EnOcean：綠色環(huán)保節(jié)能大使

特約通訊員 王蔚斯

EnOcean公司是能量收集無線傳感器網(wǎng)絡的首創(chuàng)者，公司依托能源收集技術、傳感器和RF（射頻）通信的生產和銷售，為建筑和家庭自動化、照明、工業(yè)和環(huán)境應用提供世界領先的無線無源解決方案。EnOcean是名副其實的新時代“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)建筑也正在實施節(jié)能改造工程。

無源、無線是構建綠色節(jié)能建筑、實施綠色節(jié)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的能源開銷。無源無線技術的成功應用得益于不斷發(fā)展成熟的能量收集技術，它使我們能夠充分利用日常生活中的室內光線能量、人體活動的機械能量等為樓宇的自動控制服務，最終實現(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、電池更換等設備維護開銷。這些能源開銷的高額費用給企業(yè)帶來沉重的負擔，這也正是許多企業(yè)不斷嘗試并改進綠色節(jié)能建筑方案的原因。

新型無線傳輸技術

德國EnOcean公司推出了一種新型的無線傳輸技術，該技術與Zigbee、WiFi、Bluetooth、Z-Wave等無線技術相比最大的優(yōu)點就是功耗極低，當以1mW的發(fā)射功率工作時，可保證超過300米的傳輸距離?；诔凸牡奶匦?，該公司及其發(fā)起的EnOcean聯(lián)盟成員開發(fā)出了一系列的無線、無電池、無限制的開關產品、傳感器產品和其它與網(wǎng)絡傳輸技術銜接的網(wǎng)關產品。這些產品可以免布線、免維護地運用于綠色節(jié)能智能建筑、工業(yè)數(shù)據(jù)采集、儀器儀表等眾多領域。

本文介紹的EnOcean公司正是無線無源產品的領軍企業(yè)，同時也是能量收集無線技術的開創(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的開創(chuàng)者，已獲得該技術專利。公司總部設在德國慕尼黑附近的Oberhaching，生產和銷售用于建筑物和工業(yè)設施的免維護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，EnOcean公司及其產品合作伙伴提供的傳感器系統(tǒng)是節(jié)能建筑和創(chuàng)新產業(yè)的基礎。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20萬個建筑采用EnOcean公司的技術產品，采用無線無源技術的產品己成為新一代智能樓宇的標志和潮流。

能量收集技術的發(fā)展與改進

十幾年前，能量收集可能還僅是某個小團隊的研究課題，而如今，你能在google上找到近200萬條的關于能量收集的新聞。這種新技術與以往的技術相比，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)境保護署（EPA）報告，美國商業(yè)建筑每年的能源消耗成本在1000億美元以上，這些能源消耗產生了大約17%的溫室氣體排放量。據(jù)EPA的進一步估計，這些建筑運營消耗的能量中超過三成是浪費和不必要的。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)濟和環(huán)境的影響，在這場變革中，改良的能源利用技術無疑扮演著關鍵的角色。

BAS的大規(guī)模普及

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

使用BAS的另一個好處是能源效率的提高，例如，冷卻系統(tǒng)可以通過編程來實現(xiàn)在預定義的時間內重新設置或者關閉，無需手動翻轉開關。

無線技術應用于BAS

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

美國能源部（DOE）稱，無線控制有可能減少先進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計提供了更大的靈活性，因為它們可以被安裝、移動而無需重新布線。

EnOcean的無線無源技術

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

基于EnOcean技術的設備采用自供電系統(tǒng)，在電動過程中收集運動變換產生的能量用于實現(xiàn)設備功能，為傳感器、開關以及BAS設備提供能源。例如，在按下開關時，傳感器收集動能并將其轉化為電能。EnOcean公司總裁Jim O'Callaghan這樣解釋這個過程：我們的開關看起來和一般開關沒什么兩樣，但原理卻有很大差別。手指將開關按下時產生了足夠多的能量，這些能量將用于“喚醒”無線設備，同時將信息通過無線方式傳輸給控制中心，實現(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工作。傳統(tǒng)的無線控制系統(tǒng)設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，設備的電池壽命可能不同，因此需要專人跟蹤這些設備，定期檢查電池的壽命是否和預期相同，并安排維修。

