現(xiàn)代家庭中越來(lái)越多地?fù)碛写罅恐悄芗揖釉O(shè)備，包括：智能音箱、智能插座、智能網(wǎng)關(guān)、智能感應(yīng)探測(cè)器及大量的智能家用電器等。大量智能家居設(shè)備一直處于通電狀態(tài)（外置電源或內(nèi)置電源），無(wú)論是否在工作狀態(tài)，一直在耗電。由于每一個(gè)設(shè)備的待機(jī)電流、待機(jī)功率很�。ㄈ缫粋�(gè)智能電源插座待機(jī)功率僅為2 W左右），并不被人們關(guān)注。但是，隨著設(shè)備數(shù)量的增加及時(shí)間的累積，其耗電量仍然是可觀的。
由于智能家居設(shè)備耗電量較小，目前國(guó)內(nèi)對(duì)此類(lèi)問(wèn)題鮮有研究，關(guān)注較少。對(duì)于智能家居系統(tǒng)的研究大多集中在其智能特性及功效的發(fā)揮，以滿(mǎn)足人們對(duì)舒適、便利的要求，忽視其在節(jié)能方面特性的發(fā)揮。本文對(duì)智能家居設(shè)備耗電的特點(diǎn)作出分析，并對(duì)減少智能家居系統(tǒng)耗電量提出對(duì)策、建議。
智能家居系統(tǒng)按設(shè)備連接方式劃分，可以分為有線方式、無(wú)線方式、有線及無(wú)線混合方式。本文重點(diǎn)討論無(wú)線智能家居系統(tǒng)，下文簡(jiǎn)稱(chēng)為“智能家居”。
智能家居系統(tǒng)耗電特性分析
智能家居系統(tǒng)設(shè)備分類(lèi)
為討論方便，筆者將智能家居系統(tǒng)設(shè)備作如下分類(lèi)：網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備、智能家居終端電器、智能家居控制設(shè)備。
下面作簡(jiǎn)要說(shuō)明：
a. 網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備包括：網(wǎng)絡(luò)（光纖）路由器、無(wú)線路由器、無(wú)線網(wǎng)關(guān)等。網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備是無(wú)線智能家居系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施、必備條件。網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備一直處于信號(hào)聯(lián)通狀態(tài)，其設(shè)備本身一直在消耗電能。采用ZigBee總線信號(hào)、WiFi信號(hào)、藍(lán)牙信號(hào)等不同的連接方式，其設(shè)備所產(chǎn)生的能耗大小有所不同。
b. 智能家居終端電器包括：智能空調(diào)、智能電熱水器、智能馬桶、智能洗衣機(jī)、智能室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)電器（空氣凈化器、新風(fēng)機(jī)等）、智能燈具等。智能家居終端電器的種類(lèi)比較多，而且在不斷地豐富。
c. 智能家居控制設(shè)備包括：智能插座、AI音箱、觸屏音箱、智能控制面板、感應(yīng)探測(cè)器、環(huán)境測(cè)量?jī)x等。許多控制設(shè)備并不是獨(dú)立存在的，而是以終端設(shè)備一體化的形式存在。AI音箱、觸屏音箱、環(huán)境測(cè)量?jī)x等設(shè)備既是控制設(shè)備，也是終端設(shè)備。對(duì)于無(wú)線智能家居系統(tǒng)，手機(jī)、iPad等移動(dòng)設(shè)備亦可參與控制。
智能家居系統(tǒng)設(shè)備耗電特點(diǎn)分析
所有帶有智能功能電器的使用均會(huì)產(chǎn)生附加能耗，此部分附加能耗可稱(chēng)其為“智能系統(tǒng)能耗”。
智能家居系統(tǒng)設(shè)備一般沒(méi)有機(jī)械式電源開(kāi)關(guān)，無(wú)電源完全關(guān)斷時(shí)間，只要插上電源線，每天24 h處于工作狀態(tài)或待機(jī)狀態(tài)。下面舉例說(shuō)明。
