現(xiàn)代家庭中越來越多地擁有大量智能家居設備，包括：智能音箱、智能插座、智能網(wǎng)關、智能感應探測器及大量的智能家用電器等。大量智能家居設備一直處于通電狀態(tài)（外置電源或內(nèi)置電源），無論是否在工作狀態(tài)，一直在耗電。由于每一個設備的待機電流、待機功率很?。ㄈ缫粋€智能電源插座待機功率僅為2 w左右），并不被人們關注。但是，隨著設備數(shù)量的增加及時間的累積，其耗電量仍然是可觀的。
由于智能家居設備耗電量較小，目前國內(nèi)對此類問題鮮有研究，關注較少。對于智能家居系統(tǒng)的研究大多集中在其智能特性及功效的發(fā)揮，以滿足人們對舒適、便利的要求，忽視其在節(jié)能方面特性的發(fā)揮。本文對智能家居設備耗電的特點作出分析，并對減少智能家居系統(tǒng)耗電量提出對策、建議。
智能家居系統(tǒng)按設備連接方式劃分，可以分為有線方式、無線方式、有線及無線混合方式。本文重點討論無線智能家居系統(tǒng)，下文簡稱為“智能家居”。
智能家居系統(tǒng)耗電特性分析
智能家居系統(tǒng)設備分類
為討論方便，筆者將智能家居系統(tǒng)設備作如下分類：網(wǎng)絡連接設備、智能家居終端電器、智能家居控制設備。
下面作簡要說明：
a. 網(wǎng)絡連接設備包括：網(wǎng)絡（光纖）路由器、無線路由器、無線網(wǎng)關等。網(wǎng)絡連接設備是無線智能家居系統(tǒng)的基礎設施、必備條件。網(wǎng)絡連接設備一直處于信號聯(lián)通狀態(tài)，其設備本身一直在消耗電能。采用zigbee總線信號、wifi信號、藍牙信號等不同的連接方式，其設備所產(chǎn)生的能耗大小有所不同。
b. 智能家居終端電器包括：智能空調(diào)、智能電熱水器、智能馬桶、智能洗衣機、智能室內(nèi)環(huán)境調(diào)節(jié)電器（空氣凈化器、新風機等）、智能燈具等。智能家居終端電器的種類比較多，而且在不斷地豐富。
c. 智能家居控制設備包括：智能插座、ai音箱、觸屏音箱、智能控制面板、感應探測器、環(huán)境測量儀等。許多控制設備并不是獨立存在的，而是以終端設備一體化的形式存在。ai音箱、觸屏音箱、環(huán)境測量儀等設備既是控制設備，也是終端設備。對于無線智能家居系統(tǒng)，手機、ipad等移動設備亦可參與控制。
智能家居系統(tǒng)設備耗電特點分析
所有帶有智能功能電器的使用均會產(chǎn)生附加能耗，此部分附加能耗可稱其為“智能系統(tǒng)能耗”。
智能家居系統(tǒng)設備一般沒有機械式電源開關，無電源完全關斷時間，只要插上電源線，每天24 h處于工作狀態(tài)或待機狀態(tài)。下面舉例說明。
智能音箱一直獲取音頻信號，對音頻信號進行快速計算分析，根據(jù)計算分析判斷音頻信號是否為語音信號。若是語音信號，則判斷語音信號的譜幅度值是否超過預設值，若是則智能音箱進入工作模式，故智能音箱一直處于耗電狀態(tài)。
智能插座內(nèi)置電源轉換模塊、主控制模塊、通信模塊，可以隨時接收手機app程序控制指令信號、內(nèi)置程序控制信號、家庭網(wǎng)關控制信號等，根據(jù)接收到的指令信號來完成相應動作，實現(xiàn)相應的控制功能，故智能插座一直處于耗電狀態(tài)。
