亞太科學教育論壇，第五期，第三冊，專題版二 (二零零四年十二月)
主編︰蘇詠梅
小學科學專題研習 - 衣、食、住、行
智慧型環保家居

學校：大埔舊墟公立學校    
組員：祁駿華同學、葉恩欣同學、文靖妍同學、李嘉穎同學、林志峰同學

教師：趙穎思老師、鄭少燕老師
 
意念
  
在日常生活中，人們經常因趕時間而忘記關燈或電掣，因而浪費大量能源。現今世界各地的人都開始意識到能源短缺的嚴重性，我們必須要好好利用和珍惜現有的資源，才能避免資源被耗盡的一天。

有見及此，我們構思出一個「智慧型環保家居」，當中不只利用高科技，如紅外線感應器、網上操控等方法去控制家居電器，還集合環保於一身，希望藉此善用能源和保護環境之外，並同時改善人們的生活質素。
 
 
目的
  

智慧家居的基本目標是為人們提供一個舒適、安全、方便和高效率的生活環境。首先是一個舒適的居住環境，對自己居住環境中的聽覺、視覺、味覺和嗅覺的要求也越來越高；同時也包括一個安全的家居環境，這其中既包括人身和家居財產的安全，如家居設備的安全和保安等。

另外，環保亦是一個重要元素，當中的設計都以「低成本高效益」的理念為主導；同時提供一個更健康的生活環境，當中更加插大量樹木綠化環境。
 
原理
  

這個「智慧型環保家居」中利用了閉合電路的原理。當物件經過感應器時，電流便會通過閉合電路，家電便會自行運作。例如:有人坐下時，書桌的燈便會發亮、有人進入門口時房燈便會自動亮著等。
 
設計

A. 智慧之處

門口

  • 感應地氈：當主人離開後，其他人踏上地氈，防盜系統便會啟動，發出聲響及開燈；
  • 指模探測。

客廳

  • 沙發柄裝有按鈕，只要按下按鈕，便可開啟電視及電燈；
  • 夏天時，可利用電話或上網啟動冷氣（可隨著溫度轉變和主人的需要而啟動）。

書房

  • 椅子裝有按鈕，只要按下按鈕，可開電腦及燈。

洗手間

  • 適應氣溫，如天氣寒冷，廁所板會變暖；
  • 伸手在洗手盆的水龍頭下面（裝有感應器），能自動開關；
  • 踏上洗手間地氈，廁所燈便會開燈，以及廁所板會自動打開；
  • 如廁後會自動沖廁；
  • 能控制熱水溫度。

廚房

  • 當使用煮食爐時，抽氣扇便會自動開啟。

房間

  • 睡在枕頭上，能通過感應器來關燈。

 

B. 環保之處

  • 四周廣植樹木，可綠化環境，令空氣更清新；
  • 全屋大部分的牆身都以玻璃代替，在白天時可不用開燈，節省能源；
  • 水龍頭設有感應器，會自動送水，減少浪費；
  • 裝有各種感應器，即使忘記關閉開關掣，也會自動關上；
  • 把垃圾分類，方便回收處理；
  • 冷氣有感應，可自動開關，節省電力；
  • 用花灑沐浴比在浴缸浸浴更省水；
  • 抽油煙機在使用火爐時會自行啟動；
  • 以環保材料塑出自然的生活環境；
  • 把水循環再用，減少浪費。
 
用途
  

1.家庭自動化

家庭自動化有很多方面，例如：在家中裝上感應器，並預早設定程式，如只要在深夜時有人走過，感應器便會自動亮起燈光，方便小朋友或老人家夜間上洗手間，亦可作保安之用；系統亦可輸入其他程式，如早上感應到家中有人起床，便立即啟動多士爐及咖啡壺，自動為屋主準備早餐，實現家電自動化。

智慧型環保家居的地台可裝設無線智能網絡，屋主可透過單一的控制板，便可控制全屋的窗簾、電燈、冷氣機、音響及電器等，使生活更舒適、更方便。

2.家庭保安和應急系統

(i)應急系統
如智能家居的門或窗被撬開或家中失火，警號會透過中央處理器發放到網上，再以電子郵件/掌上電腦及電話等渠道通知屋主及警方，以減低損失。又如家中有老弱婦孺，萬一他們遇有緊急事故，如有賊入屋或受傷之類，他們只需立即按下檯上顯示屏的緊急按鍵，電腦便會立即通知其他家人作出安排。

(ii)圖像處理技術
圖像處理技術是屬於資訊技術中一個層次比較高的技術。其中最典型的例子是智慧型防盜門，這種防盜門是不需要用普通鑰匙的，它的「鑰匙」是該家庭每個成員自己身上某個器官的特徵，如手指的指紋，或人臉的特寫，或眼睛中的虹膜等。這些人體的個人特徵，首先需要通過一些專用的裝置將它們收集，然後將他們作圖像資訊處理，並提取相應需要的特徵，最後根據這些特徵來析別出是否該家居中的成員。

