英飞凌传感器让楼宇变得更智慧、更环保、更节能

2020-09-22来源: eefocus关键字:英飞凌  工业4  智能楼宇  传感器

未来,越来越多的人将生活在城市。据联合国预测,到 2022 年,全球 56%的人口将是城市居民;到 2050 年,这一数字将上升至 68%。这意味着我们必须更高效地利用现有资源,同时必须减少总体能源消耗和二氧化碳排放。

 

楼宇可以在解决这一挑战中发挥决定性作用。仅在欧盟,能源消耗的 40%,和二氧化碳排放中的 36%都是因建筑物而引起的。而根据评估,欧盟既有建筑存量的 75%都存在能源利用效率低下的问题。这显然预示着建筑物能效还有巨大的改进空间。

 

于是,欧盟已对其《建筑能效指令》中的一系列规则要求进行修订并达成一致,其中要求欧盟成员国批准实行旨在提高建筑行业能效的国家政策。

 

该指令特别指出,智能楼宇技术对于达成提高能效目标是关键性的元素。已在工业 4.0 中证明其优势的智能传感器技术,如今正被用于实现楼宇自动化。智能楼宇自动化和控制系统可以通过传感器采集的数据信息来显著地提高建筑运营效率。一套能显示建筑物智能化改造条件的指标也在建立当中。这套指标可用于评估建筑物利用新技术和电子系统来减少能源消耗和排放,并适应居住者需求的能力。

 

能效提高并非智能楼宇所能带来的唯一益处。智能化安装的传感器和执行器可以持续监测和调整空气质量及照明设置,从而保证最佳工作环境,提高生产效率,并最大限度地提高居住舒适度。

 

位于阿姆斯特丹的“The Edge”写字楼是智能技术如何削减建筑运营成本并提高生产效率的最好例证。这座 4 万平米的办公大楼配备了大约 2.8 万颗传感器,使得楼宇管理系统(BMS)能够收集湿度、温度和亮度等关键参数的信息。BMS 再根据这些参数的变化自动触发建筑运行状况的调整,从而确保暖通空调(HVAC)系统、照明系统和其他各类系统能尽可能高效地运行。因此,“The Edge”办公楼的耗电量比传统办公楼降低 70%,成为了世界上最节能的智能楼宇之一。

 

虽然“The Edge”项目如今还比较罕见,但智能楼宇市场无疑正处于不断上升的态势。根据最近的市场研究和预测,到 2022 年,智能建筑设备市场将以 16%的复合平均增长率(CAGR)达到翻一番的目标。

 

图 1:智能楼宇涵盖的要素

 

智能楼宇:让楼宇更智慧、更环保、更节能

 

图 2:智能楼宇的智能化水平

 

何为智能楼宇?

智能楼宇不同于智能家居,专指办公大楼、购物中心和酒店等非住宅建筑。这些建筑物中的设备都连有传感器,可以提供深入的消耗信息,并自动作出优化运营的决策。

 

英飞凌公司计划在今年德国法兰克福国际灯光照明及建筑技术及设备展上展出的智能筒灯就是最好的例子。该筒灯将电力与传感器解决方案相结合,可供楼宇管理者充分地掌控楼宇运行状况。在该系统中,XDPL8221 数字控制芯片可监控 LED 驱动侧的相关出错情况,如欠压、过压、负载开路或输出短路等。24GHz 雷达传感器可探测建筑物内是否有人,并统计有多少人,从而使得系统能在没人时把灯光调暗以节约用电。传感器还可将这些数据发送给 BMS 系统和楼宇管理者,以便进行进一步的分析和优化。

 

继“感测、计算、驱动”这一套较为抽象的动作之后,一系列联网传感器将收集环境信息,以及与楼宇运行和使用情况有关的数据。这些信息既可在边缘(边缘计算)处进行处理,也可发送到在本地或云端运行的中央 BMS 系统。这些信息再被用于触发自动操作,以便对建筑物内的 HVAC 系统、照明系统、百叶窗和许多其他设备作出调整。

