特約通訊員 王蔚斯

EnOcean公司是能量收集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首創(chuàng)者，公司依托能源收集技術(shù)、傳感器和RF（射頻）通信的生產(chǎn)和銷售，為建筑和家庭自動(dòng)化、照明、工業(yè)和環(huán)境應(yīng)用提供世界領(lǐng)先的無線無源解決方案。EnOcean是名副其實(shí)的新時(shí)代“智能綠色建筑環(huán)保大使”。

近年來，綠色節(jié)能環(huán)保建筑的理念受到廣泛的推崇，歐美地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)許多綠色節(jié)能建筑，大量現(xiàn)有傳統(tǒng)建筑也正在實(shí)施節(jié)能改造工程。

無源、無線是構(gòu)建綠色節(jié)能建筑、實(shí)施綠色節(jié)能改造工程的重要技術(shù)手段，這項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用從根本上降低了建筑的能源開銷。無源無線技術(shù)的成功應(yīng)用得益于不斷發(fā)展成熟的能量收集技術(shù)，它使我們能夠充分利用日常生活中的室內(nèi)光線能量、人體活動(dòng)的機(jī)械能量等為樓宇的自動(dòng)控制服務(wù)，最終實(shí)現(xiàn)無線控制的目的。

現(xiàn)代樓宇自控系統(tǒng)多采用BEMS系統(tǒng)（樓宇能量管理系統(tǒng)）以求達(dá)到降低建筑能耗的目的，然而能量系統(tǒng)的開銷不僅局限于水、電等傳統(tǒng)能量消耗，還包括線纜鋪設(shè)、電池更換等設(shè)備維護(hù)開銷。這些能源開銷的高額費(fèi)用給企業(yè)帶來沉重的負(fù)擔(dān)，這也正是許多企業(yè)不斷嘗試并改進(jìn)綠色節(jié)能建筑方案的原因。

新型無線傳輸技術(shù)

德國EnOcean公司推出了一種新型的無線傳輸技術(shù)，該技術(shù)與Zigbee、WiFi、Bluetooth、Z-Wave等無線技術(shù)相比最大的優(yōu)點(diǎn)就是功耗極低，當(dāng)以1mW的發(fā)射功率工作時(shí)，可保證超過300米的傳輸距離?；诔凸牡奶匦裕摴炯捌浒l(fā)起的EnOcean聯(lián)盟成員開發(fā)出了一系列的無線、無電池、無限制的開關(guān)產(chǎn)品、傳感器產(chǎn)品和其它與網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)銜接的網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品。這些產(chǎn)品可以免布線、免維護(hù)地運(yùn)用于綠色節(jié)能智能建筑、工業(yè)數(shù)據(jù)采集、儀器儀表等眾多領(lǐng)域。

本文介紹的EnOcean公司正是無線無源產(chǎn)品的領(lǐng)軍企業(yè)，同時(shí)也是能量收集無線技術(shù)的開創(chuàng)者。EnOcean公司成立于2001年，原屬于西門子公司。該公司現(xiàn)有員工超過50名。EnOcean公司是自供電無線電技術(shù)的開創(chuàng)者，已獲得該技術(shù)專利。公司總部設(shè)在德國慕尼黑附近的Oberhaching，生產(chǎn)和銷售用于建筑物和工業(yè)設(shè)施的免維護(hù)無線傳感器解決方案。

EnOcean公司的解決方案是基于微型能量轉(zhuǎn)換器，保證可靠的無線傳輸和超低功耗的電子電路。依托這些新技術(shù)，EnOcean公司及其產(chǎn)品合作伙伴提供的傳感器系統(tǒng)是節(jié)能建筑和創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。目前，EnOcean公司的無線模塊被全球100多家廠商選購，用于建筑和工業(yè)系統(tǒng)。在歐美地區(qū)已有超過20萬個(gè)建筑采用EnOcean公司的技術(shù)產(chǎn)品，采用無線無源技術(shù)的產(chǎn)品己成為新一代智能樓宇的標(biāo)志和潮流。

能量收集技術(shù)的發(fā)展與改進(jìn)