智能插座可以作為家用電器的定時開關，實現(xiàn)家用電器設備在無效待機時間段的電源關斷，從而節(jié)約了家用電器不必要的電能消耗，智能插座可在節(jié)約用電方面發(fā)揮重要作用。由于智能插座自身一直處于待機狀態(tài)，其實它本身也在一直耗電。如果采用1個智能插座來減少1個微波爐的待機耗電（待機耗電功率約為1 w），智能插座自身的耗電量可能超過微波爐的待機耗電量，將會得不償失。
智能家居設備能耗主要來源于3個方面：電源轉換單元耗電、通信系統(tǒng)耗電、控制系統(tǒng)耗電。
根據(jù)以上舉例分析，所有智能家居設備為實現(xiàn)其智能控制功能，均會產(chǎn)生“智能系統(tǒng)能耗”，消耗電能。即“智能”依賴于“耗能”，智能家居系統(tǒng)的能耗是其固有屬性。
智能家居系統(tǒng)設備耗電量測量
每一臺智能家居設備的工作電流、待機電流值都是非常小的，一般是毫安級的。筆者采用高精度鉗形電流表對智能家居設備進行了抽樣測量（如圖1～圖7所示），表1為某品牌智能家居設備待機電流值測量結果，供同行參考。
從以上測量結果看，智能電源插座、智能無線網(wǎng)關的待機耗電功率約為2 w，如果1個家庭有10個類似設備，相當于1個20 w的白熾燈一直處于點亮狀態(tài)?，F(xiàn)在家庭使用率較高的ai智能音箱待機功率相對較大，達到5.7～7.5 w。帶有顯示屏的智能家居設備耗電功率會大一些，如室內(nèi)溫濕度測量儀。
以1個家庭為例分析，假設1個家庭安裝1個智能無線網(wǎng)關、1個ai智能音箱、5個智能電源插座。一年按365天計算，7個智能家居設備的待機耗電量約為179 kwh，可以說這是一個既可以忽略又不可以忽略的能耗。
資料顯示，2018年全球智能音箱總出貨量高達8 000多萬臺，其總耗電量是驚人的。
智能家居設備從無到有，并呈現(xiàn)快速上升的趨勢。隨著家庭智能化水平的提高，智能家居設備的普及，智能家居設備的耗電將成為一種新型的耗電類別。對于智能家居設備的耗電研究，目前比較缺乏，缺少系統(tǒng)性統(tǒng)計分析及系統(tǒng)研究。本文拋磚引玉，希望引起同行對該問題的關注。
智能家居系統(tǒng)的節(jié)能特性分析
節(jié)能是智能家居系統(tǒng)的天然屬性
智能家居設備可以控制家用電器的開、關，可以減少家用電器的無效待機耗電時間。通過智能控制實現(xiàn)家庭電器設備的優(yōu)化、經(jīng)濟運行、減少無效能耗，從而達到節(jié)能的目的。因此，節(jié)能亦是智能家居系統(tǒng)的天然屬性。
智能家居設備是在傳統(tǒng)的家庭電器設備上附加了智能功能，智能功能包括：定時控制、聯(lián)動控制、邏輯控制、場景控制、感應控制、自適應控制、環(huán)境監(jiān)測、信息識別、信息的顯示與傳輸?shù)取?br>
智能家居系統(tǒng)的智能特性可實現(xiàn)三大目標滿足（如圖8所示），即：功能性滿足、舒適性滿足、節(jié)能性滿足。
功能性滿足：系統(tǒng)可實現(xiàn)常規(guī)手段無法實現(xiàn)或不好實現(xiàn)的功能；便捷性滿足：系統(tǒng)可通過更便捷的方式實現(xiàn)想要實現(xiàn)的功能，為人們帶來心理愉悅；節(jié)能性滿足：在滿足功能性、舒適性要求的基礎上，產(chǎn)生附加的節(jié)能效果。
智能家居系統(tǒng)的興起與發(fā)展，首先依賴于其提供了新的使用功能，可以實現(xiàn)傳統(tǒng)的自動控制不好實現(xiàn)的功能，其最顯著的特點是可以方便地實現(xiàn)人機交互、柔性控制、功能可變。以燈光控制為例，不僅僅是可以實現(xiàn)燈光的場景控制、一鍵開關控制，而且可以通過感知環(huán)境狀態(tài)實現(xiàn)更加“聰明”的控制，控制邏輯、控制組合、控制方式可隨意改變。如探測器感知衛(wèi)生間無人移動時間超過設置值（時間可隨意設置），系統(tǒng)可以自動關閉燈具或排氣扇。這種家庭設備自動智能運行的結果，減少了家庭電器設備無效運行的電耗及無效運行的設備損耗。
