無源無線傳感器在綠色節能建筑中的應用

 概述

 近些年綠色節能環保建筑的理念越來越得到廣泛的推崇，尤其是歐美地區已經出現了許多綠色節能建筑，并且對現有的傳統建筑大量實施綠色節能改造工程。

現代樓宇自控領域多采用BEMS系統（樓宇能源管理系統）達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、熱等傳統能源的消耗，還包括線纜的鋪設、電池更換等設備維護帶來的開銷，當然還包括發電供熱等過程中所產生的硫、二氧化碳等污染物，廢棄電池產生的有害化學物質，而這些污染物、廢棄物的排放、處理仍然會產生開銷。

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

 
 無源線傳感器

無源無線是構建綠色節能建筑，實施綠色節能改造工程的重要技術手段，這項技術的運用從根本上降低了建筑開銷，而不僅僅是采用BEMS系統帶來的能耗控制，無源無線樓控系統的使用將大量減少線纜布設、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品的基本構成單元，它的成功運用得益于不斷發展并成熟的能量收集技術，使我們能夠充分利用日常生活中室內的光線能量，人體活動的機械能量等為我們的樓宇自控服務，實現無線控制的目的。

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

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

基于無源無線傳感技術的樓控產品目前大體上分為以下幾類:

1、信號發射器

2、信號網關

3、可編程控制器

4、信號中繼器

5、定時器

6、開關量I/O模塊

7、帶有總線通信功能的室內控制器

1、信號發射器

信號發射器包含了各種無源無線開關面板、溫濕度傳感器、光照度傳感器、人體活動傳感器、門窗傳感器，這些設備的能量來源于各種機械能以及光能，在它們的內部安置了可以將微弱光線、微弱機械動力轉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。

當信號發射器（開關面板等）感知到外部事件時，如按動、溫濕度變化（可設定臨界值）、光照度變化、物體移動、門窗開關等，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備，使處于待命狀態的信號接收器作出相關決策（如關閉/開啟照明設備、供暖設備、門窗、通風等）或應答（如返回控制信號）。

因此無源無線信號發射器在樓控系統中的角色便是感知外部事件，生成標準信號并傳出。

下面列出了一些典型的基于無源無線技術的傳感器，屬于信號發射類產品，它們均產自德國，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、信號網關

在大型節能建筑中，跨界傳輸是不可避免的，如不同辦公區域、樓層，甚至不同廠家的設備，當要進行跨界通信時就需要有一個可信賴的中間設備來處理這些跨界通信事務，此時基于無源、無線傳感技術，且支持多種樓宇自控標準協議的信號網關便顯得尤其重要，它接受來自無源無線發射器傳出的無線信號，并通過如KNX、MODBUS、以太網、RS485/422等總線及傳輸介質，將信號傳遞到更遠的樓控節點。

因此無源無線信號網關在綠色節能建筑中起著處理跨界通信事務的角色。

下面的信號網關產品均產自德國，由Thermokon公司制造

帶有LON通信接口的網關

帶有KNX/EIB通信總線功能的網關

帶有多種總線通信接口的網關

帶有以太網通信接口的網關 

3、帶有總線通信功能的室內控制器

前面提到過，大型建筑中不可避免的要進行跨界通信，尤其是不同廠家設備間的通信，因此帶有多種總線通信功能的設備就顯得尤其重要，在智能樓宇自控系統中，經常用到各種室內控制器，對環境溫度、濕度、光照度、通風進行有效控制、調節，而支持多種總線通信標準的室內控制器在樓宇自控系統中可以發揮巨大的作用，當不同廠家的控制器都遵循某一種或幾種通信標準時，便可以進行無縫的通信，的配合在一起協同工作，下面圖中示出了德國Thermokon公司生產的部分室內控制器，它們均支持多種總線通信標準，如KNX/EIB、Modbus、LonMark等等。

 歷史建筑的綠色節能改造工程實施

（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。

  實際綠色節能改造工程實施案例

德國慕尼黑機場 

英國雅士谷賽馬場 

德國德累斯頓國家歌劇院 

西班牙馬德里商務區 

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

THERMOKON無源無線開關面板

1、僅電線就節省31.5公里長

2、節省使用了1.26噸金屬銅、3噸PVC

3、節省21000支電池

4、年耗電量節省520000度

5、減少了幾千噸二氧化碳排放量

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