智能化技术广泛应用 我国白电发展之路

    以冰箱、洗衣机、空调为代表的白色家电是住宅中主要的耗能器具，白色家电的电力消耗约占家庭全部电力消耗的2/3。从家用电器诞生起，完善的功能、便利的操作以及智能化一直是家电技术发展的重要课题。而构成家电产品智能化的三个组成部分为信息交换、信息获得和协调运行。

    信息交换——网络技术

    20世纪80年代后，电子技术，特别是计算机技术在家用电器领域得到广泛应用，使得家用电器控制系统的功能不断完善，自动控制功能越来越丰富。家电智能化在这一时期的主要特征是产品具备更为完善的自主运行能力。

    1999年，意大利家电企业梅洛尼公司展示了世界上第一台通过互联网和GSM无线网控制的洗衣机，从此网络化成为家电智能化技术发展的新方向。梅洛尼公司的网络洗衣机使用“Web功能电器协议”(WRAP)与电器产品或住宅内的监控装置进行信息交换，用户可以通过个人Web页面，随时检查机器的运转状态，远程启动产品接受电子邮件信息或手机短信息，人机界面为荧光显示屏。梅洛尼公司为这种新型洗衣机开通了24小时远程服务，并定期对软件进行升级，一旦监控中心发现洗衣机发生故障，就会通知维修人员前往维修。此外，监控中心还能对用户产品的使用情况进行监控，并及时向用户提出建议，提高洗涤的效率和效益。

    在原有家电的基础上，扩展联网功能，即家电+电视是网络家电的特征，这类网络家电通常被称为智能家电。智能家电主要突出产品的远程控制功能，用户可以通过移动电话和计算机终端对网络家电进行一对一操作，同时将计算机的功能附加到家电产品上。但是，家电产品的自身功能和应用方式并未发生太大变化，由于价格较高，新增功能对于多数用户来说并没有实际意义。这类可以上网的智能家电，除了认识方面的价值和宣传方面的作用外，最大的意义是使家电产品具备了信息交换能力。受技术发展水平制约，智能家电的技术发展潜力并未得到发挥，在市场上没有太大影响。不管是称为网络家电还是信息家电，这类家电基本上是与互联网的简单组合。

    多媒体智能冰箱可能是这一时期家电智能化技术比较具有代表性的产品。除了观看电视，配备平板电视显示屏的多媒体冰箱可以连接各类外接设备，包括连接计算机。智能化冰箱可以显示出冰箱内食品的数量、保质期、最佳保存方法和烹调方式，还可以作为普通电视机和收音机使用。另外，智能化冰箱能够根据主人的设置，告知用户冰箱里缺少什么，用户可以根据自己的需要选择购买，有的冰箱甚至可以通过电脑程序自动联系超市送货。

    按照类似的思路，几乎所有智能家电都可以安装一台具备上网功能的电视机。其实，对于在厨房忙碌的家庭主妇而言，显示器更重要的作用是能够同时照看在另一个房间玩耍的孩子，或者知道按响门铃的人是邮递员还是来访的朋友，于是出现了将所有智能家电的多媒体界面功能集中在一个专用显示器上的方案。

    由于当今的智能化住宅管理系统本身具备较为完善的自主管理能力，多数的管理操作可以自动完成，一般情况下不需要远程人工干预。例如，利用全室环境管理功能，当住宅内无人时，智能化空调系统可以利用通风或其他方式以最低的功率将房间维持在预置的无人模式规定的温/湿度范围，而人进入房间数分钟后就可将温/湿度自动调节到适宜的范围。此外，在正常的使用条件下，家用电器在寿命周期内的故障率已经大大降低，而控制功能完善的家电产品通常具备较为完善的故障自诊断功能，那么利用联网功能自动向生产商报告故障的功能并无实际意义。

    住宅信息化网络技术的发展，为网络家电拓展了新的发展领域，家电产品只需与住宅内的信息网络相连，就可以通过家庭网关与互联网相连，并不需要每台家电都具备直接联接互联网的功能。日本在2003年前后开展的网络家电应用试验结果表明，集中控制能够提高家电产品的能源利用效率，只要把白色家电系统化，就能够保存单个产品无法保留的运行记录和来自各种传感器的数据。除了节能方面的意义，白色家电的信息化将赋予家用电器新的功能。

    2007年，美国惠普公司开始销售被称为“完美的厨房计算机”的HP TouchSmart PC系列计算机。对厨房电器的管理通常采用图形菜单的操作界面，使用触摸屏作为显示器和操作界面比使用常规键盘更适合。在配备显示屏的厨房家电产品不断出现的背景下，这种计算机的问世改变了厨房遍布显示屏的情况。利用家电产品的联网功能，将各种家电产品的显示功能集中在计算机上，简化了对家电器具的管理。