十幾年前，能量收集可能還僅是某個(gè)小團(tuán)隊(duì)的研究課題，而如今，你能在google上找到近200萬條的關(guān)于能量收集的新聞。這種新技術(shù)與以往的技術(shù)相比，根本差別在于它們可以從環(huán)境中獲得能源。

據(jù)美國環(huán)境保護(hù)署（EPA）報(bào)告，美國商業(yè)建筑每年的能源消耗成本在1000億美元以上，這些能源消耗產(chǎn)生了大約17%的溫室氣體排放量。據(jù)EPA的進(jìn)一步估計(jì)，這些建筑運(yùn)營消耗的能量中超過三成是浪費(fèi)和不必要的。企業(yè)管理者正在尋找各種辦法以減少多余的能源消耗對經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的影響，在這場變革中，改良的能源利用技術(shù)無疑扮演著關(guān)鍵的角色。

BAS的大規(guī)模普及

20世紀(jì)70年代，建筑設(shè)計(jì)開始大規(guī)模使用樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)（BAS），這使得建筑物的照明控制、機(jī)械管理，甚至樓宇安全系統(tǒng)都逐漸向非勞動(dòng)密集型轉(zhuǎn)移。一個(gè)BAS系統(tǒng)是由控制系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、電子設(shè)備等組成的智能網(wǎng)絡(luò)，BAS技術(shù)的出現(xiàn)意味著通過電子設(shè)備就可以執(zhí)行控制建筑系統(tǒng)的操作，這種運(yùn)作方式減少了設(shè)備管理部門的勞動(dòng)力耗費(fèi)，同時(shí)提高了建筑物的運(yùn)作效率。

使用BAS的另一個(gè)好處是能源效率的提高，例如，冷卻系統(tǒng)可以通過編程來實(shí)現(xiàn)在預(yù)定義的時(shí)間內(nèi)重新設(shè)置或者關(guān)閉，無需手動(dòng)翻轉(zhuǎn)開關(guān)。

無線技術(shù)應(yīng)用于BAS

近年來，無線技術(shù)在樓宇控制設(shè)備上的應(yīng)用將樓宇自動(dòng)化提升到新的效率水平。但是無線技術(shù)在減少建設(shè)成本和接線需要的同時(shí)卻依賴于更多的能源消耗。雖然電線是設(shè)備連接的必備要素，但諸如電燈開關(guān)、溫度傳感器等控制設(shè)備連接到BAS則可以無需導(dǎo)線。這些設(shè)備在不同規(guī)模和功能的設(shè)施中數(shù)量不定，但無論數(shù)量是多少，消除這些設(shè)備的布線需求都可以更好地實(shí)現(xiàn)建筑施工和運(yùn)營成本控制。

美國能源部（DOE）稱，無線控制有可能減少先進(jìn)的傳感器和控制系統(tǒng)的成本，特別是在那些僅安裝布線就占用20%-80%工程成本的現(xiàn)有建筑中。此外，無線傳感器和控制器為建筑設(shè)計(jì)提供了更大的靈活性，因?yàn)樗鼈兛梢员话惭b、移動(dòng)而無需重新布線。

EnOcean的無線無源技術(shù)

EnOcean公司早在1995年就開始開發(fā)能量收集裝置，并于1997年獲得第一個(gè)能量收集專利傳感器。2001年，能量收集技術(shù)從西門子公司剝離出來，單獨(dú)成立了EnOcean公司，并于2003年為客戶提供第一批產(chǎn)品。EnOcean獨(dú)特的無線技術(shù)由于其靈活性和高效的能源利用率在樓宇自動(dòng)化領(lǐng)域備受關(guān)注。

基于EnOcean技術(shù)的設(shè)備采用自供電系統(tǒng)，在電動(dòng)過程中收集運(yùn)動(dòng)變換產(chǎn)生的能量用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能，為傳感器、開關(guān)以及BAS設(shè)備提供能源。例如，在按下開關(guān)時(shí)，傳感器收集動(dòng)能并將其轉(zhuǎn)化為電能。EnOcean公司總裁Jim O'Callaghan這樣解釋這個(gè)過程：我們的開關(guān)看起來和一般開關(guān)沒什么兩樣，但原理卻有很大差別。手指將開關(guān)按下時(shí)產(chǎn)生了足夠多的能量，這些能量將用于“喚醒”無線設(shè)備，同時(shí)將信息通過無線方式傳輸給控制中心，實(shí)現(xiàn)無線無源控制。

