數(shù)位化是減少建築碳排放、節(jié)省能源並提升效率，達(dá)成2050年淨(jìng)零排放目標(biāo)的關(guān)鍵因素。而物聯(lián)網(wǎng)的連線能力，則有助於加速建築物中自動(dòng)化系統(tǒng)和嵌入式技術(shù)的應(yīng)用。

在2021年，住宅和非住宅建築消耗了全球終端能源消耗的三成，並占能源總排放量的27%。數(shù)位化是減少建築碳排放、達(dá)成2050年淨(jìng)零排放目標(biāo)的關(guān)鍵因素。數(shù)位化還能讓建築物智慧化，並透過(guò)監(jiān)測(cè)、分析和控制電力、照明、暖氣或通風(fēng)系統(tǒng)，以節(jié)省能源並提升效率。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的出現(xiàn)，還有更強(qiáng)的連線能力有助於加速建築物中自動(dòng)化系統(tǒng)和嵌入式技術(shù)的應(yīng)用，其中半導(dǎo)體發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

圖1 : 數(shù)位化能讓建築物智慧化，並透過(guò)監(jiān)測(cè)、分析和控制電力、照明、暖氣或通風(fēng)系統(tǒng)，以節(jié)省能源。

科技進(jìn)步推動(dòng)智慧建築發(fā)展

將建築物變得更智慧以降低能源和維護(hù)成本的概念已存在一段時(shí)間。過(guò)去的建築管理系統(tǒng)通常只針對(duì)非常大的建築物而設(shè)計(jì)，由於建築自動(dòng)化基礎(chǔ)建設(shè)的安裝、編程和維護(hù)十分複雜且昂貴，對(duì)於小型和中型建築物和系統(tǒng)來(lái)說(shuō)成本過(guò)高。

現(xiàn)在，受益於強(qiáng)大的連線和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，加上低功耗網(wǎng)路和感測(cè)器的使用以及自動(dòng)化的進(jìn)步，已經(jīng)出現(xiàn)了更具成本效益的方法。為包括個(gè)人住宅在內(nèi)之各種規(guī)模的大樓管理系統(tǒng)，這些發(fā)展提供了可能性。

智慧建築與永續(xù)發(fā)展

智慧建築與永續(xù)性密不可分。對(duì)於暖氣、照明、通風(fēng)系統(tǒng)或家用電器有更大的控制權(quán)，使節(jié)能和減少碳排放變得更加容易。

數(shù)位技術(shù)為消費(fèi)者提供更大的控制、靈活性和透明度，幫助他們降低能源費(fèi)用。舉例來(lái)說(shuō)，使用者可以在下班前遠(yuǎn)端啟動(dòng)家中的暖氣，這意味著，相較每天同一時(shí)間啟動(dòng)暖氣，其消耗的天然氣或電力將更少。使用者還可以選擇在電價(jià)較低的時(shí)段，甚至在可能利用來(lái)自再生能源之電力的離峰時(shí)段進(jìn)行一些活動(dòng)。

半導(dǎo)體技術(shù)對(duì)於數(shù)位裝置來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，因?yàn)榭梢詭椭褂谜哒瓶啬茉词褂昧浚瑏K改變生活方式以節(jié)省能源和金錢。有許多技術(shù)可達(dá)成這個(gè)目標(biāo)，例如電表系統(tǒng)，至於其他例子包括熱量成本分配器，這些是安裝在電暖器上的小型電子裝置，能夠偵測(cè)每個(gè)電暖器的熱輸出狀態(tài)。

透過(guò)這些智慧裝置所收集到的即時(shí)數(shù)據(jù)，讓使用者、設(shè)備管理人員或公用事業(yè)公司可以瞭解能源效能不佳的原因和位置，並偵測(cè)故障。藉由這些資訊，就可以改善並減少能源損失。

家庭自動(dòng)化和物聯(lián)網(wǎng)的新通訊協(xié)定—MATTER

有望簡(jiǎn)化智慧家庭並大幅加速其普及的一個(gè)重大進(jìn)展，就是「物聯(lián)網(wǎng)通訊標(biāo)準(zhǔn)」（Matter）的誕生，這是一個(gè)智慧家庭裝置和應(yīng)用程式的通用連線標(biāo)準(zhǔn)。