智能音箱一直獲取音頻信號(hào)，對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行快速計(jì)算分析，根據(jù)計(jì)算分析判斷音頻信號(hào)是否為語(yǔ)音信號(hào)。若是語(yǔ)音信號(hào)，則判斷語(yǔ)音信號(hào)的譜幅度值是否超過(guò)預(yù)設(shè)值，若是則智能音箱進(jìn)入工作模式，故智能音箱一直處于耗電狀態(tài)。
智能插座內(nèi)置電源轉(zhuǎn)換模塊、主控制模塊、通信模塊，可以隨時(shí)接收手機(jī)APP程序控制指令信號(hào)、內(nèi)置程序控制信號(hào)、家庭網(wǎng)關(guān)控制信號(hào)等，根據(jù)接收到的指令信號(hào)來(lái)完成相應(yīng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制功能，故智能插座一直處于耗電狀態(tài)。
智能插座可以作為家用電器的定時(shí)開(kāi)關(guān)，實(shí)現(xiàn)家用電器設(shè)備在無(wú)效待機(jī)時(shí)間段的電源關(guān)斷，從而節(jié)約了家用電器不必要的電能消耗，智能插座可在節(jié)約用電方面發(fā)揮重要作用。由于智能插座自身一直處于待機(jī)狀態(tài)，其實(shí)它本身也在一直耗電。如果采用1個(gè)智能插座來(lái)減少1個(gè)微波爐的待機(jī)耗電（待機(jī)耗電功率約為1 W），智能插座自身的耗電量可能超過(guò)微波爐的待機(jī)耗電量，將會(huì)得不償失。
智能家居設(shè)備能耗主要來(lái)源于3個(gè)方面：電源轉(zhuǎn)換單元耗電、通信系統(tǒng)耗電、控制系統(tǒng)耗電。
根據(jù)以上舉例分析，所有智能家居設(shè)備為實(shí)現(xiàn)其智能控制功能，均會(huì)產(chǎn)生“智能系統(tǒng)能耗”，消耗電能。即“智能”依賴(lài)于“耗能”，智能家居系統(tǒng)的能耗是其固有屬性。
智能家居系統(tǒng)設(shè)備耗電量測(cè)量
每一臺(tái)智能家居設(shè)備的工作電流、待機(jī)電流值都是非常小的，一般是毫安級(jí)的。筆者采用高精度鉗形電流表對(duì)智能家居設(shè)備進(jìn)行了抽樣測(cè)量（如圖1～圖7所示），表1為某品牌智能家居設(shè)備待機(jī)電流值測(cè)量結(jié)果，供同行參考。
從以上測(cè)量結(jié)果看，智能電源插座、智能無(wú)線網(wǎng)關(guān)的待機(jī)耗電功率約為2 W，如果1個(gè)家庭有10個(gè)類(lèi)似設(shè)備，相當(dāng)于1個(gè)20 W的白熾燈一直處于點(diǎn)亮狀態(tài)�，F(xiàn)在家庭使用率較高的AI智能音箱待機(jī)功率相對(duì)較大，達(dá)到5.7～7.5 W。帶有顯示屏的智能家居設(shè)備耗電功率會(huì)大一些，如室內(nèi)溫濕度測(cè)量?jī)x。
以1個(gè)家庭為例分析，假設(shè)1個(gè)家庭安裝1個(gè)智能無(wú)線網(wǎng)關(guān)、1個(gè)AI智能音箱、5個(gè)智能電源插座。一年按365天計(jì)算，7個(gè)智能家居設(shè)備的待機(jī)耗電量約為179 kWh，可以說(shuō)這是一個(gè)既可以忽略又不可以忽略的能耗。
資料顯示，2018年全球智能音箱總出貨量高達(dá)8 000多萬(wàn)臺(tái)，其總耗電量是驚人的。
智能家居設(shè)備從無(wú)到有，并呈現(xiàn)快速上升的趨勢(shì)。隨著家庭智能化水平的提高，智能家居設(shè)備的普及，智能家居設(shè)備的耗電將成為一種新型的耗電類(lèi)別。對(duì)于智能家居設(shè)備的耗電研究，目前比較缺乏，缺少系統(tǒng)性統(tǒng)計(jì)分析及系統(tǒng)研究。本文拋磚引玉，希望引起同行對(duì)該問(wèn)題的關(guān)注。
智能家居系統(tǒng)的節(jié)能特性分析
節(jié)能是智能家居系統(tǒng)的天然屬性
智能家居設(shè)備可以控制家用電器的開(kāi)、關(guān)，可以減少家用電器的無(wú)效待機(jī)耗電時(shí)間。通過(guò)智能控制實(shí)現(xiàn)家庭電器設(shè)備的優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、減少無(wú)效能耗，從而達(dá)到節(jié)能的目的。因此，節(jié)能亦是智能家居系統(tǒng)的天然屬性。
