LPWAN及其在智能建筑中的作用

　　低功耗廣域網(wǎng)（LPWAN，Low Power Wide Area Network）技術(shù)是一種專為低功耗設(shè)備設(shè)計的遠距離無線通信技術(shù)，適用于需要小數(shù)據(jù)量、遠距離、長續(xù)航的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）應(yīng)用。在智能建筑中，LPWAN具有非常廣泛的應(yīng)用價值。

　　LPWAN技術(shù)主要包括LoRa、NB-IoT和Sigfox等類型，具有超低功耗、遠距離傳輸和良好穿透能力的特點，能夠支持大規(guī)模設(shè)備的接入，并在無需頻繁更換電池的情況下持續(xù)工作多年，極大地降低了系統(tǒng)的維護成本。這些連接解決方案提供了前所未有的實時監(jiān)控、自動控制系統(tǒng)和數(shù)據(jù)驅(qū)動決策能力，不受傳統(tǒng)建筑管理方法的限制。智能建筑技術(shù)通過可擴展、節(jié)能的連接網(wǎng)絡(luò)解決了關(guān)鍵的運營挑戰(zhàn)，例如：

　　能源浪費

　　居住者不適

　　維護效率低下

　　運營改進和成本降低

　　建筑工程師現(xiàn)在可以使用工具進行全面的環(huán)境監(jiān)測、精確的空間利用率跟蹤和精細的能耗分析。這些進步曾經(jīng)無法通過傳統(tǒng)系統(tǒng)獲得，但現(xiàn)在已成為可持續(xù)建筑設(shè)計和運營的基礎(chǔ)力量。

　　LPWAN技術(shù)的比較分析

　　LPWAN技術(shù)為特定的智能建筑應(yīng)用提供了多種連接解決方案。這些技術(shù)在范圍能力、功耗指標和數(shù)據(jù)傳輸容量方面表現(xiàn)出顯著差異，為建筑管理系統(tǒng)創(chuàng)造了一系列實施選項。

　　授權(quán)頻譜LPWAN技術(shù)在3GPP標準的蜂窩頻段上運行，提供增強的可靠性和服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證，但成本較高。

　　LTE-M(LTE Cat-M1/eMTC)是一種基于蜂窩的技術(shù)，與其他方案相比，它提供更高的數(shù)據(jù)速率和更低的延遲，支持需要實時響應(yīng)的高級應(yīng)用。LTE-M適用于需要一致數(shù)據(jù)傳輸和漫游功能的應(yīng)用。市場采用顯示，中國以外的市場份額為32%，由于與現(xiàn)有LTE網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施兼容，在北美、歐洲和澳大利亞廣泛實施。

　　NB-IoT（窄帶物聯(lián)網(wǎng)）也是一種蜂窩技術(shù)，可提供室內(nèi)穿透和連接可靠性。它在結(jié)構(gòu)障礙復(fù)雜的密集城市環(huán)境中尤其有價值。該技術(shù)在中國保持市場主導(dǎo)地位，獲得了政府的大力支持，占連接的84%，同時在歐洲市場和中東地區(qū)也得到了廣泛采用。

　　非蜂窩LPWAN技術(shù)利用未經(jīng)授權(quán)的工業(yè)、科學和醫(yī)療(ISM)頻段，提供更低的成本和獨立的專用網(wǎng)絡(luò)選項。其中包括：LoRaWAN、SigFox、Z-Wave和Z-Wave Long Range等。

　　實際應(yīng)用

　　LPWAN技術(shù)可在關(guān)鍵運營領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的樓宇自動化。有各種各樣的應(yīng)用為建筑工程師帶來了明顯的好處。

　　首先，LPWAN技術(shù)通過以下方式改變HVAC運營：

　　持續(xù)監(jiān)控能力

　　預(yù)測性維護算法

　　能源優(yōu)化控制系統(tǒng)

　　這些網(wǎng)絡(luò)提供實時環(huán)境數(shù)據(jù)，包括溫度變化、濕度水平和占用模式，允許動態(tài)調(diào)整以匹配實際使用條件。這種方法減少了不必要的能源消耗，同時通過主動維護實踐延長了設(shè)備使用壽命。

