世界は、仮想現実、エッジ コンピューティング、人工知能 (AI) などのテクノロジーによって、デジタル化へとさらに進んでいます。このようなテクノロジーを使用して、人間の依存を最小限に抑えながら自律的に動作することを「スマート」と呼ぶようになりました。一般的な例としては、スマートフォン、スマート ウォッチ、スマート シティなどがあります。都市について語るとき、最初に頭に浮かぶのは建物であり、それは人間にとって最も基本的な要件です。これにより、人がそこに住んでいる限り、建物を運営し続けるための資源に対する終わりのない需要が生まれます。
現在、スマート シティの概念が導入され、建物はスマート化するためにデジタル化が必要な主要な構造物と見なされています。一方、デジタル化や開発プロジェクトの急速な拡大に伴い、エネルギー需要も急速に増加しています。現代社会では、住宅や商業ビルは、これまで以上に複雑な性能要件を満たすことが求められており、最も電力を必要とする分野の1つです。先進国では、建物だけで消費されるエネルギーは、消費されるエネルギー全体の20～40パーセントを占めています。これにより、温室効果ガスの排出に大きく寄与しており、地球温暖化は現在、警戒すべきレベルに達しています。
今度はエネルギーを節約するためにデジタル化を再度利用することで、建物内でよりエネルギー効率の高い対策を講じることができます。IoT（モノのインターネット）や再生可能エネルギー源などのテクノロジーを利用することで、新築または既存の建物をほぼゼロエネルギーの建物（NZEB）に変えることができます。これらの建物は、代替エネルギー源を使用して必要なエネルギーのほとんどを地元で生成できるため、環境への影響はほとんどまたはまったくありません。これにより、エネルギーを節約する大きな機会が生まれ、すでにさまざまなアプローチが実施されています。IoTは、エネルギー消費を削減し、持続可能な開発目標を達成するための最も重要なテクノロジーの1つです。
建物におけるIoTの統合を理解する
あらゆるIoTデバイスの主な目的は、どこに展開されてもシームレスなインターネット接続を提供することです。これにより、人間の介入の有無にかかわらず、インテリジェント空間内のガジェットと機器間のシームレスな相互作用が可能になる可能性があります。遠隔地でもインターネット接続が簡単に利用できるようになり、単純なセンサーから家電製品、スマートフォンに至るまで、スマートデバイスはあらゆる場所に存在しています。スマート ビルディング は、IoTを使用して「スマート」にできる多くのコンポーネントで構成されており、 電力消費を削減 し、建物をより環境に優しいものにすることを目指しています。
IoTソリューションは、インターネットを介したスマート アルゴリズムとクラウドベースのテクノロジーの助けを借りて、建物内に配置された再生可能エネルギーの有効な利用を可能にします。これによりユーザーに柔軟性が与えられ、スマートで持続可能な都市の開発に貢献します。欧州の 建物のエネルギー性能に関する指令 (EPBD) によれば、「スマート ビルディング」という用語は、環境要因とユーザーの要求に反応する インテリジェントな監視、自動制御、診断、障害検出、監視のためのセンサー システムを備えた、ほぼゼロ エネルギーのビルディングを指します。
建物では、建物のエネルギー管理システムを最適化およびサポートするためのIoTデバイスのデータ収集ソースとして使用できる、無数の操作が行われています。たとえば、屋内の人検知および位置決めシステムを採用すると、照明条件、窓のブラインドの位置、全体的なHVAC (暖房、換気、空調) システムを制御することができます。Seeed Technologyの統合ドライバ チップを搭載した WS2812S RGB LEDは、インテリジェントな照明制御と信号再形成増幅駆動回路を提供します。
さらに、 建築プログラミング を活用して、建設の初期段階でIoTソリューションを統合することもできます。これにより、コストが削減され、既存の建物の再設計が回避されるため、プロジェクトの効率が向上します。
エネルギー効率を実現するためのスマートビルの典型的なレイアウト（画像提供：Energies 2022, 15, 5991）
省エネビル実現に向けた取り組み
エネルギー効率を最適化する際には、建物のライフサイクルのすべての段階を考慮する必要があります。持続可能な建物の将来は、これらの段階で取得されたパフォーマンス データにかかっているからです。各タイプの建物にはエネルギー消費に影響を与える静的要因と動的要因がそれぞれ異なり、収集されたデータに基づいてモデル化できます。このモデルにより、データを定量化し、エネルギー効率を達成するための戦略を提案できるようになります。これらすべての要素を念頭に置いて、次の対策を講じることでエネルギー効率の高い建物を実現できます。
建物の監視
すべての建物に共通の設計はないため、エネルギー消費量、建物居住者の行動、設置された再生可能エネルギー源によって生成される総エネルギー量などのデータを収集することが、エネルギー使用の最適化に向けた第一歩となります。このデータは、建物の居住者の快適性を損なうことなく、エネルギー効率の高い方法でデバイスを制御するために使用できるモデルを作成するために使用されます。InvenSenseの MD-42688-P マルチセンサー ワイヤレス モジュールは、IoTアプリケーションに適したデータ収集と監視を提供します。
自動化システム
IoTデバイスを導入すると、センサーの助けを借りて、建物内の多くの操作を自動化できます。 HVACや照明などのサブシステムは、居住者の存在に基づいて制御できます。望ましくない行動や、安全なエリア内での不審な人物の存在を追跡することで、建物のセキュリティも向上できます。DFRobotの SEN0395センサー は、波動レーダー技術を使用して9メートルの範囲内で人間の存在を検出できる製品の1つです。
フィードバックとユーザーの関与
これらすべてのエネルギー効率の高いシステムの運用は、居住者の快適性を中心に展開されるため、時折のユーザーからのフィードバックも非常に重要になります。これにより、システムは継続的に動作を調整できるようになり、ユーザーは基盤となるシステムに入力できるようになります。
エネルギー効率の高い設計で未来に備える
建物内でのエネルギーの利用方法に大きな影響を与える可能性のあるコンセプトを生み出すために、すでに多くの研究が行われています。初期のソリューションは、建物のライフサイクル全体を評価するためのさまざまな機能を備えたシミュレーション ツールに基づいていました。その後、上で説明したエネルギー効率の高い対策の助けを借りてインフラストラクチャが構築されますが、コストや展開の難しさの点で制約となる場合があります。現在、AIテクノロジーの進歩により、AIは上記の問題を解決するためのインテリジェントな意思決定を行う手段と見なされています。これらすべての技術は、スマートビルの未来への足がかりとなります。
