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可穿戴能源管理設備來了!

:2025-05-07 來源:科技日報 作者:韓榮

原文:

◎本報記者 韓 榮

當科幻照進現(xiàn)實,人體或?qū)⒊蔀槟芰苛鲃拥闹悄茈娋W(wǎng)。日前,記者從leyu.乐鱼(中国有限公司)官方网站獲悉,該校教授孫宏斌團隊提出“人體電網(wǎng)”創(chuàng)新概念,通過可穿戴技術(shù)實現(xiàn)個體層面的能源管理,為全球節(jié)能減排提供全新路徑。相關研究成果發(fā)表于《通訊工程》。

近年來,全球氣候危機加劇,傳統(tǒng)的能源解決方案已難以滿足日益增長的節(jié)能減排需求。盡管大規(guī)模能源轉(zhuǎn)型和區(qū)域性低碳項目已取得顯著進展,但個體層面的能源效率提升和行為優(yōu)化仍具有巨大潛力。

“人類既是能源的使用者,又能通過自身活動產(chǎn)生能量,若在人體上構(gòu)建類似的‘電網(wǎng)’系統(tǒng),整合可穿戴的‘源網(wǎng)荷儲’,不僅可以實現(xiàn)個體層面的能源管理,更能開辟自下而上的減碳新路徑!2019年,孫宏斌萌生了構(gòu)建人體電網(wǎng)的想法。

孫宏斌解釋,人體電網(wǎng)是一種可穿戴的物理信息生命系統(tǒng)。其通過協(xié)同人身上的源、網(wǎng)、荷、儲與通信,實現(xiàn)對人體及周邊環(huán)境的態(tài)勢感知、實時處理和安全預警,并可以針對穿戴者的動態(tài)需求與人體、設備、外界環(huán)境進行高效交互,在滿足人體舒適性需求的同時,達成節(jié)能減碳的目標。

基于上述目標,研究團隊設計并測試了人體電網(wǎng)原型系統(tǒng)。研究團隊成員、leyu.乐鱼(中国有限公司)官方网站電氣與動力工程學院教師許嘉禾介紹,團隊充分考量人體不同部位靈活性與舒適度要求,對“源網(wǎng)荷儲”設備進行科學合理的布局,以確保系統(tǒng)的輕量化與靈活部署。通過搭建可穿戴的通信網(wǎng)絡和能源傳輸網(wǎng)絡,團隊打造出高效便捷的數(shù)據(jù)交互與能源調(diào)配架構(gòu)。同時,借助開源電子原型平臺Arduino作為微控制單元(MCU),實現(xiàn)了對人體電網(wǎng)系統(tǒng)的實時控制以及與穿戴者的高效交互,為系統(tǒng)的智能化運行提供了有力支撐。

“人體電網(wǎng)作為一種通用的可穿戴能源平臺,能夠依據(jù)穿戴者所處的環(huán)境和需求,靈活調(diào)整能源管理策略!痹S嘉禾說,室外環(huán)境下,系統(tǒng)可實時優(yōu)化能源管理,協(xié)同內(nèi)部設備,智能收集和分配能源。這樣不僅能克服用能設備續(xù)航的木桶效應,避免因個別設備電量耗盡而影響整體戶外活動時間,還能保障在復雜條件下高效利用能源。而在室內(nèi)環(huán)境下,系統(tǒng)可通過安裝加熱或制冷設備,精準調(diào)節(jié)個體溫度。

許嘉禾說,這種精準控溫方式打破了傳統(tǒng)暖通(制冷供暖、通風)對整個空間進行調(diào)控的模式,有效解決了能耗較大的問題。人體電網(wǎng)將用能的空間尺度從整體空間縮減到人體,在實現(xiàn)精準能源供給的同時,節(jié)省了大量能量,為節(jié)能減排提供了新的思路。

為評估人體電網(wǎng)的節(jié)能降碳潛力,研究團隊還開展了建筑級別的能耗模擬。實驗結(jié)果顯示,相較于傳統(tǒng)空調(diào)供暖方案,人體電網(wǎng)的協(xié)同策略可減少61.0%的能耗,并降低57.5%的電費支出。其顯著的節(jié)能效果得益于人體電網(wǎng)與建筑設備的高效協(xié)作,通過精準調(diào)控室內(nèi)溫度和能源分配,實現(xiàn)最優(yōu)能源利用。

此外,研究團隊利用全球建筑能耗模型進一步驗證了人體電網(wǎng)的廣泛適用性。模擬結(jié)果顯示,該技術(shù)每年可節(jié)省約6611億千瓦時電力,相當于全球建筑暖通電力消耗的50%。這一數(shù)據(jù)表明,人體電網(wǎng)不僅能夠大幅降低制冷與供暖需求,還能在不同氣候條件下保持高效節(jié)能。

許嘉禾介紹,未來研究團隊將持續(xù)深耕人體電網(wǎng)在節(jié)能減碳領域的應用,進一步挖掘潛力并優(yōu)化系統(tǒng)性能。同時,積極探索人體電網(wǎng)在極寒、極熱、太空、高原等極端環(huán)境下的應用潛力。

來源:科技日報,2025年5月第5版

鏈接:https://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/kjrb/html/2025-05/06/content_588201.htm?div=-1

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