隨著人口不斷增長、城市化進(jìn)程加快，以及氣候變化成為人們首要關(guān)注的問題，對節(jié)能建筑的需求不斷增加，對智能建筑的需求也在不斷增加。僅在美國，商業(yè)建筑消耗的能源占美國總能源的19% 以上。HVAC系統(tǒng)占能源使用量的27%，照明占31%，因此最大限度地減少商業(yè)建筑的能源使用量可以產(chǎn)生很大的影響。
在美國，商業(yè)建筑消耗的能源占總能源的 19% 以上，因此最大限度地減少商業(yè)建筑的能源使用量可以產(chǎn)生很大的影響。
新建和改造項(xiàng)目都可以通過實(shí)施“智能”技術(shù)來節(jié)省能源。其中一項(xiàng)技術(shù)是占用傳感器。占用傳感器越來越多地用于節(jié)省照明和暖通空調(diào)系統(tǒng)的能源，并提高居住者的舒適度。而且它們也易于安裝、使用和維護(hù)。
但如何使用占用傳感器來節(jié)省能源呢？它們的實(shí)際影響是什么？將它們納入獨(dú)特的建筑或項(xiàng)目中值得嗎？接下來我們將詳細(xì)探討占用傳感器是什么、它們的優(yōu)點(diǎn)、缺點(diǎn)或安全問題、它們節(jié)省了多少能源以及它們實(shí)際上如何節(jié)省能源。
什么是占用傳感器？
占用傳感器(也稱為運(yùn)動傳感器、存在傳感器或空置傳感器)是監(jiān)視物理空間以確定該空間中是否有人的傳感器。其中一些還具有人數(shù)統(tǒng)計功能(計數(shù)傳感器和運(yùn)動傳感器)。占用傳感器可以連接到建筑系統(tǒng)，并根據(jù)空間中是否有人來打開或關(guān)閉照明或暖通空調(diào)(HVAC)。如果愿意的話，照明也可以根據(jù)占用情況進(jìn)行調(diào)暗(取決于燈是否可調(diào)光)。
例如，所謂的兩級調(diào)光在停車場非常流行，因?yàn)樵谶@樣的空間中完全關(guān)閉燈光并不理想，但調(diào)光仍然可以幫助停車場節(jié)省能源。本質(zhì)上，兩級調(diào)光是指默認(rèn)情況下將燈光設(shè)置為低亮度，但當(dāng)檢測到運(yùn)動時，空間中燈光的亮度會增加。
占用傳感器不僅用于檢測建筑系統(tǒng)是否應(yīng)打開、關(guān)閉或調(diào)節(jié)，還用于數(shù)據(jù)收集。當(dāng)占用傳感器收集數(shù)據(jù)時，如果這些數(shù)據(jù)得到正確利用，它也可以用來幫助人們提高生產(chǎn)力和效率。例如，占用傳感器數(shù)據(jù)可用于根據(jù)空間的使用頻率創(chuàng)建清潔時間表。這樣，每天使用的房間(如浴室)就會得到更頻繁、更徹底的清潔，而幾乎不使用的空間則可以減少清潔頻率(如請假員工的辦公室)。
占用傳感器可以在新建和改造項(xiàng)目中實(shí)施，以向照明和暖通空調(diào)系統(tǒng)添加自動化等智能功能。
人們可能會認(rèn)為只有新的建筑項(xiàng)目才能成為智能建筑，但事實(shí)并非如此。占用傳感器可以輕松地在新建和改造項(xiàng)目中實(shí)施，以向照明和 HVAC 系統(tǒng)添加自動化等智能功能。這是個好消息，因?yàn)楦脑飕F(xiàn)有建筑物比拆除和更換建筑物更具成本效益且可持續(xù)。
占用傳感器的類型：不同占用傳感器的工作原理
市場上有多種不同類型的占用傳感器，具體選擇的類型取決于我們想要實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。
被動紅外 (PIR)傳感器
這是最常見的占用傳感器類型，原因是其檢測存在的簡單性和匿名(且安全)方法。它是一種“被動”傳感器，通過檢測溫暖物體(如人或動物)何時進(jìn)入其檢查來監(jiān)控空間占用情況。這些傳感器還可用于生成匿名熱圖。不過，當(dāng) PIR 傳感器被玻璃墻等障礙物阻擋時，它們將無法工作。
這些“主動”(而不是被動)傳感器會發(fā)出人類和動物聽不到的高頻聲音，并且它們有一個麥克風(fēng)來檢測回聲。根據(jù)反射聲音到達(dá)麥克風(fēng)所需的時間，傳感器可以判斷是否有人在其“視野”中移動。超聲波傳感器可以比 PIR 傳感器覆蓋更大的區(qū)域，但它們也更敏感，因此它們經(jīng)常會被風(fēng)或通風(fēng)變化等因素錯誤地觸發(fā)。
微波傳感器
