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智慧建築趨勢:綠能、感測與互聯
有溫度的建築物

【作者: 王岫晨】   2014年09月01日 星期一

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在許多科幻電影的場景中,融合智慧化與科技化的未來建築,都是不可或缺的場景。而目前,許多興建中的建築物,除了訴求舒適、美觀之外,也紛紛將『智慧』的元素加入到建築物的規劃藍圖中,並且成為一種趨勢。在不久的未來,智慧建築的概念,將不再只是電影場景,而是將逐步落實到你我身邊的每一棟建築物中。


在這個年頭,所有設備都被理所當然地加入智慧的概念。不只手機要智慧、TV要智慧、家庭要智慧、電網要智慧、機器人要智慧,連建築物都要智慧。只不過,智慧建築到底是什麼?讓建築物有智慧,又要智慧到怎樣的程度才算數?


智慧家庭無疾而終?

建築物的智慧發展史,從過去所喊出的智慧家庭遠景,或許就可以找出一些端倪。早在好幾年前,市場上就已經有廠商喊出智慧家庭的口號,其用意是希望能將平常大家習以為常的網路通訊、電腦運算、感測控制等三大基本元素,進一步整合到家用建築中,讓居家環境更智慧、更舒適、更便利,也更友善。


在通訊、運算與感測三大元素結合之下,智慧家庭所有的設備不再是獨立的概念,而是全部聯網,便利操控。除了最基本的多媒體影音娛樂共享之外,連冰箱、洗衣機、電視、空調、照明等,也都能夠上網。讓家中成員能在屋內的任何一個角落,甚至是在外也能透過遠端連線,直接操控屋內的任何設備。這在某種程度上,或許也可視為是最早的萬物聯網概念。


當然,智慧家庭的願景,或許是太過前衛,而不切實際,導致半導體廠商推廣的同時,卻也受到來自消費端很大的質疑聲浪。當時最常被消費者問到的問題是:我要我的冰箱上網做什麼?我的冷氣為什麼要聯網?我的電視為什麼要有智慧?


就拿冰箱上網這件事情來看。其原先的美意,在於一旦冰箱內庫存的牛奶或雞蛋等食材即將用完,冰箱可以自行感測察覺,並上網訂購或告知消費者該補充新品了。然而這看似簡單的動作背後,卻隱藏著複雜的問題,例如每種食材包裝上都必須要有RFID電子標籤,除了增加食材成本之外,不同家電品牌的讀取器,與不同食品包裝上的電子標籤是否都能相容?因為現實生態鏈利益牽扯不清,導致這樣的場景,只能在電影畫面中看到,在現實生活中幾乎無法實現。


而相同的,冷氣聯網的美意,消費者認為根本沒有必要。而電視的智慧化,在消費者看來只是一台連接著電視螢幕的電腦罷了。就這樣,智慧家庭的概念,看似遠大,實則天馬行空。在相關廠商試圖點燃市場火花之後,卻因為消費者的不買單,宣告無疾而終。


智慧建築揭竿而起

建築物可以導入智慧化,但不能將「智慧」無限上綱。人都沒那麼聰明了,何況是冷冰冰的建築。


過去不少半導體廠商與家電業者發展智慧家庭各走各的路,產品與標準多頭馬車,不同品牌的家電方案面臨了智慧家庭難以整合的困境。智慧建築的概念,與智慧家庭在某種程度上有幾分神似,只不過捨棄了過去天馬行空與窒礙難行的部分,而加入了更為實際與實用的新構想。


觀察目前智慧建築發展的三大重要趨勢,包括綠能環保、智慧感測與萬物互聯等。智慧感測著重於將更多感測器佈建於建築物的各角落中,來獲取更多不同的數據資訊,並進行必要的控管;綠能環保則更強調讓建築物走向能源的節約與再生;萬物互聯則是透過有線與無線網路,將所有資訊統一進行智慧化分析,並做出最佳的處理方式。


1.綠能環保

綠能環保的概念,其實過去即已陸續導入建築物之中,例如屋頂太陽能板的設置就是一例。至於智慧建築則更強調綠建築(Green Building)的概念,讓建築物不只是被動的擷取能源,而是還能主動地產生能源。節能與再生同步並進,將綠能環保發揮到最大化。


智慧綠建築適合在企業大樓或工廠率先實行,不只是企業有立竿見影的推廣作用,更是因為企業通常才有足夠的資金來執行成本高昂的環保節能工作。目前全球許多知名企業紛紛以打造智慧綠建築為目標,藉以創造企業形象與展示相關的解決方案。