因此，不同于其它無線裝置，EnO-cean公司的產(chǎn)品無需電池。這消除了需要跟蹤電池壽命和更換電池的維護(hù)工作。傳統(tǒng)的無線控制系統(tǒng)設(shè)備一年左右就需要更換一次電池，雖然頻率不高，但由于使用頻率和具體的能源消耗，設(shè)備的電池壽命可能不同，因此需要專人跟蹤這些設(shè)備，定期檢查電池的壽命是否和預(yù)期相同，并安排維修。

O'Callaghan認(rèn)為能量供應(yīng)始終是傳感器發(fā)展的一大挑戰(zhàn)。用于無線電或無線通信的傳感器始終需要電源，或者通過有線電源，或者使用電池求線路。而EnOcean公司的能量收集系統(tǒng)給了傳感器更好的選擇，并且已經(jīng)證明這種方案是切實(shí)可行的。

領(lǐng)先的無線無源解決方案

綠色、智能、無線

EnOcean公司依托能源收集技術(shù)、傳感器和RF（射頻）通信的生產(chǎn)和銷售，為建筑和家庭自動(dòng)化、照明、工業(yè)和環(huán)境應(yīng)用提供世界領(lǐng)先的無線無源解決方案。

EnOcean公司是能量收集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的首創(chuàng)者，制造能量收集和無線模塊，幫助OEM廠商開發(fā)無線傳感器以及BAS（樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)）開關(guān)。在無源無線模塊將可用的太陽能、熱能、動(dòng)能轉(zhuǎn)化為建筑能源管理系統(tǒng)可用的能量，這種“peel-n-stick”裝置減少了節(jié)能改造時(shí)間，有效節(jié)約成本，減少設(shè)備停機(jī)次數(shù)，并為建筑設(shè)計(jì)提供最大的靈活性。

EnOcean公司的無線無源解決方案擁有耗電少、無線傳輸?shù)忍攸c(diǎn)，因此可以與外部電源分離，獨(dú)立運(yùn)作。傳感器收集和儲(chǔ)存來自動(dòng)能、光能和溫度差中獲得的微量能量，收集的能量足以支持無線信號傳輸、照明智能控制、供暖與空調(diào)系統(tǒng)等等。通常情況下，這種方案可以節(jié)省20%-30%的建筑設(shè)施安裝成本，以及80%的方案改造成本，同時(shí)維修、布線要求和安裝時(shí)間也大大減少。

最小的能源消耗

EnOcean技術(shù)將微能量轉(zhuǎn)換器與超低功耗電子產(chǎn)品和可靠的無線通信技術(shù)相結(jié)合，幫助EnOcean客戶創(chuàng)造自供電無線傳感器解決方案，為有效地管理建筑和工業(yè)應(yīng)用的能源奠定基礎(chǔ)。

EnOcean公司的產(chǎn)品

這項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)是基于一個(gè)非常簡單的原理：在傳感器采集測量值時(shí)，能量狀態(tài)總是持續(xù)變換。當(dāng)開關(guān)按下時(shí)，溫度改變或亮度水平參差不齊，所有這些操作可以產(chǎn)生足夠的能量來發(fā)射無線信號。與電源不同，EnOcean公司采用微型能量轉(zhuǎn)換器供電，包括：直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換器、太陽能電池和熱轉(zhuǎn)換器，支持在各種環(huán)境下都能使用的無線傳輸。智能軟件棧將EnOcean的各種用戶應(yīng)用集成，以簡潔明了的方式提供給用戶使用。

EnOcean公司的目標(biāo)是優(yōu)化能源收集技術(shù)，以達(dá)到最好的能源利用率，同時(shí)最大程度地減少產(chǎn)品本身的能源需求。O’Callaghan說：“我們的產(chǎn)品不僅要降低能源消耗，還必須滿足用戶的需求，也就是說在消耗更少能源的同時(shí)不能減小控制范圍。因此我們需要低能源消耗，但不會(huì)降低功率。這意味著我們必須減少發(fā)送時(shí)間。因此，我們的設(shè)備發(fā)送速度非?？欤芏虝r(shí)間即可被喚醒。因?yàn)橄臅r(shí)間短，所以累計(jì)能源需求較小?！?/p>

