技术创造未来 – HVAC宏观趋势

作者:Manuel Eckstein,HVAC大客户经理

未来的生活是什么样的?这个问题人类从未停止追寻,试图找出答案的脚步也意外地不受时间限制。人类往往会通过推动某些发展塑造自己的未来。如今,处于本世纪第二个十年发展前沿的是无人配送车、智能家居设备(如根据用户偏好控制供暖、制冷和通风的恒温器和食物快吃完时自动下单补货的冰箱)、以及智能语音交互音箱。

所有这些技术发展已经对人们的日常生活方式产生巨大影响。因此,追随这些技术开拓的进展,我们就能知道未来世界将会是怎样。理解这些突破性进步出现的原因能帮助我们回答文章开头提出的问题。由于人们在室内度过的时间越来越长,大家非常有必要了解室内生活的影响以及如今的技术进步可以如何帮助我们创造更健康的未来。本文将聚焦于建筑和相关的供暖、通风和空调行业(HVAC),探讨分析HVAC行业内某些可能对未来世界建设发挥重要作用的宏观趋势。请注意,这些大趋势并不仅与HVAC行业有关,对其它市场依然奏效(比如移动和消费电子产品MCE)。

公众的空气质量意识增强

众所周知,最近新冠疫情话题占据各大新闻头条。疫情如何传播?和病人同处一室被感染的几率有多大?病毒在空气中停留的时间有多长?如何测量空气中的病毒含量?这些仅仅是人们日常关心和讨论问题的一小部分。研究显示,通风良好、定期进行新风换气的房间更不容易滋生细菌和病毒,居住者也不容易感染。也就是说,房间通风良好能够直接改善人体健康和福祉。这不仅针对新冠等隐形病毒,还有许多其它因素或污染物(如颗粒物和NOx、VOC、CO₂等气体)同样能得到改善。测量上述部分物质的存在与浓度可以帮助人们了解空气的干净和/或健康程度。

谈论室内环境时通常会提到一个词——“病态建筑综合征”(SBS),指居家的人仅仅因为待在室内而表现出疾病症状。大多数情况下,其根源在于常见家用材料和家庭活动产生的有害气体或化学物质。最近的研究进一步表明,空气质量差对人体认知能力、健康状况和综合表现有直接影响。为尽量减少这些人体危害,商业建筑市场制定了一系列标准/建筑规范和认证(如LEED、WELL、ASHRAE和RESET),旨在通过监控空气质量和保证新风输送为居住者创造健康环境。

室外环境方面,部分亚洲地区严重空气污染和烟雾的图片,以及欧美“柴油门”事件使公众对环境空气质量的意识越来越强。许多人开始疑问:我吸入的是什么?它对我的身体有什么潜在影响?                                                                

由于公众对空气质量影响的意识不断增强,消费者越来越希望能通过设备“看见”隐形污染物。人们开始渴望通过某种方法获得所处环境信息,以便及时采取对策。

环保型住宅必须考虑室内空气质量

上一节中我们提到了建筑规范/标准和认证。这些关于建筑师和承包商该如何设计和建造房屋的指导方针在空气质量方面进行了优化,以保障房屋使用者的健康。此外,相关标准还把因室内过度空气处理而产生的发电厂排放以及建材排放纳入考量因素。建筑空间的供暖、制冷和通风几乎占整个建筑总能耗的50%。降低能耗、直接减少相关温室气体排放的方法之一就是优化建筑空间通风。这意味着减少引入新风量,从而减少空气处理量。唯一的原则在于:必要范围内,越少越好。一栋只有几个人的建筑比一栋有几百人的建筑所需室外新风量少得多。ASHRAE 标准 62.1-2019对每位住户所需的新风量做出了规定。优化通风的过程被称为“按需通风”(DCV),即建筑管理系统根据室内人数动态调整通风率。但现在大多数情况下,人们根据室内CO₂水平监测房屋使用率。关于DCV的文章非常多,本文在此不做详述。

一个经常被忽视的重点是,以上提到的优化通风或改进建筑规范等方面不仅适用于办公楼、商店等商用建筑,也包括小面积住宅建筑。由于住宅建筑在能源方面的立法要求更严格,建筑习惯明显趋向于打造“低能耗或零能耗房屋”。一般来说,这种“低能耗房屋”气密性非常好,以达到保暖防寒的效果。传统房屋往往能透过裂缝或墙体进行自然空气流通,引入新风,但这在现代房屋中很少存在。结果导致,必须对室内空间进行主动通风才能保持良好空气质量水平。一般来说,这种通风系统不会考虑空气质量水平或室内人数,而是设置固定通风率,安装后保持不变。