O'Callaghan認為能量供應始終是傳感器發(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可行的。

領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、傳感器和RF（射頻）通信的生產和銷售，為建筑和家庭自動化、照明、工業(yè)和環(huán)境應用提供世界領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（樓宇自動化系統(tǒng)）開關。在無源無線模塊將可用的太陽能、熱能、動能轉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)能改造時間，有效節(jié)約成本，減少設備停機次數(shù)，并為建筑設計提供最大的靈活性。

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，因此可以與外部電源分離，獨立運作。傳感器收集和儲存來自動能、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%的建筑設施安裝成本，以及80%的方案改造成本，同時維修、布線要求和安裝時間也大大減少。

最小的能源消耗

EnOcean技術將微能量轉換器與超低功耗電子產品和可靠的無線通信技術相結合，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)應用的能源奠定基礎。

EnOcean公司的產品

這項創(chuàng)新技術是基于一個非常簡單的原理：在傳感器采集測量值時，能量狀態(tài)總是持續(xù)變換。當開關按下時，溫度改變或亮度水平參差不齊，所有這些操作可以產生足夠的能量來發(fā)射無線信號。與電源不同，EnOcean公司采用微型能量轉換器供電，包括：直線運動轉換器、太陽能電池和熱轉換器，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的各種用戶應用集成，以簡潔明了的方式提供給用戶使用。

EnOcean公司的目標是優(yōu)化能源收集技術，以達到最好的能源利用率，同時最大程度地減少產品本身的能源需求。O’Callaghan說：“我們的產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不能減小控制范圍。因此我們需要低能源消耗，但不會降低功率。這意味著我們必須減少發(fā)送時間。因此，我們的設備發(fā)送速度非常快，很短時間即可被喚醒。因為消耗時間短，所以累計能源需求較小?！?/p>

除了運動供電設備外，EnOcean公司還開發(fā)了太陽能供電設備。太陽能通常位于室外，而設備需要運作在光水平低的室內，此外，這些設備需要瞬間存儲能量以應付設備運轉在無光的情況下的耗能。所以EnOcean公司開發(fā)的太陽能供電設備是一種小型太陽能電池，即使在弱光下也能產生足夠的能源供應設備運作。這個產品的關鍵技術之一是降低能源消耗，開發(fā)的新技術可以將睡眠時間延長，并定期喚醒檢測溫度（針對溫度傳感器）。

大樓自動化

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結合，以此作為無線傳感器的基礎。自供電開關、傳感器和無線技術產品等為樓宇自動化控制減少了安裝成本和時間，保證了最低的投資和運營成本，同時提高了能源的使用效率。

在綠色建筑中，用戶可以根據(jù)室內布置情況，自由地擺置EnOcean產品，以達到最好的空間利用率和用戶體驗。例如：安裝占用傳感器后，可自動關閉空置房間的照明設備，節(jié)省高達40%的能源和運營成本。這種新型的環(huán)保電源方案可以在保護環(huán)境的同時應用于減輕企業(yè)的商業(yè)成本。

EnOcean的能源收集無線傳感器網(wǎng)絡是實現(xiàn)“智能綠色建筑”的關鍵。

樓宇自動化優(yōu)化能源使用情況，減少操作成本，并進一步降低了企業(yè)的整體經(jīng)營成本。此外，它增強了安全性，提供全方位的便捷保護。

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

無需電池的優(yōu)勢更好地實現(xiàn)了綠色樓宇自動化。在傳統(tǒng)的依托電池的樓宇自動化系統(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原則。

EnOcean聯(lián)盟

EnOcean聯(lián)盟是由全球多家領先的無源無線技術公司于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，實現(xiàn)更低的成本。EnOcean聯(lián)盟的目標是規(guī)范并使EnOcean無線技術國際化，致力于保障OEM合作伙伴的產品的互操作性。EnOcean公司是EnOcean聯(lián)盟的七個發(fā)起者之一。

現(xiàn)在的EnOcean聯(lián)盟包括來自20個國家的200多家企業(yè)。聯(lián)盟成員為全球范圍內超過20萬建筑物的樓宇自動化系統(tǒng)提供能源無線技術，涵蓋了750多種可互操作的產品。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/