    如今，网络家电的概念已不再是互联网普及初期的家电+电视机。恰恰相反，由于网络家电通常不再需要多媒体功能以及直接与互联网相连，不但无需大大小小的彩色显示屏，也许连原有的家电操作界面也不再需要，仅保留在离网时默认的自动运行方式的应急操作界面即可。复杂的功能设定由专家系统辅助，用户只需给定一些个性化的参数，就能够自主完成全过程的运行管理，操作界面则集中到某台配备显示器的通用控制器或标准PC上。美国英特尔公司推出的智能家电管理终端就是对住宅所有智能家电进行集中管理的界面。

    较有代表性的网络家电系统是日本松下电工公司2003年12月开始销售的、通过互联网对家电设备进行遥控操作的“Emit Home System”。该系统以名为“Homity”的控制器为中心，具有报告闯入者的“安全功能”、出门在外也能接待来客的“通信功能”、报告家人已回家等信息的“看护功能”、对照明设备开关进行远程操作的“控制器功能”、显示电表数及天气预报等内容的“服务功能”。

    同时，网络家电的发展也衍生了家电产品的服务型销售概念。伊莱克斯公司自1999年开始在瑞典旅游胜地哥德兰岛进行服务型销售试点。伊莱克斯公司免费向岛上的7000户居民提供所需的家用电器。根据协议，伊莱克斯公司每月按使用次数向用户收费，利用互联网对家用电器的使用情况进行监控。

    信息获得——传感技术

    传感器是家用电器获得信息的主要来源，对家电产品的智能化水平有着至关重要的作用。利用传感器提高产品性能是智能家电技术近年来的发展重点，除了提高电力电子器件和电机等核心部件的效率，运行过程和运行模式成为关注的焦点。白色家电的特点是具体的处理对象随用户使用而变化，以洗衣机为例，厂商并不清楚要洗的是何种衣物。如果想要进行更精确的控制，就需要通过传感器检测产品的状态，并根据检测到的信息进行控制。

    采用热源传感器改善房间空调运行效率的技术，在20世纪90年代初已经出现在日本市场。这类产品的运行模式是，利用热源传感器测定人体表面温度，并调节风量和风温。但这只能达到“可能舒适”的状态，用户并不一定真的舒适。使用者的判断标准各异，还会随着季节等外在因素发生变化。目前，白色家电在设计时主要考虑如何涵盖更大的范围，尚不能兼顾个体的不同需求。如果把能够判断出用户是否舒适的传感器安装在白色家电上，并应用于控制，白色家电会被赋予新的价值。想实现这个目标，检测人类感觉是必要的条件。目前，直接显示舒适性的感觉还无法检测，将脉搏、血压、出汗量等人体信息作为显示舒适性的信息是未来技术发展方向之一。

    松下公司将利用传感器技术减少家电产品过剩运行导致的效率损失的解决方案命名为“生态导航(ECO NAVI)”。2005年上市的温水冲洗马桶“瞬间温暖马桶”是该系列最早的产品。ECO NAVI使用多个传感器监控产品的运行状态和处理对象的状态，使家电器具在最佳状态下运行，从而在保持舒适性和便利性的同时减少能源浪费。在配备检测传感器前，相应的家电器具基本都是以最大值运行的，一定程度上存在浪费。松下公司通过增加传感器、提高监控精度以及更精确的控制调节措施，优化了运行状态，提高了节能效益。

    松下NA-V5600等洗衣干衣机为实现ECO NAVI功能，在原来的布量传感器基础上，增加了污渍传感器和汗渍传感器。产品可以根据3个传感器的数据判断衣物的脏度，决定洗涤程序的水量、时间及漂洗程序的水量。耗电量最多可以削减10%，水量最多可减少7%，洗涤时间最多可减少15%。布量传感器采用洗涤槽驱动用电机的电流值，污渍传感器采用可以判断水浑浊度的红外线传感器，汗渍传感器采用测量水电离度的电极传感器。最为复杂的是对应污渍程度设定的最佳运行模式，污渍程度有100多种，既可以满足洗衣机最关键的去污等基本性能的要求，还可以兼顾节能性。

