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智能建筑:绿能、感测与互联 有温度的建筑物

在许多科幻电影的场景中,融合智能化与科技化的未来建筑,都是不可或缺的场景。而目前,许多兴建中的建筑物,除了诉求舒适、美观之外,也纷纷将『智能』的元素加入到建筑物的规划蓝图中,并且成为一种趋势。在不久的未来,智能建筑的概念,将不再只是电影场景,而是将逐步落实到你我身边的每一栋建筑物中。


在这个年头,所有设备都被理所当然地加入智能的概念。不只手机要智能、TV要智能、家庭要智能、电网要智能、机器人要智能,连建筑物都要智能。只不过,智能建筑到底是什么?让建筑物有智能,又要智能到怎样的程度才算数?


智能家庭无疾而终?

建筑物的智能发展史,从过去所喊出的智能家庭远景,或许就可以找出一些端倪。早在好几年前,市场上就已经有厂商喊出智能家庭的口号,其用意是希望能将平常大家习以为常的网络通讯、计算机运算、感测控制等三大基本元素,进一步整合到家用建筑中,让居家环境更智能、更舒适、更便利,也更友善。


在通讯、运算与感测三大元素结合之下,智能家庭所有的设备不再是独立的概念,而是全部联网,便利操控。除了最基本的多媒体影音娱乐共享之外,连冰箱、洗衣机、电视、空调、照明等,也都能够上网。让家中成员能在屋内的任何一个角落,甚至是在外也能透过远程联机,直接操控屋内的任何设备。这在某种程度上,或许也可视为是最早的万物联网概念。


当然,智能家庭的愿景,或许是太过前卫,而不切实际,导致半导体厂商推广的同时,却也受到来自消费端很大的质疑声浪。当时最常被消费者问到的问题是:我要我的冰箱上网做什么?我的冷气为什么要联网?我的电视为什么要有智能?


就拿冰箱上网这件事情来看。其原先的美意,在于一旦冰箱内库存的牛奶或鸡蛋等食材即将用完,冰箱可以自行感测察觉,并上网订购或告知消费者该补充新品了。然而这看似简单的动作背后,却隐藏着复杂的问题,例如每种食材包装上都必须要有RFID电子卷标,除了增加食材成本之外,不同家电品牌的读取器,与不同食品包装上的电子卷标是否都能兼容?因为现实生态链利益牵扯不清,导致这样的场景,只能在电影画面中看到,在现实生活中几乎无法实现。


而相同的,冷气联网的美意,消费者认为根本没有必要。而电视的智能化,在消费者看来只是一台连接着电视屏幕的计算机罢了。就这样,智能家庭的概念,看似远大,实则天马行空。在相关厂商试图点燃市场火花之后,却因为消费者的不买单,宣告无疾而终。


智能建筑揭竿而起

建筑物可以导入智能化,但不能将「智能」无限上纲。人都没那么聪明了,何况是冷冰冰的建筑。


过去不少半导体厂商与家电业者发展智能家庭各走各的路,产品与标准多头马车,不同品牌的家电方案面临了智能家庭难以整合的困境。智能建筑的概念,与智能家庭在某种程度上有几分神似,只不过舍弃了过去天马行空与窒碍难行的部分,而加入了更为实际与实用的新构想。


观察目前智能建筑发展的三大重要趋势,包括绿能环保、智能感测与万物互联等。智能感测着重于将更多传感器布建于建筑物的各角落中,来获取更多不同的数据信息,并进行必要的控管;绿能环保则更强调让建筑物走向能源的节约与再生;万物互联则是透过有线与无线网络,将所有信息统一进行智能化分析,并做出最佳的处理方式。


1.绿能环保

绿能环保的概念,其实过去即已陆续导入建筑物之中,例如屋顶太阳能板的设置就是一例。至于智能建筑则更强调绿建筑(Green Building)的概念,让建筑物不只是被动的撷取能源,而是还能主动地产生能源。节能与再生同步并进,将绿能环保发挥到最大化。


智能绿建筑适合在企业大楼或工厂率先实行,不只是企业有立竿见影的推广作用,更是因为企业通常才有足够的资金来执行成本高昂的环保节能工作。目前全球许多知名企业纷纷以打造智能绿建筑为目标,藉以创造企业形象与展示相关的解决方案。