　　動態(tài)分區(qū)代表了一種特別有價值的應(yīng)用，它根據(jù)占用數(shù)據(jù)創(chuàng)建自適應(yīng)溫度控制，使建筑物能夠根據(jù)實時占用數(shù)據(jù)創(chuàng)建自適應(yīng)區(qū)域。傳感器檢測空閑區(qū)域（例如無人占用的會議室），并自動調(diào)整HVAC參數(shù)，同時在活躍使用的空間中保持最佳條件。他們的目標是消除無人占用區(qū)域的浪費，并在使用空間中建立一致的舒適度。

　　預(yù)測性維護系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)控設(shè)備性能，以在發(fā)生嚴重故障之前識別潛在故障。振動傳感器跟蹤冷卻器機組的運行特性，并在出現(xiàn)異常模式時向建筑工程師發(fā)出警報。其他傳感器監(jiān)控諸如過濾器條件之類的情況，并在需要根據(jù)實際使用情況而不是任意時間表進行更換時自動生成警報。

　　其次，LPWAN網(wǎng)絡(luò)提供一系列占用數(shù)據(jù)，可優(yōu)化空間利用率并提高建筑安全性。這些系統(tǒng)結(jié)合了來自多個傳感器輸入的數(shù)據(jù)，以創(chuàng)建準確的占用水平并觸發(fā)適當?shù)淖詣禹憫?yīng)。

　　傳統(tǒng)的運動傳感器通常無法記錄靜止的占用者，從而產(chǎn)生錯誤的空置讀數(shù)。先進的LPWAN實施將運動檢測與CO2測量和溫度監(jiān)測相結(jié)合，以確定精確的房間使用情況。這意味著，在私人和公共環(huán)境中，LPWAN傳感器可用于跟蹤辦公桌利用率，并在企業(yè)、公共和聯(lián)合辦公設(shè)施中創(chuàng)建靈活高效的空間分配計劃。

　　它們可以在高峰時段跟蹤占用情況，并為設(shè)施工程師提供可操作的數(shù)據(jù)以優(yōu)化布局配置。當移動應(yīng)用程序與這些系統(tǒng)一起部署時，它們有助于引導(dǎo)員工找到可用的工作空間，并最終有助于降低照明、暖通空調(diào)和輔助系統(tǒng)的成本。

　　LPWAN傳感器可用于跟蹤辦公桌使用情況，并在私人、公共和聯(lián)合辦公環(huán)境中提供更靈活、更高效的辦公空間。傳感器可以監(jiān)控高峰時段哪些辦公桌被占用，并向設(shè)施工程師提供數(shù)據(jù)，幫助他們優(yōu)化辦公室布局并降低房地產(chǎn)成本。同樣，支持LPWAN的系統(tǒng)可以通過移動應(yīng)用程序引導(dǎo)員工找到可用的工作空間。

　　在緊急情況下，LPWAN為疏散管理提供關(guān)鍵信息。傳感器識別被占用的建筑部分，并將這些數(shù)據(jù)實時傳輸給應(yīng)急響應(yīng)小組。

　　該系統(tǒng)將撤離人員引導(dǎo)到最安全的出口路線，減少擁堵并縮短響應(yīng)時間。額外的監(jiān)控功能可以跟蹤包括滅火器和醫(yī)療設(shè)備在內(nèi)的應(yīng)急設(shè)備，如果物品從指定位置移動，則會立即發(fā)出警報。

　　第三，LPWAN技術(shù)提供了對整個建筑系統(tǒng)的消費模式的詳細洞察。這些網(wǎng)絡(luò)在設(shè)備和區(qū)域級別提供使用數(shù)據(jù)，同時在高峰需求期間自動調(diào)整非必要系統(tǒng)。此功能可確保遵守當?shù)亍⒅莺吐?lián)邦法規(guī)以及綠色建筑認證標準。

　　分表裝置測量特定的電力、水、天然氣和熱能消耗點，識別過度使用模式并制定有針對性的干預(yù)策略。特別是擁有能源密集型設(shè)備的工業(yè)設(shè)施可從這種方法中受益。

　　借助LPWAN監(jiān)控系統(tǒng)，可再生能源整合變得更加有效。傳感器跟蹤太陽能電池板或風力渦輪機的輸出并將其與建筑物消耗進行比較，以確保有效利用可再生資源。智能電網(wǎng)實施將多余的能量存儲在電池系統(tǒng)中，以便在高需求期間釋放。