例如台達電將其多年來累積的工業控制和自動化技術經驗,全都發揮在該公司研發中心的綠能方案上,讓該研發中心能擁有包括燈光控制、HVAC空調(Heating、Ventilation and Air Conditioning)、水資源處理、再生能源供電系統等能力。


台達電為了達到這些綠建築功能,需投入的設備包括變頻器、主動電力回生單元、可程式控制器、人機介面、溫控器、雲端技術、室內外LED照明設備、太陽能面板、逆變器與充電樁等。當然這些能源的使用資訊,還會傳送到控制中心,將之視覺化後呈現在主控牆上,來即時加以管理所有能源的動態。


台達電表示,除了節能與產能,還要能把這些能源智慧管理,有效運用,讓能源不至於浪費。具備這種能源智慧管理的能力,才稱得上是完整的智慧綠建築能源循環系統。


此外,在部分智慧建築的設計中,還特別透過空間規劃,讓日光、雨水與涼風能自然導入建築物的環境中,來進一步降低對於能源的依賴。另外諸如能源採集等技術,也都能提供智慧建築另一個綠色能源的獲取管道。


2.智慧感測

感測器在人們的生活中早已使用得十分普遍,應用領域也十分廣泛。隨著用途不同,感測器的功能也會隨之改變。當建築物走向智慧化之際,將感測器與控制模組廣泛部署在建築物的各角落中,透過不同資訊的取得,將能進一步打造更舒適、更節能、更便利的建築環境。


觀察近年來政府與企業積極推廣的智慧建築,都屬於新建物,所有智慧化設施在建築過程中均可直接導入,但這樣的建築只佔所有建築物的3%。還有其他97%的既有建築物,若要導入智慧化,通常必須重設管線,並鑽洞破壞進行施工,實施上將窒礙難行,這也是智慧建築之所以只能是全新建築物的主因。


就智慧建築所需用到的感測節點來說,通常分為安全、節能、便利與照護等四大環節。安全性指的當然是針對個人與建物的安全警示,常見者包括各種災害警示、緊急通報、有毒氣體偵測、門禁管理等項目;節能感測則是用於實現綠建築的關鍵元件,這包括各種電器、燈光與空調的能源偵測與管理,讓無人區域或不必要的能源能夠關閉,盡可能達到能源使用的極小化與必要化;至於照護感測,能隨時進行人身定位,並偵測生理數據;便利感測則是能自行調整溫濕度、空氣品質,或在適當時間播放音樂等。


感測節點的廣泛佈建,能讓建築物獲取更多數據資料,進行分析、運算並進行最適合的處理動作,是建築物智慧化過程中,不可或缺的功臣。當然對於設計者來說,該如何選擇正確的感測器類型、數量需多少、位置又該如何安排,更成為智慧建築成敗的關鍵。


3.萬物互聯

有了綠能方案,也有了感測元件,還需要一個將這些資訊連結的神經元,物聯網所扮演的正是這樣的角色。物聯網所訴求的,是物與物之間的直接連結,不必再透過人,可以直接針對環境中的訊號進行擷取、處理、並將結果輸出執行。這樣的過程,能讓建築中的人們獲得更高的便利性。


事實上,近年來的物聯網應用,逐漸導向於透過感知來達到智慧服務的目的。而物聯網分散、多點、大範圍的數據擷取與運算,十分適合應用在智慧建築與智慧工廠等這類大型建築環境中,來滿足聰明、節能、效率、安全等需求。在萬物互聯的架構之下,類似智慧家庭的願景,將更有可能實現。


結語

人們每天生活都離不開建築物。將建築物智慧化,將為每日的工作與生活帶來更多便利與樂趣。事實上,智慧建築的概念,已經逐漸在新一代的建築設計中發酵,不論是企業廠房,或一般家居住宅,都開始強調智慧化的導入。


隨著智慧建築的發酵,建築本身將提高附加價值。未來的建築物將不在只是冷冰冰的鋼筋與水泥,而是將成為生活上的好伙伴,提供更安全、便利與節能的生活型態。



表一
表一

圖一 : 新一代的智慧建築,經常結合了綠能與環保等概念,成為綠建築的代名詞。
圖一 : 新一代的智慧建築,經常結合了綠能與環保等概念,成為綠建築的代名詞。

圖二 : 在物聯網與感測器的應用框架下,住宅將具備更高的智慧自主性。
圖二 : 在物聯網與感測器的應用框架下,住宅將具備更高的智慧自主性。
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