家庭自動(dòng)化系統(tǒng)在不同品牌之間通常不相容。一個(gè)與亞馬遜Alexa智慧家庭相容的產(chǎn)品，可能無(wú)法與蘋果的HomeKit系統(tǒng)或Google Home相容。這對(duì)於裝置製造商以及希望使用這些設(shè)備的消費(fèi)者，帶來(lái)了顯著的挑戰(zhàn)。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，該產(chǎn)業(yè)的專家們聚集在一起打造了Matter。這個(gè)倡議涉及亞馬遜、蘋果、谷歌、三星、Zigbee聯(lián)盟和ST等公司。Matter是一個(gè)新興的開源通訊協(xié)定，利用現(xiàn)有技術(shù)（Thread、Wi-Fi、藍(lán)牙和乙太網(wǎng)路），讓所有的裝置能夠彼此通訊。因此，消費(fèi)者不再需要為每個(gè)品牌裝置購(gòu)買專用的集線器或路由器，以簡(jiǎn)化裝置和降低成本。

配合需求的操作

在辦公室等非住宅建築中，許多智慧建築利用動(dòng)作和光線感測(cè)器減少照明的能源消耗。然而，當(dāng)人們坐在辦公桌前，僅依賴動(dòng)作感測(cè)的解決方案效果不佳。意法半導(dǎo)體等公司所研發(fā)突破性的接近感測(cè)裝置，可以偵測(cè)靜止不動(dòng)的人，以及正在移動(dòng)的人，避免因?yàn)槿藗儧](méi)有移動(dòng)而燈光關(guān)閉所帶來(lái)的困擾。

除了人員占用偵測(cè)外，感測(cè)器還可以感測(cè)建築物內(nèi)部的環(huán)境條件，並且對(duì)應(yīng)地調(diào)整系統(tǒng)。透過(guò)智慧感測(cè)器，公司可以自動(dòng)控制暖氣、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)，維持理想的環(huán)境條件，並在發(fā)生故障時(shí)自動(dòng)偵測(cè)或排除故障。

意法半導(dǎo)體幫助工程師構(gòu)思和設(shè)計(jì)創(chuàng)新產(chǎn)品，使建築物和家庭更加智慧化，包括微控制器、MEMS動(dòng)作和環(huán)境感應(yīng)器，以及全系列高效能的電源和能源管理IC和無(wú)線連接解決方案。

例如，意法半導(dǎo)體所研發(fā)的STDES-BFTAG01（圖2）是一種用於家庭和建築自動(dòng)化的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，可判斷光線或環(huán)境條件，將暖氣或空調(diào)系統(tǒng)調(diào)整至最佳狀態(tài)。它不僅有助於降低系統(tǒng)能源消耗，而且是以永續(xù)的方式實(shí)現(xiàn)。整合的太陽(yáng)能電池從周圍環(huán)境中獲取能量，無(wú)需電池供電，對(duì)環(huán)境更加友善。

圖2 : STDES-BFTAG01為適用於家庭和建築自動(dòng)化的物聯(lián)網(wǎng)解決方案

數(shù)位孿生的節(jié)能潛力

在過(guò)去幾年中，物聯(lián)網(wǎng)裝置市場(chǎng)對(duì)智慧建築產(chǎn)生了重大變革。透過(guò)在微控制器、感測(cè)器和無(wú)線連接的持續(xù)創(chuàng)新，開發(fā)人員現(xiàn)在有機(jī)會(huì)在雲(yún)端中建立家庭和建築的數(shù)位孿生。與工業(yè)領(lǐng)域中已經(jīng)發(fā)生的情況類似，這也使得家庭和建築更加永續(xù)。

將辦公室和建築數(shù)位化，可以更便利地管理能源效率。一旦建置了數(shù)位孿生，就可以找出最節(jié)能和永續(xù)的自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)作和應(yīng)用方式；這不僅降低了對(duì)系統(tǒng)變更的成本，還可以讓位在不同地方的專家優(yōu)化此流程。此一技術(shù)可在未來(lái)建築與綠色目標(biāo)發(fā)揮關(guān)鍵作用。