スマートビルに欠けている技術基盤

エンジニアリングの観点からは、必要なプロセッサとソフトウェアがすでに用意されているため、建物を簡単にスマートにすることができます。エンジニアは、すべての場所に3ドルの小さなプロセッサを配置し、それらをネットワーク化することができます。これらの場所には、電灯のスイッチ、電灯のソケット、窓の上の熱カバーを動かすモーター、蓄熱タンクからラジエーターバルブに水を動かすポンプが含まれます。

次に、大型家電製品、サーモスタット、温度センサー、占有センサー、および火災検知器があります。これらのデバイスは、各部屋に流れる中央の空気を制御し、中央のHVACシステムを使用してある部屋から別の部屋に空気を移動し、太陽が輝いていないときに使用するために、ソーラーを介して蓄熱水のタンクを加熱または冷却できます。さらに、地下の60°Fの水をヒートポンプに移動し、必要に応じてスライドする壁に埋め込まれた電動サーマルウィンドウカバーを制御し、各電球の照明を調整できます。

では、何が問題なのでしょうか？

上記が発生しない理由はいくつかあります：

• 99.999％以上の信頼性と低コストでプロセッサを接続できる、受け入れられている標準的な通信システムは建物にありません。 「ファイブナイン」とは、システムが平均して年間10分以内に故障することを意味します。
• 建物内のすべてのデバイスで動作する、受け入れられている標準のオペレーティングシステム（OS）はありません。コンピューター用のWindows、iPhone用のiOS、その他のスマートフォン用のAndroidがあります。これにより、これらのコンピューティングデバイスは、さまざまなソフトウェアパッケージを調整して接続できます。ただし、スマートビルディングデバイス用に受け入れられているOSがないため、複数のスマートデバイスをプラグアンドプレイ方式で建物に統合することは困難です。

信頼性を確保する方法

物理的なウォールライトスイッチをオンにすると、スイッチと天井の電球の間の通信は、99.999％以上の時間で動作します。これはほとんど注目されない微妙な点ですが、重要です。居住者と建築業者は、一般的な建物のインフラストラクチャからの信頼性の低下を受け入れません。

無線および電力線通信の信頼性は大幅に低下し、故障率は1％から10％程度であることに注意してください。これは、不感帯、混雑したスペクトル、低い信号対雑音比、小さすぎるアンテナ、およびブロックされた信号が原因です。電力線通信では、データ信号を電源線に配置しますが、信号はヒューズボックスにルーティングしてから出力する必要があります。それは電源ケーブルに沿った大規模な動的電圧降下と混ざり合い、それが頻繁なエラーにつながります。

ここで、エンジニアが低コストのMCUを使用して建物をネットワーク化する場合、センサーとアクチュエーターを相互接続するために自動車が使用するネットワークシステムであるCANバスをサポートするワイヤーが必要です。データワイヤが誤って電源線に接続された場合に、データワイヤを損傷から保護します。

「ツリー」と呼ばれるタイプの配線トポロジがあります。これは、1本のケーブルが複数のデバイスに接続され、分岐した分岐があることを意味します。電源ケーブルと建物の形状は木の枝のように構成されているため、これをサポートするデータワイヤシステムが必要になります。これは、2つのデバイス間に1本のワイヤがあるイーサネットや、分岐のない1本のワイヤに沿って複数のデバイスがあるデイジーチェーンとは異なります。

軽いアプリケーションと重いアプリケーション

スマートビルディングの消費者は、軽いものと重いものの2つのカテゴリに分けることができます。軽いカテゴリは20W未満を消費しますが、重いユーザーはそれ以上を消費します。ライトカテゴリには、LED電球、ライトスイッチ、サーモスタット、温度センサー、占有センサー、火災検知器、窓のサーマルカバー用のモーター、カーテンとブラインド用のモーター、ダクト/通気口のダンパー用のモーター、およびラジエーターバルブが含まれます。重いカテゴリには、110/220 V _AC が含まれます 電源コンセント、HVAC、大型家電製品、およびファン。

たとえば、10WのLED電球は110V _AC で0.1Aを消費します 、そしてそれは1/200 ^番目 です 20Aのヒューズの。建物内のほとんどのデバイスは、ライトカテゴリに分類されます。コストを節約するために、エンジニアはより低い電源電圧とよりかさばらない電源ケーブルでライトデバイスを接続できます。たとえば、光は48 V _DC をルーティングする場合があります 重いアプリケーションでは従来の110 / 220V _AC を使用できますが、18awgワイヤの電源をオンにします 14awgワイヤの電源を入れます。

48 V _DC 電力には、低コストの電子機器とデータワイヤ保護が含まれます。さらに、48 V _DC 配線制限の少ない建築基準法が必要です。したがって、デバイスの大部分がより安価な48 V _DC で電力を供給されている場合 、エンジニアは節約したお金をあらゆる場所にネットワーク化されたスマートデバイスを組み込むことにリダイレクトできる可能性があります。

自動化ネットワークは、建物全体の中央の場所から接続します。出典：マンハッタン2

すべてのデバイスに共通のソフトウェア

エンジニアが低コストで信頼性の高いスマートデバイスを必要としている場合、これを行う唯一の方法は、すべてのデバイスに同じソフトウェアを配置することです。これは、世界が無料でオープンにすることに同意する唯一の方法でもあります。つまり、誰でも無料で使用および変更できます。もう1つの要件があります：品質。バグがあり、十分に文書化されていない場合、システムは十分に受け入れられません。

デバイスの相互作用を定義する既存のネットワークプロトコルがありますが、完全なスマートシステムを容易にするソフトウェアは含まれていません。そのため、工学部の学生は、UMassAmherstやBuildingBusと呼ばれる他の学校で無料のオープンなスマートデバイスオペレーティングシステムに取り組んでいます。

どのデバイスも他のデバイスにメッセージを送信できます。他のデバイス内の任意のポートを読み書きできます。他のデバイスに関する情報を含むライブラリを受け取ることができます。他のデバイスのセンサーを疑似リアルタイムで監視できます。他のデバイスにコマンドを送信できます。各デバイスは、他のすべてのデバイスで実行されているソフトウェアを認識しているため、フォールトトレランス、高い信頼性、およびプラグアンドプレイを備えながら、アクティビティを簡単に調整できます。

すべてのデバイスで同じオペレーティングシステムと信頼性の高い通信システムを使用すると、建物をよりスマートに、よりエネルギー効率を高く、低コストで実現できます。研究者はすでにこれに取り組んでいます。ただし、さまざまなイニシアチブのどれが最適なソリューションを生み出すかは明確ではありません。今後数年間で、建物をよりスマートにするためのいくつかのソリューションが登場するでしょう。

>>この記事は、もともと姉妹サイトであるEDNで公開されました。 。