(iii)網上監察
屋主能透過手機、掌上電腦及預先設定的網頁瀏覽器，網上監視家中一舉一動，另外當你外出時有客人到訪，你亦可搖控開啟大門，讓客人先進入屋內等候，避免「摸門釘」的尷尬情況出現。

3.家庭網絡

隨著個人電腦的普及、互聯網的興起、以及高科技設備的高速發展，愈來愈多家庭擁有多台電腦或資訊家電，為了分享彼此的資源、檔案或是共用一個網絡，「家居網絡」的概念便越來越受到重視。

「家居網絡」是指在家中的每個人都可以利用網絡的方式分享及聯結家中所有資訊設備、通訊器材、視聽設備，以及家電用品等，讓家庭中的成員可以藉由家庭網絡共享及控制這些設備。

家庭網絡對於設備的要求必須既簡單又低成本，無論是電源線、電話線、有線電視的線路都可以加以使用；至於無線的解決方案，則包括：無線電、紅外線等。

4.環保家居

環保家居是一個綜合性的概念，雖然到目前為止還沒有一個正規和嚴格的定義，簡單地說就是採用環保概念設計和使用家居，不但可以避免對人體潛在的傷害，而且使家居具有環保的功能。環保家居的目標是充份利用太陽能、風能、地熱、沼氣等各種自然資源，運用各種新技術、新理念，實現節能、節水、舒適及無污染。

如何實現家居環保，我們根據人們多年來的經驗總結出以下環保家居設計的基本原則：

  1. 充份利用自然能源，減少能源消耗。如利用太陽光、自然風等進行發電，開發節能家電產品等；
  2. 在空間組織、裝修設計、陳設藝術中儘量採用自然元素和健康環保材料樸素地塑造空間，創造自然的生活環境；
  3. 在樓宇及家居設計中充份考慮資源再用。如水的循環再用，垃圾的分類處理等；
  4. 開發和選用環保家電，實現節能、降噪音，同時盡量降低對環境的污染和對人體的損害；
  5. 在家居環境設計和研究中多注重功能、綠色、健康、生態等因素。

由於智能家居內裝有多種感應器，所以家中的中央電腦可憑各感應器的輸入而判斷家居的各種狀態，如家中各人熟睡或家中無人等，根據這些狀態，電腦除可作出自動化調較，使屋主感覺更舒適外，亦可設定省電模式，以節省能源。
 
總結
  

香港地少人多，人們生活在這個石屎森林裏，污染情況日漸嚴重，居住環境日漸變差。加上生活節奏急促，日常生活上的細節常常被忽視，以致大量資源被浪費。

反觀，智慧型環保家居則廣植樹木、綠化環境，提供一個鳥語花香、空氣清新的居住環境。同時全屋利用大量落地玻璃作為牆壁，白天時讓自然光透進來，減少耗電。此外，我們還用了其他智慧的高科技方法，以達至節省能源，減少浪費。

惡劣的居住環境，讓人不能寫意地生活，還因各種污染，而令健康受損。故此改善現今家居設計是刻不容緩的事。為了達成目標，我們必須積極推廣智慧型環保家居，向大眾說明它的好處，但這個嶄新的設計必須要得到不同人士及政府部門的支持及配合，才能促成改善居住環境的目標。
 
感想
  

為何我們要設計這個環保家居？這是因為人們不斷浪費資源，導致能源「瀕臨短缺」。為了減少這種情況的出現，我們便利用各種設計，從生活小處入手，以減少資源的浪費。

很多人都缺乏環保意識，不太了解能源短缺這個嚴重的危機，有見及此我們大膽設計出一個智慧型環保家居，希望藉此喚起人們的注意外，亦希望為不同人士帶來一點刺激，將相關概念實實在在地運用在現實生活中，令人們有一個既舒適又環保的居所。

可是，要做到以上各點，就必須有龐大的資金投入，並且須得到不同的機構，如政府各部門、電器生產商、網絡商等的配合才能實現。

完成這個設計後，我們決定要從小節做起，坐言起行，並且向不同的人宣傳這個智慧型環保家居的概念，希望人們會珍惜資源，共建無污家園。
 
參考
  
  1. "IN"的家: http://www.integer.com.hk
  2. Cisco: http://www.cisco.com
  3. LonWorks Technology used in Home automation and Building automation: http://www.echelon.com/Solutions/default.htm
  4. Electroux的智能雪櫃: http://www.electrolux.com/screenfridge/
  5. Panasonic: http://www.panasonic.com
  6. IHome智能家居: http://www.ihome.com.au/html/take/index.htm
  7. 智能化家居專業網站: http://www.smarthomecn.com
 
編者及評判的話
  
研習製成品製作精美，匯報手法突出，但部分設計如指模探測、變溫廁板等皆只有口頭匯報，如能把這些設計包括在製成品中，研習成果會有更大的可觀性。
上一頁
網上版版權為亞太科學教育論壇所有(2004) 小學科學專題研習-衣、食、住、行
Copyright (C) 2004 HKIEd APFSLT. Volume 5, Issue 3, Special Section 2 (Dec., 2004).