占用传感器在商业建筑中的应用

随着人口不断增长、城市化进程加快，以及气候变化成为人们首要关注的问题，对节能建筑的需求不断增加，对智能建筑的需求也在不断增加。仅在美国，商业建筑消耗的能源占美国总能源的19% 以上。HVAC系统占能源使用量的27%，照明占31%，因此最大限度地减少商业建筑的能源使用量可以产生很大的影响。

‍新建和改造项目都可以通过实施“智能”技术来节省能源。其中一项技术是占用传感器。占用传感器越来越多地用于节省照明和暖通空调系统的能源，并提高居住者的舒适度。而且它们也易于安装、使用和维护。

(资料图片)

但如何使用占用传感器来节省能源呢？它们的实际影响是什么？将它们纳入独特的建筑或项目中值得吗？接下来我们将详细探讨占用传感器是什么、它们的优点、缺点或安全问题、它们节省了多少能源以及它们实际上如何节省能源。

‍ 什么是占用传感器？

占用传感器（也称为运动传感器、存在传感器或空置传感器）是监视物理空间以确定该空间中是否有人的传感器。其中一些还具有人数统计功能（计数传感器和运动传感器）。占用传感器可以连接到建筑系统，并根据空间中是否有人来打开或关闭照明或暖通空调（HVAC）。如果愿意的话，照明也可以根据占用情况进行调暗（取决于灯是否可调光）。

例如，所谓的两级调光在停车场非常流行，因为在这样的空间中完全关闭灯光并不理想，但调光仍然可以帮助停车场节省能源。本质上，两级调光是指默认情况下将灯光设置为低亮度，但当检测到运动时，空间中灯光的亮度会增加。

占用传感器不仅用于检测建筑系统是否应打开、关闭或调节，还用于数据收集。当占用传感器收集数据时，如果这些数据得到正确利用，它也可以用来帮助人们提高生产力和效率。例如，占用传感器数据可用于根据空间的使用频率创建清洁时间表。这样，每天使用的房间（如浴室）就会得到更频繁、更彻底的清洁，而几乎不使用的空间则可以减少清洁频率（如请假员工的办公室）。

人们可能会认为只有新的建筑项目才能成为智能建筑，但事实并非如此。占用传感器可以轻松地在新建和改造项目中实施，以向照明和 HVAC 系统添加自动化等智能功能。这是个好消息，因为改造现有建筑物比拆除和更换建筑物更具成本效益且可持续。

占用传感器的类型：不同占用传感器的工作原理

市场上有多种不同类型的占用传感器，具体选择的类型取决于我们想要实现的目标。

被动红外 (PIR)传感器

这是最常见的占用传感器类型，原因是其检测存在的简单性和匿名（且安全）方法。它是一种“被动”传感器，通过检测温暖物体（如人或动物）何时进入其检查来监控空间占用情况。这些传感器还可用于生成匿名热图。不过，当 PIR 传感器被玻璃墙等障碍物阻挡时，它们将无法工作。

超声波传感器

这些“主动”（而不是被动）传感器会发出人类和动物听不到的高频声音，并且它们有一个麦克风来检测回声。根据反射声音到达麦克风所需的时间，传感器可以判断是否有人在其“视野”中移动。超声波传感器可以比 PIR 传感器覆盖更大的区域，但它们也更敏感，因此它们经常会被风或通风变化等因素错误地触发。

图片来源: Digikey

微波传感器

微波传感器比 PIR 传感器有几个优点：它们在所有温度下都能一致地检测运动，并且覆盖范围为 360 度（而 PIR 传感器通常覆盖范围为 90 度）。然而，由于它们可以穿过墙壁感知运动，因此它们可能过于敏感，无法在较小的室内空间中准确使用。微波传感器通过发射微波信号来工作（但不用担心，它们是完全安全的），因此它们被认为是“主动”传感器。它们通过测量信号反射回传感器所需的时间（称为回波时间）来感知运动。这与超声波传感器的工作方式类似，但微波传感器不使用声波，而是使用电磁波。

其他传感器

声学传感器是另一种类型的传感器，但它们不经常使用，因为它们也容易误触发。它们通过监视声音（例如键盘输入）来检测空间中的人员，但它们通常会被背景噪音干扰，例如救护车在建筑物外行驶。一些传感器是“混合”传感器，这意味着它们使用多种类型的检测技术。大多数此类传感器依赖于至少两种类型的检测来确定空间是否被占用，但它们只需要确认一种类型的检测即可保持灯“打开”。

选择有线还是无线占用传感器

传感器也可以是有线的或无线的。有线传感器被认为比无线传感器更快、更可靠，因为有线传感器不受距离或无线干扰的影响。这有助于提高数据收集的速度和一致性。然而，它们也更昂贵且安装复杂。有线传感器的成本可能会上升，具体取决于将其连接到建筑系统（如照明或暖通空调）所需的电线数量。此外，聘请合格的专业人员将它们连接到建筑物中的成本也可能很高。

另一方面，无线传感器的电池需要定期更换，但无线设备技术的进步使得大多数传感器的电池寿命达到 10 年以上。无线传感器的主要优点是安装成本非常低，安装就像剥离并粘贴在墙壁或天花板上一样简单，然后对传感器进行远程编程，将其与照明或 HVAC 系统分组。

占用传感器的应用：节省能源并提高生产力

占用感应可以节省能源，但在商业建筑中安装占用传感器还有许多其他好处。我们的社会正在摆脱大流行的影响，人们开始返回办公室，所以现在是时候更好地了解我们的物理空间是如何使用的了。占用传感器可以通过收集建筑物、房间和办公桌利用率的数据来帮助我们做到这一点。可以分析这些数据以形成智能清洁时间表、适合生产力的办公室布局等。