    西门子公司2009年投放市场的洗衣机采用了3D SMART技术。三维传感技术能通过动感探测头收集滚筒洗衣机的运行轨迹数据，由控制单元根据需要对滚筒运转的方向和速度进行全程调控，使筒内衣物均匀分布，最大化利用筒内空间，从而实现8kg超大容量与小巧机型的均衡配置。西门子3D智能洗衣机所有操作都可以通过1个26mm×13mm的超大中文触摸屏实现，洗衣状况一目了然。自20世纪90年代以来，西门子滚筒洗衣机每公斤衣物耗电量下降了近40%，耗水量下降了近70%;冰箱耗电量下降了近80%，洗碗机耗电量和耗水量也分别下降40%和60%。该公司开发的Interlink系列厨电产品，实现了吸油烟机与灶具的联动——点火时吸油烟机自动启动，熄火时吸油烟机自动延时熄灭，既避免了油烟困扰，也减少了能源浪费。智能化吸油烟机可以根据烹饪时温度的变化，自动开关机和调节风量大小。采用智能化系统控制的洗碗机，可以根据餐具的脏污程度对洗涤程序进行自动调节，自动控制进水量和洗涤时间等。西门子公司还把智能记忆技术应用在热水器上。产品能记住用户的用水规律，在不用水时，热水器处于半工作状态，仅起保温作用;在用水时，热水器可以提前迅速提高水温，保证用户有足够的热水可用。

    采用射频识别技术的传感网络技术，俗称“物联网”，是近年来家电信息化技术的一个热点。该技术的特点是利用射频标签和标签识别装置，使家电产品获得处理对象的信息。例如，利用衣服上的射频标签，可以准确告知洗衣机应选择何种洗涤模式;利用食品包装上的射频标签，冰箱可以自动登记品种、数量、保质期以及存放时间;灶具可以按照射频标签的信息确定适宜的烹饪模式。射频识别技术完善了传感技术，但是，对于白色家电而言，在可以预期的将来，射频识别技术不可能取代其他传感技术。物联网技术只是家电产品智能化的一种工具，而不是全部。

    协调运行——系统管理

    优化运行管理是家用电器产品节能技术发展的主要方向，其中包括太阳能热水器与燃气热水器的联合运行，热泵系统与太阳能热水器或燃气热水器的联合运行，以及如何更好地利用夜间电网负荷低谷时段的低价电力。多种功能相同或相似的家用器具集成配置，大大增加了用户的操作工作量，而且由于存在运行优化的问题，用户实际上难以应付。解决的措施是利用信息技术从能源供求的角度将各自独立运行的家电产品，组成一个有机联系的能源系统，以优化运行管理。

    从运行管理优化的角度来看，家电智能化的要求是家电集中管理，这有利于及时对各末端的运行状态进行优化调节，最大限度提高住宅能源系统运行的经济性，降低燃气、电力和热能消耗。因此，白色家用电器智能化技术的发展目标之一，是使白色家电能够纳入HEMS(Home Energy Management Systems)的系统化管理范畴。为满足与HEMS进行信息交换的要求，可以通过不同的手段实现对家电产品运行参数的集中监控，从而实现对全住宅的能源相关装置进行系统化的优化运行管理，以最大限度降低能源费用支出。按照在美国、日本等地的试验运行情况来看，使用HEMS的节能潜力为5%～20%。

    智能化住宅管理系统通常是将住宅中包括家用电器和燃器具在内的所有智能器具进行集中管理的装置，即在一个操作界面上对所有器具进行集中管理。这种智能化管理方案可以利用家庭信息网络，成为相对复杂的管理系统的控制信息传输方式，简化了管理系统现场施工的复杂程度，使系统组态更加灵活，提高系统竞争力。

    日本住宅节能技术的发展方向是将住宅内的能源转换装置、蓄能装置和耗能装置进行系统化管理，所有相关装置的运行状态由HEMS集中监控。日本住宅节能技术侧重于可再生能源发电、热电联产、蓄电等方面，配备蓄电池的住宅电力系统在电网负荷高峰运行时段，可以离网运行。因此,类似欧美地区的需求响应型家用电器并未引起日本企业的关注。日本企业更重视家电产品运行过程的节能，例如通过传感器的应用提高产品性能，减少过剩运行需求从而降低能耗。

    美国通用电气公司为零净能耗住宅开发了智能电网用户端服务器以及具有双向通讯功能的智能电表。用户端服务器是智能电网与住宅之间的信息接口装置，也是住宅各种家电的集中管理装置，相关的信息都通过该服务器。通用电气公司的住宅能源管理器(HEM)将所有家用电器，包括太阳能光伏装置、风力发电装置、蓄电池等集中管理，利用易于操作的界面，简化复杂的管理工作。用户不仅可以实时监控住宅内所有家用电器的状态，了解住宅供用电等信息，还能够实现与电网数据中心的数据交换。