例如台达电将其多年来累积的工业控制自动化技术经验,全都发挥在该公司研发中心的绿能方案上,让该研发中心能拥有包括灯光控制、HVAC空调(Heating、Ventilation and Air Conditioning)、水资源处理、再生能源供电系统等能力。


台达电为了达到这些绿建筑功能,需投入的设备包括变频器、主动电力回生单元、可程控器、人机接口、温控器、云端技术、室内外LED照明设备、太阳能面板、逆变器与充电桩等。当然这些能源的使用信息,还会传送到控制中心,将之可视化后呈现在主控墙上,来实时加以管理所有能源的动态。


台达电表示,除了节能与产能,还要能把这些能源智能管理,有效运用,让能源不至于浪费。具备这种能源智能管理的能力,才称得上是完整的智能绿建筑能源循环系统。


此外,在部分智能建筑的设计中,还特别透过空间规划,让日光、雨水与凉风能自然导入建筑物的环境中,来进一步降低对于能源的依赖。另外诸如能源采集等技术,也都能提供智能建筑另一个绿色能源的获取管道。


2.智能感测

传感器在人们的生活中早已使用得十分普遍,应用领域也十分广泛。随着用途不同,传感器的功能也会随之改变。当建筑物走向智能化之际,将传感器与控制模块广泛部署在建筑物的各角落中,透过不同信息的取得,将能进一步打造更舒适、更节能、更便利的建筑环境。


观察近年来政府与企业积极推广的智能建筑,都属于新建物,所有智能化设施在建筑过程中均可直接导入,但这样的建筑只占所有建筑物的3%。还有其他97%的既有建筑物,若要导入智能化,通常必须重设管线,并钻洞破坏进行施工,实施上将窒碍难行,这也是智能建筑之所以只能是全新建筑物的主因。


就智能建筑所需用到的感测节点来说,通常分为安全、节能、便利与照护等四大环节。安全性指的当然是针对个人与建物的安全警示,常见者包括各种灾害警示、紧急通报、有毒气体侦测、门禁管理等项目;节能感测则是用于实现绿建筑的关键组件,这包括各种电器、灯光与空调的能源侦测与管理,让无人区域或不必要的能源能够关闭,尽可能达到能源使用的极小化与必要化;至于照护感测,能随时进行人身定位,并侦测生理数据;便利感测则是能自行调整温湿度、空气质量,或在适当时间播放音乐等。


感测节点的广泛布建,能让建筑物获取更多数据数据,进行分析、运算并进行最适合的处理动作,是建筑物智能化过程中,不可或缺的功臣。当然对于设计者来说,该如何选择正确的传感器类型、数量需多少、位置又该如何安排,更成为智能建筑成败的关键。


3.万物互联

有了绿能方案,也有了感测组件,还需要一个将这些信息链接的神经元,物联网所扮演的正是这样的角色。物联网所诉求的,是物与物之间的直接链接,不必再透过人,可以直接针对环境中的讯号进行撷取、处理、并将结果输出执行。这样的过程,能让建筑中的人们获得更高的便利性。


事实上,近年来的物联网应用,逐渐导向于透过感知来达到智能服务的目的。而物联网分散、多点、大范围的数据撷取与运算,十分适合应用在智能建筑与智能工厂等这类大型建筑环境中,来满足聪明、节能、效率、安全等需求。在万物互联的架构之下,类似智能家庭的愿景,将更有可能实现。


结语

人们每天生活都离不开建筑物。将建筑物智能化,将为每日的工作与生活带来更多便利与乐趣。事实上,智能建筑的概念,已经逐渐在新一代的建筑设计中发酵,不论是企业厂房,或一般家居住宅,都开始强调智能化的导入。


随着智能建筑的发酵,建筑本身将提高附加价值。未来的建筑物将不在只是冷冰冰的钢筋与水泥,而是将成为生活上的好伙伴,提供更安全、便利与节能的生活型态。



表一
表一

图一 : 新一代的智能建筑,经常结合了绿能与环保等概念,成为绿建筑的代名词。
图一 : 新一代的智能建筑,经常结合了绿能与环保等概念,成为绿建筑的代名词。

图二 : 在物联网与传感器的应用框架下,住宅将具备更高的智能自主性。
图二 : 在物联网与传感器的应用框架下,住宅将具备更高的智能自主性。


(责任编辑:ioter)

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