智能家居設備不僅為用戶帶來功能性滿足，而且提供了良好的使用體驗，得到便捷性滿足，給使用者帶來愉悅。如智能ai音箱、智能觸屏音箱等，為使用者帶來視覺、聽覺及心理的愉悅。這些所有美好的體驗均以消耗電能為代價，智能的提升伴隨著電能消耗量的增加。
智能家居系統(tǒng)在實現(xiàn)家庭電器設備有序運行的同時，可以實現(xiàn)家用電器的節(jié)能運行。另一方面智能家居系統(tǒng)自身也產(chǎn)生能耗，智能家居系統(tǒng)具有節(jié)能與能耗的雙重性?？梢酝ㄟ^智能家居系統(tǒng)的節(jié)能設計來抵消其自身的能耗。
智能家居系統(tǒng)的設計應該考慮節(jié)能設計，節(jié)能設計應成為智能家居系統(tǒng)設計的重要組成部分。
智能家居系統(tǒng)的節(jié)能途徑
智能家居系統(tǒng)實現(xiàn)節(jié)能的基本途徑包括運行時間控制、功率輸出控制，滿足人們對環(huán)境需求的前提下，盡量減少設備運行時間、減少其功率輸出，達到減少電能消耗的目的。目前智能家居控制方式以開關量控制為主，較多采用時間控制方式?？照{(diào)系統(tǒng)、新風系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)設備可通過調(diào)節(jié)冷量、熱量、風量，合理減少其功率輸出（滿足舒適度的前提下），達到減少能源消耗的目的。
可以減少的用電負荷包括：照明負荷、環(huán)境制冷或制熱負荷、通風負荷、空氣凈化設備負荷、水加熱負荷、家用電器待機消耗負荷等。
智能家居系統(tǒng)節(jié)能方式舉例見表2。從表2可以看出，智能家居控制設備可以很方便地實現(xiàn)家用電器設備的節(jié)能。
智能家居系統(tǒng)的節(jié)能效果分析
案例分析
以1個實例進行智能家居系統(tǒng)的節(jié)能效果分析，假設的控制方案如圖9所示。
圖9通過1個智能電源插座控制1臺電視機及1臺有線電視機頂盒的電源開閉狀態(tài)來減少待機電耗。下面分析一下該控制方案的節(jié)能效果。
待機功率設定：設定1臺55 in液晶電視的待機功率為1 w，有線電視機頂盒的待機功率為15 w，智能插座的待機功率為2 w。
待機時間設定：按1年365天及工作日為250天考慮，并假定為雙職工家庭，平時白天家中無人。無效待機時間參考圖10確定。
將圖10中示意的時間段1（6 h）、時間段3（9 h）的設備待機時間設定為無效待機時間，即在該時間段內(nèi)，電視及機頂盒的待機沒有意義，浪費能源。則：電視及機頂盒無效待機消耗電量（1年）=（16 w × 6 h × 365 + 16 w × 9 h × 250）/ 1 000 = 71 kwh。
智能電源插座消耗電量（1年）= 2 w × 24 h × 365 / 1 000 = 17.5 kwh。
實際減少電量消耗量= 71 kwh - 17.5 kwh = 53.5 kwh。
對于圖9所示節(jié)電控制方案，根據(jù)以上計算可以看出，如不考慮智能控制設備的自身耗電，電視及機頂盒無效待機消耗電量可以減少71 kwh。由于智能電源插座自身的耗電，額外新增了17.5k w的耗電量，電器無效待機消耗電量實際減少53.5 kwh。