微波傳感器比 PIR 傳感器有幾個優(yōu)點(diǎn)：它們在所有溫度下都能一致地檢測運(yùn)動，并且覆蓋范圍為 360 度(而 PIR 傳感器通常覆蓋范圍為 90 度)。然而，由于它們可以穿過墻壁感知運(yùn)動，因此它們可能過于敏感，無法在較小的室內(nèi)空間中準(zhǔn)確使用。微波傳感器通過發(fā)射微波信號來工作(但不用擔(dān)心，它們是完全安全的)，因此它們被認(rèn)為是“主動”傳感器。它們通過測量信號反射回傳感器所需的時間(稱為回波時間)來感知運(yùn)動。這與超聲波傳感器的工作方式類似，但微波傳感器不使用聲波，而是使用電磁波。
聲學(xué)傳感器是另一種類型的傳感器，但它們不經(jīng)常使用，因?yàn)樗鼈円踩菀渍`觸發(fā)。它們通過監(jiān)視聲音(例如鍵盤輸入)來檢測空間中的人員，但它們通常會被背景噪音干擾，例如救護(hù)車在建筑物外行駛。一些傳感器是“混合”傳感器，這意味著它們使用多種類型的檢測技術(shù)。大多數(shù)此類傳感器依賴于至少兩種類型的檢測來確定空間是否被占用，但它們只需要確認(rèn)一種類型的檢測即可保持燈“打開”。
選擇有線還是無線占用傳感器
傳感器也可以是有線的或無線的。有線傳感器被認(rèn)為比無線傳感器更快、更可靠，因?yàn)橛芯€傳感器不受距離或無線干擾的影響。這有助于提高數(shù)據(jù)收集的速度和一致性。然而，它們也更昂貴且安裝復(fù)雜。有線傳感器的成本可能會上升，具體取決于將其連接到建筑系統(tǒng)(如照明或暖通空調(diào))所需的電線數(shù)量。此外，聘請合格的專業(yè)人員將它們連接到建筑物中的成本也可能很高。
另一方面，無線傳感器的電池需要定期更換，但無線設(shè)備技術(shù)的進(jìn)步使得大多數(shù)傳感器的電池壽命達(dá)到 10 年以上。無線傳感器的主要優(yōu)點(diǎn)是安裝成本非常低，安裝就像剝離并粘貼在墻壁或天花板上一樣簡單，然后對傳感器進(jìn)行遠(yuǎn)程編程，將其與照明或 HVAC 系統(tǒng)分組。
占用傳感器的應(yīng)用：節(jié)省能源并提高生產(chǎn)力
占用感應(yīng)可以節(jié)省能源，但在商業(yè)建筑中安裝占用傳感器還有許多其他好處。我們的社會正在擺脫大流行的影響，人們開始返回辦公室，所以現(xiàn)在是時候更好地了解我們的物理空間是如何使用的了。占用傳感器可以通過收集建筑物、房間和辦公桌利用率的數(shù)據(jù)來幫助我們做到這一點(diǎn)。可以分析這些數(shù)據(jù)以形成智能清潔時間表、適合生產(chǎn)力的辦公室布局等。
應(yīng)用一：節(jié)能
在 2011 年的一項(xiàng)研究中，美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室發(fā)布了對商業(yè)建筑照明控制節(jié)能的薈萃分析，發(fā)現(xiàn)占用感應(yīng)在照明應(yīng)用中可節(jié)省約 24% 的能源。占用傳感器還有助于保持商業(yè)建筑中照明和 HVAC 系統(tǒng)的能耗符合能源法規(guī)；“大多數(shù)商業(yè)建筑能源法規(guī)要求在不使用時關(guān)閉或減少照明”。占用感應(yīng)可以通過幾種不同的方法來節(jié)省能源；包括通過需求控制的通風(fēng)和照明。
需求控制通風(fēng) (DCV)由占用傳感器支持。HVAC 系統(tǒng)的規(guī)模是根據(jù)空間中的最大居住人數(shù)來確定的，但當(dāng)空間尚未達(dá)到其最大容量時，就不需要這種最大的性能，這就是 DCV 的用武之地。通過使用占用傳感器和人數(shù)統(tǒng)計傳感器，可以收集有關(guān)空間使用情況的實(shí)時數(shù)據(jù)，并使 HVAC 系統(tǒng)自動化，使其僅在提供適當(dāng)通風(fēng)和理想溫度所需的情況下工作。
室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量 (IEQ) 傳感器使 DCV 變得更好，它可以收集與空間的室內(nèi)環(huán)境和空氣質(zhì)量相關(guān)的溫度和其他參數(shù)的數(shù)據(jù)。例如，在封閉空間內(nèi)舉行的大型聚會可能會變得非常溫暖。如果利用 IEQ 傳感器來感測溫度，則該數(shù)據(jù)可用于自動增強(qiáng)空間內(nèi)的通風(fēng)和空調(diào)，使其恢復(fù)到理想溫度。這如何與占用傳感器配合使用？可以通過自動化系統(tǒng)根據(jù)占用情況進(jìn)行 HVAC 控制，以在空間內(nèi)人員較多時增強(qiáng)通風(fēng)和空調(diào)，反之亦然。