智能家居設(shè)備是在傳統(tǒng)的家庭電器設(shè)備上附加了智能功能，智能功能包括：定時(shí)控制、聯(lián)動(dòng)控制、邏輯控制、場(chǎng)景控制、感應(yīng)控制、自適應(yīng)控制、環(huán)境監(jiān)測(cè)、信息識(shí)別、信息的顯示與傳輸?shù)取?/p>
智能家居系統(tǒng)的智能特性可實(shí)現(xiàn)三大目標(biāo)滿(mǎn)足（如圖8所示），即：功能性滿(mǎn)足、舒適性滿(mǎn)足、節(jié)能性滿(mǎn)足。
功能性滿(mǎn)足：系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)常規(guī)手段無(wú)法實(shí)現(xiàn)或不好實(shí)現(xiàn)的功能；便捷性滿(mǎn)足：系統(tǒng)可通過(guò)更便捷的方式實(shí)現(xiàn)想要實(shí)現(xiàn)的功能，為人們帶來(lái)心理愉悅；節(jié)能性滿(mǎn)足：在滿(mǎn)足功能性、舒適性要求的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生附加的節(jié)能效果。
智能家居系統(tǒng)的興起與發(fā)展，首先依賴(lài)于其提供了新的使用功能，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的自動(dòng)控制不好實(shí)現(xiàn)的功能，其最顯著的特點(diǎn)是可以方便地實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、柔性控制、功能可變。以燈光控制為例，不僅僅是可以實(shí)現(xiàn)燈光的場(chǎng)景控制、一鍵開(kāi)關(guān)控制，而且可以通過(guò)感知環(huán)境狀態(tài)實(shí)現(xiàn)更加“聰明”的控制，控制邏輯、控制組合、控制方式可隨意改變。如探測(cè)器感知衛(wèi)生間無(wú)人移動(dòng)時(shí)間超過(guò)設(shè)置值（時(shí)間可隨意設(shè)置），系統(tǒng)可以自動(dòng)關(guān)閉燈具或排氣扇。這種家庭設(shè)備自動(dòng)智能運(yùn)行的結(jié)果，減少了家庭電器設(shè)備無(wú)效運(yùn)行的電耗及無(wú)效運(yùn)行的設(shè)備損耗。
智能家居設(shè)備不僅為用戶(hù)帶來(lái)功能性滿(mǎn)足，而且提供了良好的使用體驗(yàn)，得到便捷性滿(mǎn)足，給使用者帶來(lái)愉悅。如智能AI音箱、智能觸屏音箱等，為使用者帶來(lái)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)及心理的愉悅。這些所有美好的體驗(yàn)均以消耗電能為代價(jià)，智能的提升伴隨著電能消耗量的增加。
智能家居系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)家庭電器設(shè)備有序運(yùn)行的同時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)家用電器的節(jié)能運(yùn)行。另一方面智能家居系統(tǒng)自身也產(chǎn)生能耗，智能家居系統(tǒng)具有節(jié)能與能耗的雙重性�？梢酝ㄟ^(guò)智能家居系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)來(lái)抵消其自身的能耗。
智能家居系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該考慮節(jié)能設(shè)計(jì)，節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)成為智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分。
智能家居系統(tǒng)的節(jié)能途徑