应用一：节能

在 2011 年的一项研究中，美国劳伦斯伯克利国家实验室发布了对商业建筑照明控制节能的荟萃分析，发现占用感应在照明应用中可节省约 24% 的能源。占用传感器还有助于保持商业建筑中照明和 HVAC 系统的能耗符合能源法规；“大多数商业建筑能源法规要求在不使用时关闭或减少照明”。占用感应可以通过几种不同的方法来节省能源；包括通过需求控制的通风和照明。

‍需求控制通风 (DCV)由占用传感器支持。HVAC 系统的规模是根据空间中的最大居住人数来确定的，但当空间尚未达到其最大容量时，就不需要这种最大的性能，这就是 DCV 的用武之地。通过使用占用传感器和人数统计传感器，可以收集有关空间使用情况的实时数据，并使 HVAC 系统自动化，使其仅在提供适当通风和理想温度所需的情况下工作。

室内环境质量 (IEQ) 传感器使 DCV 变得更好，它可以收集与空间的室内环境和空气质量相关的温度和其他参数的数据。例如，在封闭空间内举行的大型聚会可能会变得非常温暖。如果利用 IEQ 传感器来感测温度，则该数据可用于自动增强空间内的通风和空调，使其恢复到理想温度。这如何与占用传感器配合使用？可以通过自动化系统根据占用情况进行 HVAC 控制，以在空间内人员较多时增强通风和空调，反之亦然。

事实上，通过根据实际占用情况调整建筑物的通风，每年可以减少 10% 至 40% 的能源成本。需求控制照明的工作原理相同；当空间被占用时，照明可以自动打开，当空间中不再检测到有人时，照明可以自动关闭。

由于占用传感器可以节省能源，其实施可为LEED认证提加分，并且可以通过 DCV 获得更多积分。

占用传感器不仅可以提高照明和暖通空调系统的效率，还可以帮助提高人们的工作效率。接下来让我们深入探讨一下。

应用二：改善居住者、租户或员工体验

到目前为止，我们已经介绍了占用传感器如何用于检测何时以及控制照明和通风。下一个层次是利用他们的数据收集功能来使空间的占用者受益。

想象一下：企业的员工在大流行后开始返回办公室，雇主已经做好准备，在整个楼层分布了一些匿名、安全的占用传感器，希望了解人们如何直观地使用办公室。通过这样做，可以相应地调整办公室和会议室，并将办公桌和会议调整到对员工来说更舒适的位置。我们知道，人们越舒适，他们受到的干扰就越少，他们的工作效率就会提高。那么，这是如何运作的呢？

PIR 占用传感器可以收集匿名、安全的数据，并将其发送到数字孪生（建筑经理可以查看可视化的占用数据、趋势，甚至人工智能技术生成的潜在可行见解。然后，这些信息可用于优化建筑物的布局）空间以提高生产力，并提供会议室和办公桌的实时可用性数据。

通过可用性数据，员工可以了解哪些房间、办公桌等已占用和空闲，以方便使用。使用此类占用数据可以改善会议体验人们在空间中工作或生活，还可以帮助识别建筑物的哪些部分不舒服，并且可以通过 DCV 进行优化并总体改善室内环境质量。

应用三：优化的清洁计划

大多数建筑物都根据一致的日期或时间设定清洁时间表。这些清洁计划很简单，但通常效率低下。清洁时间表通常是根据建筑物一年中最繁忙的一天（即建筑物最需要清洁的时间）来制定的。按照这个时间表，当清洁工每天或每周清洁时，他们会清洁每个房间，就像这是一年中最繁忙的一天一样。

动态清洁计划就像按需控制的通风或照明，但用于清洁。使用占用传感器，人们可以根据是否需要清洁特定房间或楼层来制定建筑物的清洁计划。例如，浴室是人流量大的房间，有时很难保持卫生和原始。如果在浴室中使用匿名、安全的占用传感器，则可以收集有关浴室一天中最繁忙时间的数据，并可以在该时间之后直接安排清洁工作。使用这样的动态时间表是保持浴室清洁并最大程度地减少住户投诉的更有效方法。

使用占用数据

如果确实认为占用传感器可以使管理的建筑物受益，那么需要主要的主要事情是，没有可操作见解的原始数据对大多数人来说是毫无用处的。占用传感器非常适合收集数据，但除此之外，人们还需要一种方法来监控数据、查看可视化趋势（以热图、图表等形式），并从该数据中获得可操作的见解。通过将占用传感器连接到云应用（最好与数字孪生集成），数据可以通过无线网状网络传输到应用程序，然后使用应用程序上的软件进行分析和解释。

云应用会进行分析，是指集成软件会查看传感器数据点之间的相关性、因果关系和趋势，并可以根据这些趋势生成可操作的见解。例如，如果确定会议室的人流量很大（可能有 10 人或更多人，具体取决于软件如何定义“人流量大”），则应用程序可以通知用户房间需要清洁，或者帐户在生成动态清洁计划时最繁忙的日子和时间。

通过使用占用传感器来真实了解空间的使用情况，从而可以提高能源使用、办公室布局和清洁计划的效率。例如，当清洁计划变得更加高效时，可以更有效地利用维护和清洁人员的时间。动态清洁计划还将让居住者更加舒适，并且按需控制的照明和暖通空调系统可以节省能源。

关键词：