 

通过利用传感器、执行器和控制器在不同子系统之间建立交叉互联,建筑物即可实现“智能化”(图 1)。如果把互联比作智能楼宇的骨架,那么实际设备和控制装置则相当于建筑物的肌肉和大脑。

 

智能组件之间的这种交互,使得能够根据室内空气质量(IAQ)和室内二氧化碳浓度来控制通风系统(举例)。照明系统也可根据是否有人存在及室内亮度等附加因素予以自动调整。这样可以显著降低能源消耗,同时提高使用者的舒适度和幸福感。

 

智能楼宇可以分为三个级别(图 2):

 

  • 入门级,即建筑物的各个子系统与楼宇管理系统之间只有基本的连接;

 

  • 中间级,即能够对多个集成的子系统进行综合地管理和控制,包括基于传感器的数据收集;

 

  • 全面级,即能够通过不同子系统之间的智能化协调行动对所有子系统进行全面地管理和控制。

 

毋庸置疑的是,如今的建筑不可能一夜之间就达到全面级智能化水平。相反,它需要我们每天一小步的积累和进步。接下来,我们将以以太网供电(PoE)和状态监测作为两个例子,来讲述如何能让建筑物的智能化水平上升一个层次。

 

智能楼宇:让楼宇更智慧、更环保、更节能

示例 1:POE 作为互联系统的中枢

楼宇能实现智能化的关键在于,子系统与 BMS 之间能够进行大带宽和大批量的数据传输。因此,具备得力而可靠的信息通信技术(ICT)基础设施,对于任何智能楼宇都具有最为核心的意义。

 

基于网际互连协议(IP)的网络连接在工业和住宅领域的应用已经相当成熟。它易于安装和维护,能完美地配合现有平台,并且能用硬件和软件实现。但以太网有一个缺点,即连接以太网的设备,仍然需要通过单独的电缆来从电网获取电能。

 

随着 IEEE 颁布第一代针对 1 类和 2 类设备的以太网供电标准,IP 电话和会议系统等低功率设备的这一挑战已被攻克。借助 PoE,供电设备(PSE)——如 PoE 交换机——能够通过双绞线以太网电缆为所连接的许多受电设备(PD)提供电能和连接。这使得只需要建立一个物理连接——即以太网套接字(socket),而该物理连接完全可由 IT 专家独立完成。这种方法还可减少布线工作及简化设备管理,从而降低安装和运营成本。

 

直到最近,PoE 技术都只能为 30 W 以下的设备供电,这阻碍了它的广泛应用。随着 IEEE 于 2018 年 9 月颁布 802.3bt 标准,3 类和 4 类 PoE 设备能够使用所有四对双绞线以太网电缆,使得每个端口的可用功率提高到 100 W。这为 PoE 打开了较大功率的应用之门,比如,通过 PoE 供电的 5G 小基站、LED 灯具、大功率 Wi-Fi 接入点和公共广播(PA)系统等。

 

该修订版标准还涉及到整体能效,即,降低了待机功耗,并推出了一项协议,用于按照功率等级以更细化的方式管理可用功率。但这些规定又对 PoE 设备的开关电源(SMPS)设计提出了新的挑战。

 

首先,为能完全地支持最新标准,必须给 PSE 侧的 PoE 交换机增加最高 100 W/ 端口的功率预算。而为了避免需要增大 SMPS 的外形尺寸, SMPS 的功率密度必须予以提高。这意味着在 PSE 设计中,主 SMPS 必须满足效率、功率密度和可靠性这些关键要求。

 

其次,需要有合适的半导体解决方案来与相应的 SMPS 拓扑结构相匹配(比如反激有源钳位【ACF】或 LLC)。选择高效且可靠的解决方案——如英飞凌的超结 CoolMOS™ MOSFET,可以最大限度地提高可用功率,并延长设备寿命。由于它们的高效率,能耗也可降低。

 

效率、成本效益和功率密度对于 PD 的隔离型 DC/DC SMPS 转换级都有着至关重要的作用。通过提高 SMPS 的整体效率而节省的每一瓦电能都能被 PD 本身所利用。