智能家居系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)節(jié)能的基本途徑包括運(yùn)行時(shí)間控制、功率輸出控制，滿(mǎn)足人們對(duì)環(huán)境需求的前提下，盡量減少設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、減少其功率輸出，達(dá)到減少電能消耗的目的。目前智能家居控制方式以開(kāi)關(guān)量控制為主，較多采用時(shí)間控制方式。空調(diào)系統(tǒng)、新風(fēng)系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)設(shè)備可通過(guò)調(diào)節(jié)冷量、熱量、風(fēng)量，合理減少其功率輸出（滿(mǎn)足舒適度的前提下），達(dá)到減少能源消耗的目的。
可以減少的用電負(fù)荷包括：照明負(fù)荷、環(huán)境制冷或制熱負(fù)荷、通風(fēng)負(fù)荷、空氣凈化設(shè)備負(fù)荷、水加熱負(fù)荷、家用電器待機(jī)消耗負(fù)荷等。
智能家居系統(tǒng)節(jié)能方式舉例見(jiàn)表2。從表2可以看出，智能家居控制設(shè)備可以很方便地實(shí)現(xiàn)家用電器設(shè)備的節(jié)能。
智能家居系統(tǒng)的節(jié)能效果分析
案例分析
以1個(gè)實(shí)例進(jìn)行智能家居系統(tǒng)的節(jié)能效果分析，假設(shè)的控制方案如圖9所示。
圖9通過(guò)1個(gè)智能電源插座控制1臺(tái)電視機(jī)及1臺(tái)有線電視機(jī)頂盒的電源開(kāi)閉狀態(tài)來(lái)減少待機(jī)電耗。下面分析一下該控制方案的節(jié)能效果。
待機(jī)功率設(shè)定：設(shè)定1臺(tái)55 in液晶電視的待機(jī)功率為1 W，有線電視機(jī)頂盒的待機(jī)功率為15 W，智能插座的待機(jī)功率為2 W。
待機(jī)時(shí)間設(shè)定：按1年365天及工作日為250天考慮，并假定為雙職工家庭，平時(shí)白天家中無(wú)人。無(wú)效待機(jī)時(shí)間參考圖10確定。
將圖10中示意的時(shí)間段1（6 h）、時(shí)間段3（9 h）的設(shè)備待機(jī)時(shí)間設(shè)定為無(wú)效待機(jī)時(shí)間，即在該時(shí)間段內(nèi)，電視及機(jī)頂盒的待機(jī)沒(méi)有意義，浪費(fèi)能源。則：電視及機(jī)頂盒無(wú)效待機(jī)消耗電量（1年）=（16 W × 6 h × 365 + 16 W × 9 h × 250）/ 1 000 = 71 kWh。
智能電源插座消耗電量（1年）= 2 W × 24 h × 365 / 1 000 = 17.5 kWh。
實(shí)際減少電量消耗量= 71 kWh - 17.5 kWh = 53.5 kWh。
對(duì)于圖9所示節(jié)電控制方案，根據(jù)以上計(jì)算可以看出，如不考慮智能控制設(shè)備的自身耗電，電視及機(jī)頂盒無(wú)效待機(jī)消耗電量可以減少71 kWh。由于智能電源插座自身的耗電，額外新增了17.5k W的耗電量，電器無(wú)效待機(jī)消耗電量實(shí)際減少53.5 kWh。
以上節(jié)能控制方案示例及節(jié)能效果分析方法，同樣適用于其它家用電器，本文不再贅述。
節(jié)能效果評(píng)價(jià)及策略探討
根據(jù)以上案例分析看出，對(duì)于智能家居系統(tǒng)的節(jié)能評(píng)價(jià)應(yīng)考慮智能家居設(shè)備的自身耗電。即：智能家居系統(tǒng)節(jié)電量 = 終端電器設(shè)備節(jié)電量 - 智能家居設(shè)備耗電量。
可通過(guò)智能家居系統(tǒng)的節(jié)能來(lái)抵消智能家居設(shè)備的自身能耗，實(shí)現(xiàn)智能家居控制設(shè)備的“零能耗”。
提高智能家居系統(tǒng)的節(jié)能功效需要考慮以下方面：
a. 需要考慮智能家居設(shè)備自身的耗電特性，合理規(guī)劃節(jié)能控制方案。例如，利用1個(gè)智能電源插座控制1臺(tái)電視機(jī)的待機(jī)耗電，其節(jié)能功效是負(fù)的。宜對(duì)家用電器設(shè)備進(jìn)行組合控制，盡量采用1個(gè)智能插座控制多臺(tái)家用電器設(shè)備。
