑的開銷不僅僅局限于水、電、熱等傳統(tǒng)能源的消耗，還包括線纜的鋪設(shè)、電池更換等設(shè)備維護(hù)帶來的開銷，當(dāng)然還包括發(fā)電供熱等過程中所產(chǎn)生的硫、二氧化碳等污染物，廢棄電池產(chǎn)生的有害化學(xué)物質(zhì)，而這些污染物、廢棄物的排放、處理仍然會產(chǎn)生開銷。

建筑物的大量開銷每年帶來的高額費用是國家、企業(yè)的大包袱，所產(chǎn)生的污染物、廢棄物則是公民乃至人類的大包袱。因此綠色節(jié)能建筑工程的改造實施迫在眉睫，對國家、企業(yè)以及整個社會都有著重大的意義。

 
 無源線傳感器

無源無線是構(gòu)建綠色節(jié)能建筑，實施綠色節(jié)能改造工程的重要技術(shù)手段，這項技術(shù)的運用從根本上降低了建筑開銷，而不僅僅是采用BEMS系統(tǒng)帶來的能耗控制，無源無線樓控系統(tǒng)的使用將大量減少線纜布設(shè)、金屬使用、電池更換、污染物排放所帶來的建筑開銷。

無源無線傳感器是無源無線樓控產(chǎn)品的基本構(gòu)成單元，它的成功運用得益于不斷發(fā)展并成熟的能量收集技術(shù)，使我們能夠充分利用日常生活中室內(nèi)的光線能量，人體活動的機(jī)械能量等為我們的樓宇自控服務(wù)，實現(xiàn)無線控制的目的。

采用無源無線傳感器后，以往需要耗費許多繁雜的工作，如布線設(shè)計、鋪設(shè)線纜等將變得多余，可以節(jié)省大量的安裝材料和安裝時間，從而使系統(tǒng)安裝的費用大大降低。

基于無源無線傳感器的樓宇控制產(chǎn)品種類繁多，目前國內(nèi)這方面的成熟產(chǎn)品還沒有出現(xiàn)，本文中將以德國thermokon公司生產(chǎn)的各類無源無線樓控產(chǎn)品為例，闡述無源無線傳感技術(shù)在綠色節(jié)能建筑中的應(yīng)用。

基于無源無線傳感技術(shù)的樓控產(chǎn)品目前大體上分為以下幾類:

1、信號發(fā)射器

2、信號網(wǎng)關(guān)

3、可編程控制器

4、信號中繼器

5、定時器

6、開關(guān)量I/O模塊

7、帶有總線通信功能的室內(nèi)控制器

1、信號發(fā)射器

信號發(fā)射器包含了各種無源無線開關(guān)面板、溫濕度傳感器、光照度傳感器、人體活動傳感器、門窗傳感器，這些設(shè)備的能量來源于各種機(jī)械能以及光能，在它們的內(nèi)部安置了可以將微弱光線、微弱機(jī)械動力轉(zhuǎn)換為電力并存儲起來的器件，不需要電池、電線供電便可以工作。

當(dāng)信號發(fā)射器（開關(guān)面板等）感知到外部事件時，如按動、溫濕度變化（可設(shè)定臨界值）、光照度變化、物體移動、門窗開關(guān)等，便會將事件消息組織成信號，并通過無線的方式送至接受設(shè)備，使處于待命狀態(tài)的信號接收器作出相關(guān)決策（如關(guān)閉/開啟照明設(shè)備、供暖設(shè)備、門窗、通風(fēng)等）或應(yīng)答（如返回控制信號）。

因此無源無線信號發(fā)射器在樓控系統(tǒng)中的角色便是感知外部事件，生成標(biāo)準(zhǔn)信號并傳出。

下面列出了一些典型的基于無源無線技術(shù)的傳感器，屬于信號發(fā)射類產(chǎn)品，它們均產(chǎn)自德國，由Thermokon公司制造。

無源無線溫濕度傳感器

無源無線亮度傳感器

無源無線門窗傳感器

人體活動傳感器

2、信號網(wǎng)關(guān)

在大型節(jié)能建筑中，跨界傳輸是不可避免的，如不同辦公區(qū)域、樓層，甚至不同廠家的設(shè)備，當(dāng)要進(jìn)行跨界通信時就需要有一個可信賴的中間設(shè)備來處理這些跨界通信事務(wù)，此時基于無源、無線傳感技術(shù)，且支持多種樓宇自控標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的信號網(wǎng)關(guān)便顯得尤其重要，它接受來自無源無線發(fā)射器傳出的無線信號，并通過如KNX、MODBUS、以太網(wǎng)、RS485/422等總線及傳輸介質(zhì)，將信號傳遞到更遠(yuǎn)的樓控節(jié)點。

因此無源無線信號網(wǎng)關(guān)在綠色節(jié)能建筑中起著處理跨界通信事務(wù)的角色。

下面的信號網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品均產(chǎn)自德國，由Thermokon公司制造

帶有LON通信接口的網(wǎng)關(guān)

帶有KNX/EIB通信總線功能的網(wǎng)關(guān)

帶有多種總線通信接口的網(wǎng)關(guān)

帶有以太網(wǎng)通信接口的網(wǎng)關(guān) 

3、帶有總線通信功能的室內(nèi)控制器

前面提到過，大型建筑中不可避免的要進(jìn)行跨界通信，尤其是不同廠家設(shè)備間的通信，因此帶有多種總線通信功能的設(shè)備就顯得尤其重要，在智能樓宇自控系統(tǒng)中，經(jīng)常用到各種室內(nèi)控制器，對環(huán)境溫度、濕度、光照度、通風(fēng)進(jìn)行有效控制、調(diào)節(jié)，而支持多種總線通信標(biāo)準(zhǔn)的室內(nèi)控制器在樓宇自控系統(tǒng)中可以發(fā)揮巨大的作用，當(dāng)不同廠家的控制器都遵循某一種或幾種通信標(biāo)準(zhǔn)時，便可以進(jìn)行無縫的通信，的配合在一起協(xié)同工作，下面圖中示出了德國Thermokon公司生產(chǎn)的部分室內(nèi)控制器，它們均支持多種總線通信標(biāo)準(zhǔn)，如KNX/EIB、Modbus、LonMark等等。

 歷史建筑的綠色節(jié)能改造工程實施

（維也納國家歌劇院）

另外值得一提的是，在一些古建筑的改造過程中，傳統(tǒng)的布線安裝將會對其造成歷史價值以及視覺上的破壞，因此全無線的傳感器將為歷史建筑的改造提供一種的解決方案。

  實際綠色節(jié)能改造工程實施案例

德國慕尼黑機(jī)場 

英國雅士谷賽馬場 

德國德累斯頓國家歌劇院 

西班牙馬德里商務(wù)區(qū) 

在高57層（236米），占地75200平方米的西班牙馬德里商務(wù)區(qū)的四棟大型商業(yè)建筑中，采用了德國的無源無線傳感器設(shè)備，共使用了4200支無源無線開關(guān)面板。

THERMOKON無源無線開關(guān)面板

1、僅電線就節(jié)省31.5公里長

2、節(jié)省使用了1.26噸金屬銅、3噸PVC

3、節(jié)省21000支電池

4、年耗電量節(jié)省520000度

5、減少了幾千噸二氧化碳排放量

而這全部僅僅是4200支無源無線開關(guān)面板所發(fā)揮的作用，如果整棟大樓全部采用無源無線樓控產(chǎn)品的話，上面的節(jié)約項目要全部乘以3。