如何用ZigBee实现“绿色”家庭

能源使用速度超过电厂投资

美国是主要的电力消费国，自1990年以来，电力需求一直以25%的速度增长，而同一时期电厂投资每年却减少30%。尽管有些人可能说需要通过建造新发电厂甚至是通过替代能源(例如风能和太阳能)来增加电力供应，但这需要时间和几十亿美元的投资。另外一种办法是努力控制能源使用量。能源成本可能占到建筑运营成本的20%，其中照明和采暖/制冷设备是住宅和商用建筑中能源消耗大户(图1)。这一事实使照明和采暖/制冷设备成为减少能源使用的首要目标，无论是通过减少能耗设备，还是通过智能能源使用方法来减少能源使用。

图1：照明和采暖/制冷设备是住宅和商用建筑中能源消耗大户。

电力消耗的增加和新发电设施的匮乏带来了一个新需求，那就是必须降低和控制建筑中的电力负荷。这对那些正在寻求智能方法来控制日益增加的能源使用，同时又要限制资本支出的公用设施公司来说是再明显不过的。一种解决方法是让公用设施公司管理高峰时段的负荷，并按负荷使用执行差别定价。通过负荷控制实现这一目标，允许公用设施公司在高峰负荷时段短时间(几分钟)关闭客户负荷，比如HVAC。这种方法通过降低高峰时段的需求，来避免不停地停电。第二种办法是需求响应(Demand Response)。公用设施公司将电费率的变化告知各个家庭，以期居民志愿减少能源使用。

ZigBee技术以一个开放、可互操作的标准满足了所有这些需求，可实现从公用设施到家庭网络(HAN)为负荷控制和需求响应目的而进行的通信。这使得支持ZigBee的仪表能够控制家中支持ZigBee的设备并与之进行通信，如HVAC系统。居民也可以在需求/响应期间选择采用一些志愿措施，如关闭电器、灯等来减少家庭电力消耗。这不仅可以减少电网的高峰负荷，还能帮助居民做出有关能源使用的明智决策。ZigBee技术还提供一种让设备基于这些事件，在其能源使用方面实现智能的机制，比如洗碗机可以将开启时间推迟到电费率较低的时段。

相关规定带动对“绿色”技术的需求

推动人们实施和采用这些“绿色”技术的原因，很大程度上是有关规定和要求的颁布。这些规定旨在降低能耗和确保电网稳定，受到联邦、区域和州一级政府的推动。最近颁布的一些规定，如《2005能源政策法案》和《2007能源独立和安全法案》，为建筑和电器内部的智能计量、电网可靠性和能源效率等项目规定了强制性标准。地方驱动因素如Electric Reliability Council of Texas(德州电力可靠性理事会)已经融入了智能电网功能以及智能仪表，尽可能地为费率恢复推荐HAN和基于标准的方法“如ZigBee”。我们甚至看到了更严格的州一级驱动因素，加州以其California Load Control Proceeding(即以前的Title 24)在这一方面处于领先。一些公用设施公司(如Southern California Edison)开始做出反应，他们准备在未来几年安装500万支支持ZigBee的仪表和家庭网络。这只是其中的几个例子，美国和其他国家还有更多成功的例子。

节省总额

最近多数活动都针对住宅客户，尽管看起来受益更多的是公共设施公司，但居民也从减少能耗和家庭开支中获益。此外，通过让家庭更加智能，消费者还能让一些家用电器(如电灯)实现自动控制(图2)，不需要或亮着的电灯可以关闭，需求响应/响应通知可以将电灯自动调暗20%或推迟打开电器(如洗碗机)。下面例子是一个简单的家庭网络照明自动化例子，它显示每年最多节约246美元。

图2：通过让家庭更加智能，消费者能让一些家用电器实现自动控制。

照明示例：

2,000平方英尺家庭的照明功率为4500瓦，包括：3间卧室×440瓦，2间浴室×460瓦，1间厨房×460瓦，1间餐厅×240瓦，2间起居室×340瓦，其他共880瓦(壁橱、车库、洗手间、室外电灯等)。

2~3个电灯(450瓦或占全部照明功率的10%)，每天开启10个小时。典型电灯是浴室、卧室、壁橱或室外照明。

每年的成本为246美元＝450瓦×10个小时/1000(千瓦)×0.15(每千瓦时成本)×365(每年天数)。