b. 應(yīng)關(guān)注智能家居控制設(shè)備的待機(jī)功率參數(shù)，考慮采用耗電量小的設(shè)備。
c. 宜對(duì)待機(jī)功率較大的電器設(shè)備實(shí)施節(jié)能控制。
結(jié)語(yǔ)
隨著智能家居設(shè)備的普及化，智能家居系統(tǒng)將成為住宅建筑的基本配置。智能家居設(shè)備的能耗問(wèn)題會(huì)越來(lái)越突出，應(yīng)該引起更多的關(guān)注。為減少智能家居系統(tǒng)能耗、提升家庭電氣系統(tǒng)的節(jié)能效果，可以采取以下措施：
a. 降低智能家居系統(tǒng)設(shè)備的自身耗電，并利用智能家居系統(tǒng)節(jié)能控制來(lái)減少家用電器設(shè)備的耗電，是減少智能家居系統(tǒng)能耗的基本策略。
b. 降低智能家居設(shè)備待機(jī)損耗及工作能耗，應(yīng)實(shí)施建立智能家居設(shè)備的能耗標(biāo)準(zhǔn)，建立我國(guó)完善的待機(jī)功率監(jiān)管體系，降低待機(jī)損耗。
c. 節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)作為智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要組成部分，將智能家居系統(tǒng)的特性作為住宅建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的有效手段。在滿(mǎn)足舒適性、便利性的基礎(chǔ)上，兼顧節(jié)能設(shè)計(jì)要求，為提高人的行為節(jié)能創(chuàng)造條件。
d. 利用智能電源插座來(lái)減少家用電器設(shè)備的待機(jī)耗電量，是智能家居系統(tǒng)節(jié)能的重要手段之一�？梢圆捎�“一鍵開(kāi)關(guān)”控制、定時(shí)控制、感應(yīng)控制、語(yǔ)音控制等控制方式，并可同時(shí)提高家庭用電的安全性。
e. 智能家居系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)應(yīng)進(jìn)行整體性考慮，應(yīng)進(jìn)行節(jié)能效果的評(píng)估。不能將節(jié)能措施作為“點(diǎn)綴”，不能為了節(jié)能設(shè)計(jì)而節(jié)能設(shè)計(jì)，要以最終的節(jié)能效果為導(dǎo)向。需要評(píng)估和計(jì)算智能家居設(shè)備自身的耗電量，保證節(jié)省電量大于智能控制設(shè)備自身的耗電量。
對(duì)于b項(xiàng)措施，需要依靠國(guó)家技術(shù)法規(guī)及相關(guān)行業(yè)協(xié)會(huì)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于其它項(xiàng)措施，可以通過(guò)住宅電氣設(shè)計(jì)者的探索與努力來(lái)實(shí)現(xiàn)。
應(yīng)將無(wú)線智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)融入建筑電氣設(shè)計(jì)中。智能家居系統(tǒng)無(wú)線連接在設(shè)計(jì)圖紙中如何來(lái)表達(dá)，智能家居控制的邏輯關(guān)系如何在設(shè)計(jì)圖紙中表達(dá)，對(duì)傳統(tǒng)的建筑智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)提出挑戰(zhàn)，需要不斷探索與實(shí)踐。
本文對(duì)無(wú)線智能家居設(shè)備自身待機(jī)耗電的情況和智能家居系統(tǒng)的節(jié)能策略進(jìn)行了分析，提出“智能能耗”概念，對(duì)智能家居系統(tǒng)節(jié)能評(píng)價(jià)方式進(jìn)行探索。希望更多的同行能夠關(guān)注智能家居設(shè)備的能耗問(wèn)題，通過(guò)智能家居系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)為社會(huì)的節(jié)能減排作出貢獻(xiàn)。
