本文來(lái)自微信公眾號(hào)“電子發(fā)燒友網(wǎng)”，作者/黃山明。
在碳中和的方針指引下，人們生活開(kāi)始向著低碳發(fā)展。這也要求生活中的許多設(shè)備都實(shí)現(xiàn)低碳環(huán)保，對(duì)應(yīng)在智能家居領(lǐng)域中，就要求產(chǎn)品需要能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能環(huán)保的功能，這也就是目前智能家居中很重要的節(jié)能系統(tǒng)。
智能家居如何實(shí)現(xiàn)節(jié)能？
每到夏天，尤其是南方地區(qū)，炎熱的氣候會(huì)讓許多人選擇呆在室內(nèi)，因?yàn)槭覂?nèi)可以開(kāi)啟涼爽的空調(diào)。但如果是在家中的話，在空調(diào)帶來(lái)涼爽的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生一些擔(dān)憂，是否會(huì)產(chǎn)生高昂的電費(fèi)。
但智能家居之所以被冠以“智能”的名稱(chēng)，是因?yàn)槠淠軌蜥槍?duì)外部的環(huán)境做出合適的自我調(diào)節(jié)。一個(gè)顯著的例子是傳感器，在許多居民樓的樓道中，為了夜晚照亮樓梯間的道路，會(huì)安裝燈光，但如果一直亮著，或者通過(guò)固定的開(kāi)關(guān)進(jìn)行控制，難免會(huì)產(chǎn)生一些浪費(fèi)。
因此，許多樓道中為其加裝了一些聲音傳感器、光敏傳感器等，用來(lái)判斷外界是否是白天，以及是否有人經(jīng)過(guò)。
如今在智能家居中，人在傳感器與日光傳感器都被普遍使用，這些傳感器不僅能夠提升燈光的使用效率，同時(shí)還能極大地節(jié)省能源消耗。
例如很多人分不清90%和100%的燈光亮度有什么區(qū)別，但是當(dāng)全屋所有燈光都減少10%時(shí)，一年內(nèi)可以減少850磅的二氧化碳排放量，相當(dāng)于一個(gè)月不開(kāi)車(chē)。而且房子越大，有些房間就越容易忘記關(guān)燈或空調(diào)，這也導(dǎo)致能源浪費(fèi)。
智能家居培養(yǎng)人們的節(jié)約意識(shí)，與其說(shuō)是讓人想辦法培養(yǎng)環(huán)保意識(shí)，不如說(shuō)智能家居本身就具有環(huán)保意識(shí)。通過(guò)預(yù)先設(shè)置，系統(tǒng)會(huì)在夏季陽(yáng)光強(qiáng)烈時(shí)自動(dòng)關(guān)閉門(mén)窗和窗簾。不使用時(shí)，電源自動(dòng)切斷。這樣，隨時(shí)隨地就能實(shí)現(xiàn)節(jié)能。
據(jù)英國(guó)碳信托組織（CarbonTrust）數(shù)據(jù)顯示，人在傳感器的使用上可以減少30%的能源消耗，而加上日光傳感器，這一效率可以再提升40%。英國(guó)倫敦國(guó)王學(xué)院也進(jìn)行了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，在2013年，由于室內(nèi)照明安裝了傳感器，該大學(xué)的照明能源使用量減少了近90%，因此每年節(jié)省了6349英鎊（約合人民幣56530元）的電費(fèi)。
此外，智能溫控系統(tǒng)也可以有效調(diào)節(jié)家中的溫度情況，結(jié)合室內(nèi)溫度、濕度、氣流等傳感器，通過(guò)智能控制算法優(yōu)化家庭的供暖和空調(diào)系統(tǒng)。系統(tǒng)可以根據(jù)家庭成員的偏好和活動(dòng)情況，智能地控制室內(nèi)溫度，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)節(jié)能效果。據(jù)加拿大《全球新聞》數(shù)據(jù)顯示，這些功能可以幫助用戶節(jié)省15%的電費(fèi)。
同時(shí)，還可以通過(guò)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)智能化管理，使得能在涵蓋多個(gè)家庭成員的情況下進(jìn)行不同家用設(shè)備的控制、定時(shí)預(yù)約操作和自動(dòng)化智能調(diào)節(jié)，從而達(dá)到家庭能源管理的最大化效果。智能家居中，如空調(diào)、熱水器、智能電表、照明系統(tǒng)、水泵、立式空調(diào)等均可被視為對(duì)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)其能源的控制和計(jì)量，能在無(wú)形中減少不必要的電力浪費(fèi)，在無(wú)人家庭的情況下節(jié)省雜項(xiàng)開(kāi)支。
節(jié)能系統(tǒng)背后的技術(shù)