事實(shí)上， 通過根據(jù)實(shí)際占用情況調(diào)整建筑物的通風(fēng)，每年可以減少 10% 至 40% 的能源成本。需求控制照明的工作原理相同；當(dāng)空間被占用時，照明可以自動打開，當(dāng)空間中不再檢測到有人時，照明可以自動關(guān)閉。
由于占用傳感器可以節(jié)省能源，其實(shí)施可為LEED認(rèn)證提加分，并且可以通過 DCV 獲得更多積分。
占用傳感器不僅可以提高照明和暖通空調(diào)系統(tǒng)的效率，還可以幫助提高人們的工作效率。接下來讓我們深入探討一下。
應(yīng)用二：改善居住者、租戶或員工體驗(yàn)
到目前為止，我們已經(jīng)介紹了占用傳感器如何用于檢測何時以及控制照明和通風(fēng)。下一個層次是利用他們的數(shù)據(jù)收集功能來使空間的占用者受益。
想象一下：企業(yè)的員工在大流行后開始返回辦公室，雇主已經(jīng)做好準(zhǔn)備，在整個樓層分布了一些匿名、安全的占用傳感器，希望了解人們?nèi)绾沃庇^地使用辦公室。通過這樣做，可以相應(yīng)地調(diào)整辦公室和會議室，并將辦公桌和會議調(diào)整到對員工來說更舒適的位置。我們知道，人們越舒適，他們受到的干擾就越少，他們的工作效率就會提高。那么，這是如何運(yùn)作的呢？
PIR 占用傳感器可以收集匿名、安全的數(shù)據(jù)，并將其發(fā)送到數(shù)字孿生(建筑經(jīng)理可以查看可視化的占用數(shù)據(jù)、趨勢，甚至人工智能技術(shù)生成的潛在可行見解。然后，這些信息可用于優(yōu)化建筑物的布局)空間以提高生產(chǎn)力，并提供會議室和辦公桌的實(shí)時可用性數(shù)據(jù)。
通過可用性數(shù)據(jù)，員工可以了解哪些房間、辦公桌等已占用和空閑，以方便使用。使用此類占用數(shù)據(jù)可以改善會議體驗(yàn)人們在空間中工作或生活，還可以幫助識別建筑物的哪些部分不舒服，并且可以通過 DCV 進(jìn)行優(yōu)化并總體改善室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量。
大多數(shù)建筑物都根據(jù)一致的日期或時間設(shè)定清潔時間表。這些清潔計劃很簡單，但通常效率低下。清潔時間表通常是根據(jù)建筑物一年中最繁忙的一天(即建筑物最需要清潔的時間)來制定的。按照這個時間表，當(dāng)清潔工每天或每周清潔時，他們會清潔每個房間，就像這是一年中最繁忙的一天一樣。
動態(tài)清潔計劃就像按需控制的通風(fēng)或照明，但用于清潔。使用占用傳感器，人們可以根據(jù)是否需要清潔特定房間或樓層來制定建筑物的清潔計劃。例如，浴室是人流量大的房間，有時很難保持衛(wèi)生和原始。如果在浴室中使用匿名、安全的占用傳感器，則可以收集有關(guān)浴室一天中最繁忙時間的數(shù)據(jù)，并可以在該時間之后直接安排清潔工作。使用這樣的動態(tài)時間表是保持浴室清潔并最大程度地減少住戶投訴的更有效方法。
使用占用數(shù)據(jù)
如果確實(shí)認(rèn)為占用傳感器可以使管理的建筑物受益，那么需要主要的主要事情是，沒有可操作見解的原始數(shù)據(jù)對大多數(shù)人來說是毫無用處的。占用傳感器非常適合收集數(shù)據(jù)，但除此之外，人們還需要一種方法來監(jiān)控數(shù)據(jù)、查看可視化趨勢(以熱圖、圖表等形式)，并從該數(shù)據(jù)中獲得可操作的見解。通過將占用傳感器連接到云應(yīng)用(最好與數(shù)字孿生集成)，數(shù)據(jù)可以通過無線網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)綉?yīng)用程序，然后使用應(yīng)用程序上的軟件進(jìn)行分析和解釋。
云應(yīng)用會進(jìn)行分析，是指集成軟件會查看傳感器數(shù)據(jù)點(diǎn)之間的相關(guān)性、因果關(guān)系和趨勢，并可以根據(jù)這些趨勢生成可操作的見解。例如，如果確定會議室的人流量很大(可能有 10 人或更多人，具體取決于軟件如何定義“人流量大”)，則應(yīng)用程序可以通知用戶房間需要清潔，或者帳戶在生成動態(tài)清潔計劃時最繁忙的日子和時間。
通過使用占用傳感器來真實(shí)了解空間的使用情況，從而可以提高能源使用、辦公室布局和清潔計劃的效率。例如，當(dāng)清潔計劃變得更加高效時，可以更有效地利用維護(hù)和清潔人員的時間。動態(tài)清潔計劃還將讓居住者更加舒適，并且按需控制的照明和暖通空調(diào)系統(tǒng)可以節(jié)省能源。