以上節(jié)能控制方案示例及節(jié)能效果分析方法，同樣適用于其它家用電器，本文不再贅述。
節(jié)能效果評價及策略探討
根據(jù)以上案例分析看出，對于智能家居系統(tǒng)的節(jié)能評價應考慮智能家居設備的自身耗電。即：智能家居系統(tǒng)節(jié)電量 = 終端電器設備節(jié)電量 - 智能家居設備耗電量。
可通過智能家居系統(tǒng)的節(jié)能來抵消智能家居設備的自身能耗，實現(xiàn)智能家居控制設備的“零能耗”。
提高智能家居系統(tǒng)的節(jié)能功效需要考慮以下方面：
a. 需要考慮智能家居設備自身的耗電特性，合理規(guī)劃節(jié)能控制方案。例如，利用1個智能電源插座控制1臺電視機的待機耗電，其節(jié)能功效是負的。宜對家用電器設備進行組合控制，盡量采用1個智能插座控制多臺家用電器設備。
b. 應關注智能家居控制設備的待機功率參數(shù)，考慮采用耗電量小的設備。
c. 宜對待機功率較大的電器設備實施節(jié)能控制。
結語
隨著智能家居設備的普及化，智能家居系統(tǒng)將成為住宅建筑的基本配置。智能家居設備的能耗問題會越來越突出，應該引起更多的關注。為減少智能家居系統(tǒng)能耗、提升家庭電氣系統(tǒng)的節(jié)能效果，可以采取以下措施：
a. 降低智能家居系統(tǒng)設備的自身耗電，并利用智能家居系統(tǒng)節(jié)能控制來減少家用電器設備的耗電，是減少智能家居系統(tǒng)能耗的基本策略。
b. 降低智能家居設備待機損耗及工作能耗，應實施建立智能家居設備的能耗標準，建立我國完善的待機功率監(jiān)管體系，降低待機損耗。
c. 節(jié)能設計應作為智能家居系統(tǒng)設計的重要組成部分，將智能家居系統(tǒng)的特性作為住宅建筑節(jié)能設計的有效手段。在滿足舒適性、便利性的基礎上，兼顧節(jié)能設計要求，為提高人的行為節(jié)能創(chuàng)造條件。
d. 利用智能電源插座來減少家用電器設備的待機耗電量，是智能家居系統(tǒng)節(jié)能的重要手段之一?？梢圆捎?ldquo;一鍵開關”控制、定時控制、感應控制、語音控制等控制方式，并可同時提高家庭用電的安全性。
e. 智能家居系統(tǒng)的節(jié)能設計應進行整體性考慮，應進行節(jié)能效果的評估。不能將節(jié)能措施作為“點綴”，不能為了節(jié)能設計而節(jié)能設計，要以最終的節(jié)能效果為導向。需要評估和計算智能家居設備自身的耗電量，保證節(jié)省電量大于智能控制設備自身的耗電量。
對于b項措施，需要依靠國家技術法規(guī)及相關行業(yè)協(xié)會的技術標準來實現(xiàn)。對于其它項措施，可以通過住宅電氣設計者的探索與努力來實現(xiàn)。
應將無線智能家居系統(tǒng)設計融入建筑電氣設計中。智能家居系統(tǒng)無線連接在設計圖紙中如何來表達，智能家居控制的邏輯關系如何在設計圖紙中表達，對傳統(tǒng)的建筑智能化系統(tǒng)設計提出挑戰(zhàn)，需要不斷探索與實踐。
本文對無線智能家居設備自身待機耗電的情況和智能家居系統(tǒng)的節(jié)能策略進行了分析，提出“智能能耗”概念，對智能家居系統(tǒng)節(jié)能評價方式進行探索。希望更多的同行能夠關注智能家居設備的能耗問題，通過智能家居系統(tǒng)的節(jié)能設計為社會的節(jié)能減排作出貢獻。