在不久的将来,气密型和节能型建筑将会越来越普遍。为保证健康的室内生活,需配备根据房屋使用情况自动调整通风率的智能通风系统。

人类参与度降低,自动化水平提高

假设你正准备坐进车里或戴上无线耳机,这时候我们一般默认,手机会自动连接汽车或耳机并开始播放音乐,而无需点击确认或手动连接。虽然按几个键进行手动连接也并不费事,但人们总是希望免去这一步,享受由此带来的额外舒适。

再想一想地理围栏技术。智能手机向家庭智能恒温器提供主人位置信息,恒温器根据主人离家距离远近决定打开或关闭供暖/制冷设备。这并非人类的懒惰化(某些批评人士可能会这样认为),而是表明技术和智能算法将自动化水平提到新高度,使人类生活更便捷。调节室内环境已经越来越不需要人类参与,自动化也逐渐成为常态而非奢侈。这些智能系统与相关算法和传感输入的发展有着内在联系。由于材料科学和电子学不断进步,如今发明的产品几年前甚至很少有人可以想像。许多消费产品(如助听器)的尺寸不断变小,集成度更高,功能也比以前多得多(比如从传统手表到智能手表)。现在市面上出售的所有设备名字中几乎都带有“智能”两个字。但如何才能实现“智能”?这离不开传感器:每个设备都配有能够检测环境参数(或通俗地说,感知用户周围环境)的传感器。设备将收集到的传感器数据与智能算法(比如AI)相结合,从而使设备操作更符合用户习惯和偏好。 

因此,由微型元件和传感技术驱动的微型智能设备已经融入人们的日常生活,并创造了全新使用体验。

当今行业的产品成本

价格竞争是一场长期持续进行的经济战。在2008-2009年的金融危机以及新冠疫情封锁期间,资金流的重要性愈发凸显。利润率优化是企业成功的关键。最直接的方法就是降低采购零件成本。对于这种成本压力,OEM公司感受最为强烈,随后OEM公司又会在价格上对供应商施压。由此一来,供应商要么将压力转嫁给次级供应商,要么面临成本结构优化的挑战。必须说明的是,所有产品,不论发行时有多创新,最终都会变成商品。因此,只有当公司的供应链足够高效,材料成本足够低才能保持竞争优势。公司若想延迟产品商品化进程以及随之而来的价格战,唯一可行的方式就是生产具有独特竞争优势的差异化产品,为终端客户创造真正的价值。

降低工艺成本的方法之一是最大程度地使用自动化制造工艺。与人工处理步骤相比,自动化制造工艺的成本往往低得多。以焊接为例,虽然某些元件仍需手动焊接,但大多数电子元件都使用全自动表面贴装技术(SMT)进行组装(元件尺寸微型化也是原因之一)。设备制造采用全自动生产线可以缩短生产时间、降低制造成本,还能应对大批量生产。

上一节提到了利用传感器解决方案实现设备智能化的必要性。为促进智能设备在全社会普及,其成本必须对消费者构成足够的吸引力。因此,经济实惠的传感器解决方案非常关键。只有这样,智能解决方案才能顺利进入每一幢豪宅、每一栋办公楼和每一户单身公寓。

结论

文章开头,我们提到现代技术进步可以塑造人类未来。当然,我们必须承认,不同技术趋势之间可能存在相互依存关系,彼此影响或者互为加强。比如,传感器等电子元件的微型化和低成本趋势明显势不可挡,这是由于人们越来越希望能对周边环境有更好的了解。最终,这又导致更多以前从未考虑过的设备中也会集成传感器。伴随着这一发展,人们对技术的依赖程度逐渐增长,期待花更少的力气就能达到自己想要的结果。大多数时候,我们实际已经严重依赖技术却不自知。我们通常不会想到,其实日常使用的每个设备后台都运行着大量复杂系统和算法。只有当系统崩溃时,人类对机器和算法的依赖才会显化。未来的系统和设备若想达到下一代的期待,必须增加传感器和智能算法的使用。毫无疑问,随着人类从模拟世界走向数字世界,传感器数据成为自动化操作的关键一环。这类传感器很多,比如Sensirion等公司生产的环境传感器。Sensirion针对HVAC和住宅市场应用最新开发的微型二氧化碳传感器SCD40,便是反应上述趋势的突出实例。由于人们在室内度过的时间越来越长,未来我们将会重点关注室内生活方式以及如何设计建筑功能以满足室内人群需求。因此,关于“未来的生活会是怎样”这个问题,答案很简单:智能家居,自主生活。

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11/2021
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