 

当与可靠且高效的半导体解决方案(如英飞凌用于 PD 侧 SMPS 系统的 OptiMOS™和 StrongIRFET™产品系列,或用于 PSE 侧 SMPS 系统的 CoolMOS™产品系列)相结合时,PoE 在为智能楼宇建设可靠的 ICT 基础设施时可以扮演非常关键的角色。它还可创造额外的成本节省机会。

 

图 3:PD 利用原本只能用于 LED 照明等特定应用的通用隔离型 DC/DC 转换器解决方案(上图)进行供电。PSE 需要高效的 PFC 和采用隔离型拓扑结构的低损耗开关(下图)。

 

示例 2:状态监测

电梯和空调等设备和系统故障会对大楼的正常运行造成严重干扰和破坏。在互联互通的智能楼宇中,即使很小的问题也可能给建筑物的运行造成巨大干扰。因此,楼宇管理者正迫切地寻找各种方法来监控已安装设备的状况,并有效地预测故障以防故障发生。

 

传感器在设备状态监测中起着决定性的作用。安装在设备内部或外部的传感器,可以收集反映设备运行状况的各种参数的数据。例如,在 HVAC 设备中使用气压传感器进行气流监测,在电机驱动器中使用电流传感器进行电流测量,以及使用微机电系统(MEMS)麦克风进行声音异常和振动测量。这些传感器可以实时地检测出偏离预定最佳状态的状况。

 

继实施状态监测之后,接下来最合理的做法是实施预测性维护。通过预测性维护,可以估计设备何时最有可能发生故障,从而及时进行主动维护。

 

这一趋势在今年佛罗里达州奥兰多的 AHR 展会(美国国际暖通空调及制冷设备展)上表现得很明显,并有可能成为法兰克福展会的焦点。

 

在明确这一趋势之后,英飞凌将在法兰克福展会

[1] [2]
关键字:英飞凌  工业4  智能楼宇  传感器 编辑:什么鱼 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/qrs/ic511173.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:霍尼韦尔在华新建生产线加速投资智能仓储业务
下一篇:燧原科技宣布“云燧T10”实现商用

