【技術(shù)干貨】提升智能建筑能源效率的KNX解決方案

KNX是一種用于商業(yè)和住宅建筑自動化的開放標(biāo)準(zhǔn)，KNX設(shè)備可以用來管理照明、百葉窗和窗簾、暖通空調(diào)（HVAC）、安全系統(tǒng)、能源管理、音頻視頻、白色家電、顯示器、遠(yuǎn)程控制等，將可提升智能建筑應(yīng)用的整體性與便利性，并提升能源的利用效率。

KNX標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)存在了幾十年，是一項(xiàng)成熟的技術(shù)。KNX從三個早期標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展而來，包括歐洲家庭系統(tǒng)協(xié)議（EHS）、BatiBUS和歐洲安裝總線（EIB或Instabus）。它可以使用雙絞線（樹形、線形或星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)）、電力線、射頻（RF）或IP鏈路。在這個網(wǎng)絡(luò)上，設(shè)備形成分布式應(yīng)用并且盡可能緊密交互，這是通過具有標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)點(diǎn)類型和對象的互通模型實(shí)現(xiàn)的，對邏輯設(shè)備通道進(jìn)行建模，該協(xié)議一直用于提高家庭和建筑物的能源效率。

KNX的廣泛應(yīng)用之一是房間自動化，中央控制組件不僅可以實(shí)現(xiàn)照明和遮陽等操作功能，還可以與安裝在加熱或冷卻組件上的可用閥門相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的房間控制，例如KNX系統(tǒng)可以在窗戶被開啟時，通過發(fā)送通知來關(guān)閉HVAC，以避免能源的浪費(fèi)。

KNX還允許連接各種能源計(jì)量表，人們可以通過密切監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，來發(fā)現(xiàn)過高的能源消耗來源，及早進(jìn)行能源的控管，以避免浪費(fèi)。事實(shí)上，一些KNX產(chǎn)品甚至允許在電路級進(jìn)行分表計(jì)量，以更精準(zhǔn)地掌握能源的消耗狀況。

與此同時，支持KNX標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品制造商中有提供電池存儲設(shè)備（其使用狀態(tài)可以通過KNX監(jiān)控），也有制造商利用KNX來控制家庭和充電站之間的連接，因此，KNX解決方案將成為太陽能逆變器、儲能、電池管理系統(tǒng)（BMS）制造商的一個關(guān)鍵要素。

KNX市場的發(fā)展相當(dāng)快速，主要的應(yīng)用類別包括控制和連接、照明、能源管理、家庭娛樂、智能電器、安全等領(lǐng)域。依據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到2025年底，中國的智能家居市場規(guī)模將接近370億美元，到2030年全球KNX產(chǎn)品市場規(guī)模則將在500億美元左右，復(fù)合年增長率（CAGR）約為15.9%。

目前市面上的KNX相關(guān)產(chǎn)品已經(jīng)相當(dāng)多樣，像是支持KNX的能源計(jì)量表（電表、氣表、水表或熱表等）能夠使您意識到能源的消耗狀況，以了解該如何降低能源成本和提高機(jī)器和電氣資產(chǎn)的能源效率，以更節(jié)能、更經(jīng)濟(jì)的方式來運(yùn)行更智能的建筑。這些KNX設(shè)備能夠提供長期數(shù)據(jù)記錄，以便針對能源數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的處理，只需使用KNX-IP路由（KNX-IP Router）及標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)瀏覽器，便可以讀出數(shù)據(jù)，深入了解能源消耗數(shù)據(jù)的狀態(tài)，并可以進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。

另一方面，太陽能電池板逆變器的KNX網(wǎng)關(guān)提供了一種簡單的解決方案，可將所有相關(guān)數(shù)據(jù)從逆變器傳輸?shù)終NX。它允許集成商利用完全集成的太陽能電池板逆變器進(jìn)行能源管理，數(shù)據(jù)可用于優(yōu)化能源消耗、監(jiān)控、趨勢或觸發(fā)KNX系統(tǒng)中的特定操作。

此外，KNX還可應(yīng)用于電池存儲單元，通過將光伏系統(tǒng)產(chǎn)生的能源存儲到電池存儲單元中，可以用自產(chǎn)的清潔能源來滿足每年約75%的能源需求，由于這種能源是在自家的屋頂上產(chǎn)生的，而不是來自外部能源供應(yīng)商，因此它可以更獨(dú)立地管理能源消耗，更完整的掌握能源的利用狀況。

目前電動汽車已經(jīng)成為汽車市場的發(fā)展趨勢，通過KNX設(shè)備可以管理家中的充電樁，也可以當(dāng)電動汽車在外面的充電站進(jìn)行充電時，更精準(zhǔn)地掌握電動汽車的能源消耗狀態(tài)。

KNX在EN50491-12-2標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了各種功能塊，以便在建筑物中的客戶能源管理器和能源消費(fèi)者／生產(chǎn)者之間交換數(shù)據(jù)，以便更能夠掌握能源的消耗狀態(tài)并進(jìn)一步的處理，以避免能源的浪費(fèi)。使用KNX對能源消耗有相當(dāng)大的影響，由于商業(yè)和公共建筑的規(guī)模，大型建筑的投資回報(bào)當(dāng)然比住宅建筑更快。然而，當(dāng)能源成本越高，在家庭應(yīng)用時的投資回報(bào)也就越顯著。

相較于常規(guī)的智能建筑系統(tǒng)安裝，每個功能都需要通過一根或多根電纜來實(shí)現(xiàn)，每個設(shè)備僅用于一種功能，如果需要更改功能，則必須更改物理安裝。相較于KNX的安裝，所有信息僅需一根電纜（總線）來進(jìn)行傳輸，功能取決于編程方式，且可以在不改變安裝的情況下改變功能，單一設(shè)備可以多重使用，在一個網(wǎng)絡(luò)中可有超過65000臺設(shè)備具有地址分配，擁有更多的應(yīng)用優(yōu)勢。

由ST推出的STKNX是用于KNX TP（雙絞線）通信的收發(fā)器。器件采用小型封裝，具有很少的外部組件，使KNX節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)非常緊湊。器件具有一個簡單的微控制器接口，可輕松替代基于分立組件實(shí)現(xiàn)的物理層。

STKNX器件具有兩個集成穩(wěn)壓器，供外部應(yīng)用使用，包括可選的3.3 V/5 V - 20 mA線性穩(wěn)壓器，和可調(diào)節(jié)的1 V至12 V - 150 mA高效率DC/DC降壓型開關(guān)轉(zhuǎn)換器。器件集成KNX總線電源提取器，支持高達(dá)30 mA的總線電流，可為外部器件供電并滿足STKNX收發(fā)器的電力需求，同時器件還根據(jù)KNX規(guī)范限制總線電流轉(zhuǎn)換速率。STKNX可確保與總線的安全耦合，并在總線電源過耗時，提供總線監(jiān)控警告。

STKNX器件采用超薄小腳距4x4mm VQFNPN24封裝，通過KNX認(rèn)證、支持KNX TP1-256標(biāo)準(zhǔn)，可輕松連接微控制器（如STM32），是超小的系統(tǒng)解決方案，具有兩個集成穩(wěn)壓器，供應(yīng)用外部使用，無需晶振，工作溫度范圍為-40℃至+85℃。

STKNX器件結(jié)合STM32微控制器，可搭配合作伙伴TAPKO或Shufan KAIStack的KNX協(xié)議棧軟件支持，在ST與TAPKO的密切合作下，共同開發(fā)STKNX器件，并通過KNX認(rèn)證，可提供KNX雙絞線應(yīng)用的完整解決方案。