為了能夠進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，以及幫助用戶實(shí)現(xiàn)節(jié)省能源消耗的目的。除了添加傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)即時(shí)對(duì)外感知，從而控制產(chǎn)品的開(kāi)關(guān)狀態(tài)，比如不少產(chǎn)品會(huì)結(jié)合環(huán)境溫濕度情況，主動(dòng)調(diào)整空調(diào)的溫度控制曲線，提供既舒適又節(jié)能的吹風(fēng)模式。當(dāng)感知到用戶出門(mén)時(shí)，會(huì)關(guān)閉空調(diào)、新風(fēng)、智能燈等設(shè)備，避免因?yàn)橥P(guān)電器造成的浪費(fèi)。
使用較多的傳感器，如人在傳感器，原理是通過(guò)探測(cè)人體發(fā)射的紅外線來(lái)工作。人體都有恒定的體溫，一般在37度，所以會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)10μm左右的紅外線，被動(dòng)式紅外探頭就是靠探測(cè)人體發(fā)射的10μm左右的紅外線而進(jìn)行工作的。
人體發(fā)射的10μm左右的紅外線通過(guò)菲涅爾濾光片增強(qiáng)后聚集到紅外感應(yīng)源上。紅外感應(yīng)源通常采用熱釋電元件，這種元件在接收到人體紅外輻射溫度發(fā)生變化時(shí)就會(huì)失去電荷平衡，向外釋放電荷，后續(xù)電路經(jīng)檢測(cè)處理后就能產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)。
除此之外，還有不少產(chǎn)品也為了節(jié)能加入了許多針對(duì)性的技術(shù)與產(chǎn)品。在為供暖、通風(fēng)、中央空調(diào)、水處理等系統(tǒng)的節(jié)能降耗而定量定制的產(chǎn)品中，會(huì)選用當(dāng)今世界較先進(jìn)的專(zhuān)用變頻器，采用具有國(guó)際先進(jìn)水平的、較簡(jiǎn)單的可編程技術(shù)和操作方法，自動(dòng)調(diào)節(jié)水泵電機(jī)、風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，從而使系統(tǒng)始終保持在最經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行狀態(tài)，平均節(jié)電率能夠達(dá)到20-60%。
而在一些負(fù)載變化頻繁、電網(wǎng)電壓波動(dòng)較大、電源中諧波含量較高的特殊場(chǎng)合工作的電機(jī)中，會(huì)加入電機(jī)專(zhuān)用變頻器。其功能主要是采用信號(hào)采集存儲(chǔ)，實(shí)時(shí)跟蹤負(fù)荷變化，節(jié)電率可達(dá)20%以上。
為何控制變頻能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能？以調(diào)節(jié)風(fēng)量為例，通過(guò)減小風(fēng)量，可大幅減少耗電。根據(jù)流體力學(xué)，功率=壓力×流量，流量和轉(zhuǎn)速的一次方是成正比的，壓力與轉(zhuǎn)速的平方是成正比的，功率和轉(zhuǎn)速的立方成正比。
如果說(shuō)水泵效率固定的話，當(dāng)調(diào)節(jié)流量下降時(shí)，轉(zhuǎn)速就會(huì)成比例下降，輸出的功率也就成立方關(guān)系下降。所以說(shuō)，風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與電機(jī)耗電功率是近似立方比關(guān)系。
而今許多智能家居生態(tài)中還加入了大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)，通過(guò)大數(shù)據(jù)云對(duì)用戶的生活習(xí)慣和喜好進(jìn)行記憶、分析和決策，比如室內(nèi)空氣環(huán)境制冷，結(jié)合該地區(qū)用戶的使用習(xí)慣，制定到地區(qū)到月份的空氣調(diào)節(jié)方案，又比如當(dāng)檢測(cè)到冰箱溫度過(guò)低時(shí)，會(huì)通過(guò)消息推送提醒用戶。甚至還能通過(guò)云端進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，再根據(jù)設(shè)備的使用情況，自動(dòng)調(diào)整設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，從而減少能源的浪費(fèi)。
小結(jié)
隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)的智能家居系統(tǒng)將更加智能化和自主化，能夠更好地適應(yīng)用戶的需求，提供更加個(gè)性化、舒適和節(jié)能的使用環(huán)境。同時(shí)，隨著政策的推動(dòng)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，智能家居在節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用也將更加廣泛和普及，甚至成為產(chǎn)品不可或缺的重要一環(huán)。