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

英飞凌推出 Traveo™ II 车身微控制器系列,适用于新一代汽车电子系统
动力传动系统电气化和高级驾驶辅助系统(ADAS)推动着驾驶方式变革,不断提升汽车舒适性及其他车身功能的丰富性和复杂程度。针对这一挑战,英飞凌科技股份公司近日宣布,面向整个市场推出 Traveo™ II 车身微控制器系列。该产品系列适用于各类汽车应用,包括车身控制模块、车门、车窗、天窗和座椅控制单元,以及车内智能手机终端和无线充电单元。Traveo™ II 系列由赛普拉斯半导体公司研发,该公司此前被英飞凌科技股份公司所收购。 英飞凌高级副总裁兼汽车微控制器业务总经理 Peter Schaefer 表示:“英飞凌和赛普拉斯的强强联合,催生出了业内最全面的汽车微控制器产品组合。英飞凌的 AURIX 安全控制器产品组合
发表于 2020-10-15
<font color='red'>英飞凌</font>推出 Traveo™ II 车身微控制器系列,适用于新一代汽车电子系统
英飞凌Traveo II车身微控制器,为新兴汽车应用提供全面服务
动力传动系统电气化和高级驾驶辅助系统(ADAS)推动着驾驶方式变革,不断提升汽车舒适性及其他车身功能的丰富性和复杂程度。针对这一挑战,英飞凌科技股份公司近日宣布,面向整个市场推出 Traveo™ II 车身微控制器系列。该产品系列适用于各类汽车应用,包括车身控制模块、车门、车窗、天窗和座椅控制单元,以及车内智能手机终端和无线充电单元。Traveo™ II系列由赛普拉斯半导体公司研发,该公司此前被英飞凌科技股份公司所收购。 英飞凌高级副总裁兼汽车微控制器业务总经理 Peter Schaefer 表示:“英飞凌和赛普拉斯的强强联合,催生出了业内最全面的汽车微控制器产品组合。英飞凌的 AURIX 安全控制器产品组合,加上赛普拉斯
发表于 2020-10-14
<font color='red'>英飞凌</font>Traveo II车身微控制器,为新兴汽车应用提供全面服务
英飞凌650 V CoolMOS™ CFD7兼具更高效率,更高功率密度
在工业应用 SMPS 的设计上,最新的技术趋势会将高效率、高功率密度及总线电压上升的需求作整体考虑,也因此触发了对 650V击穿电压功率器件的需求。英飞凌科技股份有限公司 (FSE:IFX/OTCQX:IFNNY) 旗下 650 V CoolMOS™ CFD7 产品系列即可满足上述需求。此器件适用于软切换应用的谐振拓扑,例如通信电源、服务器、太阳能和非车载的电动车充电。 新款 650 V器件扩展了声誉卓越的 CoolMOS CFD7 系列的电压范围,且为 CoolMOS CFD2 的后继产品
发表于 2020-10-09
<font color='red'>英飞凌</font>650 V CoolMOS™ CFD7兼具更高效率,更高功率密度
英飞凌TRENCHSTOP IGBT7技术,可有效降低静态损耗
继推出采用EconoDUAL™3和Easy封装的TRENCHSTOP IGBT7技术之后,英飞凌科技股份公司(FSE: IFX / OTCQX: IFNNY)近日又推出业界领先的、基于分立式封装,即采用电压为650 V的TO-247封装的TRENCHSTOP IGBT7技术。全新TRENCHSTOP产品系列由20 A、30 A、40 A、50 A和75 A这些电流等级组成。它既能用于取代前代技术,也能与前代技术并行使用。该版本的IGBT7尤其适用于工业电机驱动、功率因数校正、光伏发电和不间断电源等应用。 由于采用新型微沟槽技术,TRENCHSTOP IGBT7芯片的静态损耗大大降低。在相同的电流等级下
发表于 2020-09-29
英飞凌 CoolSiC技术助力光宝科技交换式电源供应器效率倍增
,在 50% 负载条件下,115 V 输入电压需达到 94% 效率,另在 230 V 电压下则需达到 96% 效率。领先业界的台湾电源供应器制造商光宝科技股份有限公司通过采用英飞凌科技 (FSE:IFX/OTCQX:IFNNY) 的 CoolSiC™ MOSFET 650 V达到了此项要求。 光宝科技管理层坚信,碳化硅 (SiC) 已成为太阳能逆变器等应用的主流。该公司与英飞凌的合作,成功展现碳化硅技术应用在服务器电源供应器市场也是如此。CoolSiC 技术是这项
发表于 2020-09-28
<font color='red'>英飞凌</font> CoolSiC技术助力光宝科技交换式电源供应器效率倍增
英飞凌:申请华为供货许可工作正进行
美国对华为的一纸禁令,使得9月15日之后,在未经许可的情况下,基于美国软件和技术的产品不能用以制造或开发任何华为子公司(实体名单内)所生产、购买或订购的零部件、组件或设备。这也就意味着,包括台积电、高通、三星及SK海力士、美光等将不再供应芯片给华为。为了能够继续供货给华为,许多厂商开始申请对华为的供货许可。近日,美国公司英特尔和AMD方面均表示,已经获得向华为供货许可。据日经亚洲评论报道,到目前为止,还没有任何非美国供应商表示他们是否已获得批准供货给华为的许可。欧洲最大的芯片制造商英飞凌告诉《日经亚洲评论》,该公司认真遵守法规,并为响应新法规而制定了更新程序。英飞凌表示:“作为这些过程的一部分,与其它厂商一样,我们正进行申请供货
发表于 2020-09-24
何立民专栏 单片机及嵌入式宝典

北京航空航天大学教授,20余年来致力于单片机与嵌入式系统推广工作。

换一换 更多 相关热搜器件
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2020 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved