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[導(dǎo)讀]據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道,近日美國能源部先進(jìn)研究計(jì)劃局(ARPA-E)宣布了一筆總值2000萬美元的資金支持計(jì)劃,將用于開發(fā)15項(xiàng)新型傳感器系統(tǒng),通過降低住宅和商業(yè)建筑的制冷和制熱需求來顯著降低能耗。美國新墨西哥大學(xué)(University of New Mexico)和美國倫斯勒理工學(xué)院(Rensselaer Polytechnic Institute)照明系統(tǒng)和應(yīng)用中心的研究人員正在合作為商業(yè)場所的人員計(jì)數(shù)、定位和跟蹤應(yīng)用,開發(fā)一種低成本、私密性較高的新型傳感器技術(shù)。整個(gè)資助計(jì)劃將在未來3年,為該項(xiàng)目的開發(fā)和測

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道,近日美國能源部先進(jìn)研究計(jì)劃局(ARPA-E)宣布了一筆總值2000萬美元的資金支持計(jì)劃,將用于開發(fā)15項(xiàng)新型傳感器系統(tǒng),通過降低住宅和商業(yè)建筑的制冷和制熱需求來顯著降低能耗。美國新墨西哥大學(xué)(University of New Mexico)和美國倫斯勒理工學(xué)院(Rensselaer Polytechnic Institute)照明系統(tǒng)和應(yīng)用中心的研究人員正在合作為商業(yè)場所的人員計(jì)數(shù)、定位和跟蹤應(yīng)用,開發(fā)一種低成本、私密性較高的新型傳感器技術(shù)。整個(gè)資助計(jì)劃將在未來3年,為該項(xiàng)目的開發(fā)和測試提供237.5萬美元的資金。

 

美國新墨西哥大學(xué)(University of New Mexico)和美國倫斯勒理工學(xué)院(Rensselaer Polytechnic Institute)照明系統(tǒng)和應(yīng)用中心的研究人員正在合作為商業(yè)場所的人員計(jì)數(shù)、定位和跟蹤應(yīng)用,開發(fā)一種低成本、私密性較高的新型傳感器技術(shù)

根據(jù)ARPA-E提供的數(shù)據(jù),全美目前大約有13%的能源被用于建筑內(nèi)的制冷、制熱以及通風(fēng)系統(tǒng)(HVAC,暖通空調(diào)系統(tǒng))。對于商業(yè)建筑,HVAC是最大的能耗應(yīng)用,大約占總能耗的37%??墒?,那些沒有人員或人員較少的房間,常常因?yàn)檫^度的制熱、制冷或通風(fēng),浪費(fèi)了大量的能源。由于缺乏精準(zhǔn)、可靠的人員存在監(jiān)測信息,現(xiàn)有的建筑自動化控制系統(tǒng)還無法從根源上降低HVAC造成的能耗浪費(fèi)。

ARPA-E提出的“利用人員存在監(jiān)測,實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)建筑物節(jié)能減排(SENSOR)”計(jì)劃,將通過支持創(chuàng)新的高精準(zhǔn)人員存在探測傳感器和計(jì)數(shù)器,來優(yōu)化建筑物HVAC系統(tǒng)以降低成本、節(jié)約能耗。

“憑借來自ARPA-E的資助,LESA將能夠基于目前的基礎(chǔ)研究,展示數(shù)字照明的強(qiáng)大性能,它能夠通過空間內(nèi)任意物體的反射光,獲取房間內(nèi)精確的人員存在及活動信息,并且,這種傳感技術(shù)不會涉及人員的隱私問題,” LESA負(fù)責(zé)人兼美國倫斯勒理工學(xué)院電子計(jì)算機(jī)系統(tǒng)工程學(xué)院教授 Robert F. Karlicek Jr.說,“在該計(jì)劃中,LESA團(tuán)隊(duì)將應(yīng)用其數(shù)字照明概念,使建筑物實(shí)現(xiàn)更高的能效。不過,這還僅是數(shù)字照明逐漸成為智能建筑、醫(yī)療、園藝、5G無線通信和環(huán)境認(rèn)知等物聯(lián)網(wǎng)平臺基礎(chǔ)的開始。”

據(jù)Karlicek介紹,這款傳感器將基于LESA之前開發(fā)的紅外飛行時(shí)間(ToF)測距技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步開發(fā),還將利用由LESA的院校合作伙伴美國新墨西哥大學(xué)開發(fā)并申請專利的plenoptic(捕捉某場景內(nèi)發(fā)射出的所有光場信息的光場)探測技術(shù),并將集成由LESA光電照明和通信團(tuán)隊(duì)所開發(fā)的傳感器信號處理電路。

“這款微型低成本ToF傳感器陣列可以安裝在照明設(shè)施或天花板上,” Karelicek說,“然后,房間內(nèi)部署的多個(gè)傳感器可以搭建一個(gè)小型的傳感器網(wǎng),通過連續(xù)掃描整個(gè)房間的距離信息,可以精準(zhǔn)地構(gòu)建房間內(nèi)人員的數(shù)量、位置和活動地圖。由于它不能成像識別人員,因此,不會涉及侵犯隱私問題。”

新墨西哥大學(xué)將利用其開發(fā)并已經(jīng)在近期獲得美國專利授權(quán)的(US9766123)集成光學(xué)技術(shù),研究開發(fā)一款能夠提供多個(gè)空間分離ToF信號的傳感器陣列。新墨西哥大學(xué)的技術(shù)采用了一種光柵耦合波導(dǎo)技術(shù)作為光譜和角度濾波器。其輸入耦合區(qū)域從硅探測區(qū)域分離,以提供獨(dú)特的plenoptic傳感器,能夠提供無與倫比的光譜和角分辨率,并且,這款傳感器還與成熟的硅集成電路制造技術(shù)完全兼容,因而能夠確保較低的制造成本。

據(jù)研究人員稱,通過建筑內(nèi)傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取的人員運(yùn)動和位置信息,能夠持續(xù)提供精準(zhǔn)的屋內(nèi)人員數(shù)量信息。再利用特殊的傳感器算法進(jìn)行人員跟蹤,以避免人員在傳感器之間移動時(shí)出現(xiàn)短暫的信息丟失,由此可以減少傳感器網(wǎng)絡(luò)搭建所需要的傳感器數(shù)量。新的ToF成像處理算法將在LESA之前開發(fā)的ToF傳感技術(shù)上做進(jìn)一步開發(fā),以充分利用雙方聯(lián)合開發(fā)的plenoptic ToF芯片的新性能。

據(jù)LESA產(chǎn)業(yè)成員ABB介紹,該系統(tǒng)會將人員存在數(shù)據(jù)發(fā)送至建筑自動控制系統(tǒng),從而更高效地控制建筑內(nèi)的HVAC能耗,以最大限度的提高建筑整體能效。該系統(tǒng)的目標(biāo)是以最經(jīng)濟(jì)最合理的成本,為建筑物內(nèi)的人員提供最優(yōu)化的舒適環(huán)境。ABB將通過其美國研發(fā)機(jī)構(gòu)與LESA團(tuán)隊(duì)緊密合作,利用EnergyPlus模型和硬件仿真測試來驗(yàn)證傳感器的性能,以及各種辦公環(huán)境的節(jié)能數(shù)據(jù)。ABB團(tuán)隊(duì)還將全力支持這款新型紅外ToF傳感器系統(tǒng)(美國能源部ARPA-E SENSOR計(jì)劃的重要成果)的商業(yè)化。

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