除了運(yùn)動(dòng)供電設(shè)備外，EnOcean公司還開發(fā)了太陽能供電設(shè)備。太陽能通常位于室外，而設(shè)備需要運(yùn)作在光水平低的室內(nèi)，此外，這些設(shè)備需要瞬間存儲(chǔ)能量以應(yīng)付設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)在無光的情況下的耗能。所以EnOcean公司開發(fā)的太陽能供電設(shè)備是一種小型太陽能電池，即使在弱光下也能產(chǎn)生足夠的能源供應(yīng)設(shè)備運(yùn)作。這個(gè)產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)之一是降低能源消耗，開發(fā)的新技術(shù)可以將睡眠時(shí)間延長，并定期喚醒檢測溫度（針對溫度傳感器）。

大樓自動(dòng)化

EnOcean公司創(chuàng)新性地將微型能源收集模塊與超低功耗無線技術(shù)結(jié)合，以此作為無線傳感器的基礎(chǔ)。自供電開關(guān)、傳感器和無線技術(shù)產(chǎn)品等為樓宇自動(dòng)化控制減少了安裝成本和時(shí)間，保證了最低的投資和運(yùn)營成本，同時(shí)提高了能源的使用效率。

在綠色建筑中，用戶可以根據(jù)室內(nèi)布置情況，自由地?cái)[置EnOcean產(chǎn)品，以達(dá)到最好的空間利用率和用戶體驗(yàn)。例如：安裝占用傳感器后，可自動(dòng)關(guān)閉空置房間的照明設(shè)備，節(jié)省高達(dá)40%的能源和運(yùn)營成本。這種新型的環(huán)保電源方案可以在保護(hù)環(huán)境的同時(shí)應(yīng)用于減輕企業(yè)的商業(yè)成本。

EnOcean的能源收集無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)“智能綠色建筑”的關(guān)鍵。

樓宇自動(dòng)化優(yōu)化能源使用情況，減少操作成本，并進(jìn)一步降低了企業(yè)的整體經(jīng)營成本。此外，它增強(qiáng)了安全性，提供全方位的便捷保護(hù)。

無線廣播技術(shù)是樓宇自動(dòng)化成功的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。它決定了傳感器的數(shù)量、功能和靈活性。無線電技術(shù)最大限度地降低了安裝時(shí)間，減少了系統(tǒng)成本。

無需電池的優(yōu)勢更好地實(shí)現(xiàn)了綠色樓宇自動(dòng)化。在傳統(tǒng)的依托電池的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)中，檢測、更換、回收電池大大增加了系統(tǒng)更新所需的費(fèi)用。由于無需外在電源支持，EnOcean的能量收集無線傳感器解決方案更加環(huán)保，也更加符合建筑生物學(xué)原則。

EnOcean聯(lián)盟

EnOcean聯(lián)盟是由全球多家領(lǐng)先的無源無線技術(shù)公司于2008年初創(chuàng)立。該聯(lián)盟為建筑工程建立可持續(xù)創(chuàng)新的控制解決方案，使建筑更節(jié)能、更靈活，實(shí)現(xiàn)更低的成本。EnOcean聯(lián)盟的目標(biāo)是規(guī)范并使EnOcean無線技術(shù)國際化，致力于保障OEM合作伙伴的產(chǎn)品的互操作性。EnOcean公司是EnOcean聯(lián)盟的七個(gè)發(fā)起者之一。

現(xiàn)在的EnOcean聯(lián)盟包括來自20個(gè)國家的200多家企業(yè)。聯(lián)盟成員為全球范圍內(nèi)超過20萬建筑物的樓宇自動(dòng)化系統(tǒng)提供能源無線技術(shù)，涵蓋了750多種可互操作的產(chǎn)品。聯(lián)盟公司包括通用電氣、西門子、MASCO和德克薩斯儀器公司。

http://www.enocean.com/

http://www.enocean-alliance.org/