智能建筑的演变之路

智能建筑的演变之路

  与今天由建筑管理系统平台控制的单一领域应用相比,智能建筑技术的未来正朝着集成来自多个系统的信息流和更全面的命令的方向发展。

  在过去的几十年里,微型电子设备和网络通信已经改变了人们的生活、工作和娱乐方式。如今,数字连接世界的发展进入了一个新阶段:向智能建筑的转变。

  智能建筑对居住者来说更舒适、更直观。与此同时,它对环境的影响要小得多。这为建筑设备和管理系统的供应商带来了明显的好处;房地产开发商、业主和物业经理;工人和其他商业、公共场所的使用者;以及由这些结构形成的社区。开发商和建筑师认识到,智能建筑创造了更好的价值,业主和管理者实现了运营成本的终身节约,居住者受益于更好的生活和工作环境。

  智能建筑是非住宅和高密度的住宅开发空间,如办公室、购物中心、餐厅、娱乐中心和公寓综合体,配备传感器技术来收集数据,分析运营信息,甚至控制资源的使用。各种传感器技术可用于向建筑信息管理系统提供数据,使其能够根据环境条件和用户定义的参数监测和控制各种领域,如照明和暖通空调。

  智能建筑也可以免受针对其操作系统的网络攻击。 安全元件使用基于硬件的嵌入式安全解决方案实施,可保护信息和设备的机密性、完整性和真实性,从而保护居住者的个人隐私。

  对智能建筑的需求

  人口结构、市场动态和技术进步的变化是推动智能建筑发展的根本原因。本世纪将见证城市化的持续快速增长。据联合国预测,到2050年,将有68%的世界人口居住在城市。例如,在欧盟国家,工作场所、公共设施和高密度住房已经占据了40%的能源消耗和36%的二氧化碳排放。如果不提高建筑效率,就不可能实现减少能源使用和二氧化碳排放的目标。这种对更高效率的需求,结合工业4.0和智能家居技术的进步,推动了智能建筑的发展。

智能建筑的演变之路

建筑的趋势图——人口变化、市场动态和技术进步推动了智能建筑的发展

  更高效的建筑操作意味着更低的运营成本。虽然有许多减少能源使用的策略,包括被动式设计元素和替代能源,但智能建筑技术可以是确保结构设计和功能系统的所有元素都使用到最大效率的关键, 创造多达30%的能源效率,同时提高所有居住者的舒适度、便利性和安全性。

  建筑经理考虑四个传统领域的物业运营;机械系统、电气系统、能源供应和基础设施以及管道。

智能建筑的演变之路

智能建筑的基本元素

  在这些领域中的每一个领域,传感器技术都可以收集和提供数据以供分析,然后由管理系统采取行动。通过在域内并最终跨域连接传感器,管理人员甚至系统本身就有可能获得更全面的洞察力并做出优化运营的决策。

  智能建筑底层技术

  连接和控制系统与多种类型的传感器设备相结合,构成了智能建筑的基础技术。这些传感器是当前和未来系统的关键元素,可提供有关室内环境的输入。

  下面是一些例子:

  ◆ 雷达传感器可以确定一个区域内的居住人数,甚至可以在不使用损害隐私的视觉摄像头的情况下识别手势

  ◆ 高分辨率红外飞行时间 (ToF) 传感器,用于 3D 物体检测和人脸验证。

  ◆ 压力传感器确定 HVAC 设备或房间中的气流

  ◆ 环境传感器监测空气质量,例如二氧化碳水平

  ◆ 微型 MEMS 麦克风支持房间内功能的语音控制,相同类型的麦克风阵列允许房间内人员的定向跟踪和房间内的存在检测电流传感器监控建筑设备(如电机驱动器、电梯、HVAC 装置)中的电力使用。

  ◆ 磁性定位传感器能够精确控制百叶窗中的电机驱动

  支持传感器融合(多种传感器类型和相应数据流的集成)的智能传感器集线器将提高智能建筑的安全性和便利性。例如,结合了麦克风和压力传感器的集成报警系统可以根据声音和室内气压的变化更准确地检测玻璃破损,从而降低误报的可能性。

  智能建筑中的传感器也是快速增长的房间自动化系统的基础。例如,雷达传感器可以检测到有人进入房间,并发出一系列指令以自动打开灯并将温度调节到舒适的水平。随着入住人数的变化,可以在房间变热之前进行温度调整,反之亦然。使用有关外部照明的环境信息,灯具可以通过改变提供给 LED 的电流来调整照明水平。

  在建筑物居住者的视线之外,监控建筑物内系统状况的传感器集线器通过帮助防止故障来提高舒适度和居住者满意度。集成到电梯和 HVAC 装置中的设备可以收集反映运行状态的参数数据,检测与最佳状态的偏差并在故障发生之前预测故障,以便及时进行维护。预测性维护应用的示例包括使用气压传感器监测 HVAC 设备中的气流、使用电流传感器测量电机驱动器中的电流、使用磁性定位传感器进行振动监测,以及使用 MEMS 麦克风检测声音异常。

  除了传感器,英飞凌还为设备制造商提供关键组件,用于处理传感器数据的系统。电力集成电路是电机控制、计量和开关系统,甚至灯具不可或缺的一部分。连接内置系统、互联网和新的5G移动网络的重要元素,以及作为数千台设备计算“大脑”的强大微控制器,都是该公司产品组合的一部分。最后,硬件和安全集成电路用于在设备被允许访问建筑管理系统的其他部分之前进行认证,这是设计免受网络攻击的安全系统的关键因素。

  智能建筑如何应对挑战

  市场预测智能建筑中连接设备的整体市场将迎来快速发展,主要是在能源基础设施领域。随着支持楼宇自动化系统的生态系统在特定用例中获得经验,并开发跨多个领域集成的专业知识,这种情况可能会在未来几年加速。

智能建筑的演变之路

智能建筑集成层

  虽然今天我们看到由建筑管理系统 (BMS) 平台控制的单域应用,但未来正朝着集成来自多个系统的信息流和更全面的命令方向发展。

  与其他已经或正在转向数字自动化的行业一样,如今正在构建的价值链涉及核心技术供应商、设备制造商、集成商和多个层次的软件专家、建筑行业参与者以及网络计算和云服务提供商。网络供应商,无论是传统服务还是云架构专家,都将卸下新系统繁重的数据处理工作。供应商之间现有的伙伴关系将会增长,许多新的伙伴关系将会建立,这些伙伴关系既提供一定程度的标准化,又能最好地利用专家供应商的独特能力。

  在许多方面,今天的智能建筑的发展反映了工业建筑(工业4.0)和智能家居领域的早期发展。在一个快速城市化的世界中,显然需要以一种满足提高能源效率需求的方式实现系统自动化,这也是一个巨大的机会。与此同时,这些自动化系统降低了建筑运营的整体成本,增加了居住者的便利性和舒适度。类似地, 与其他建筑领域的自动化一样,成功的项目将依赖于在满足更高的网络安全标准的同时推动跨领域集成的方法。

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