Casas Conectadas e Edifícios Inteligentes

Com a diminuição dos custos da tecnologia, os consumidores se interessando mais por soluções de casas conectadas e maior dependência da eficiência da nuvem, as soluções para automação residencial têm reinado livre para se tornarem mais sofisticadas e acessíveis.

O mercado global de automação residencial agora abrange todos os elementos controláveis na casa moderna. Dispositivos de iluminação, aparelhos, entretenimento e acesso conectados estão todos disponíveis comercialmente para instalação profissional e DIY.

Impulsionados por preocupações de proteção e segurança, potencial de economia de energia e conveniência, os principais elementos de automação residencial de iluminação, segurança, proteção, entretenimento, climatização e gerenciamento de energia são agora controláveis usando tecnologias existentes. Essa convergência de drivers e tecnologias de mercado resultou em um significativo potencial de crescimento do mercado, com valores globais de mercado estimados em $3,6 bilhões em 2012 e crescendo para $16,4 bilhões em 2019. Esse crescimento está sendo liderado pela América do Norte, com uma participação total de mercado de 40,7% das instalações globais^{de automação residencial 1}.

Empresas de segurança estabelecidas, como a ADT², estão aproveitando a tendência da casa conectada como base para ofertas expandidas de automação residencial através do SHaaS (Smart Home as a Service). Além disso, provedores de banda larga como AT&T e Comcast, e empresas de energia, como a British Gas, também criaram novos fluxos de receita através do SHaaS³. As operadoras de banda larga, cabo e energia estão posicionadas exclusivamente para ter sucesso neste mercado, pois têm milhões de clientes que dependem de seus serviços para gerenciamento de energia e acesso a dados.

Uma vez que esses provedores de serviços raramente projetam seus próprios componentes, uma ampla gama de elementos de fixação comercialmente disponíveis, interoperáveis e facilmente implantados – como relés, comutadores, conectores, sensores, componentes passivos – é necessário e crítico para o crescimento do mercado de SHaaS.

O consumidor conectado é um grande impulsionador para o setor da casa conectada. Setenta e oito por cento dos consumidores dos EUA possuem dispositivos móveis, e percebem o valor de controlar funções domésticas, como sistemas de aquecimento e resfriamento, de qualquer lugar onde estejam. Ser capaz de ajustar a temperatura da sua casa quando você está escritório ou verificar se uma porta está trancada era algo impossível há 10 anos.

Os recursos inerentes de rastreamento GPS em dispositivos móveis criam novas opções de aplicativos através do geo-rastreamento, como a capacidade de desbloquear uma porta e acender as luzes à medida que um proprietário entra em sua garagem. Outros recursos são habilitados por interfaces para dispositivos vestíveis pessoais, como dispositivos^{de condicionamento físico e monitoramento de saúde 4} que podem sinalizar um sistema de automação residencial para diminuir as luzes quando ele sente que o usuário está dormindo, ou abrir cortinas quando o usuário estiver acordando.

Essas opções de monitoramento da saúde também estão criando novos espaços de mercado, como aplicações locais para idosos que permitem o monitoramento em tempo real dos idosos e dos dispositivos em suas casas — uma alternativa melhor do que colocá-los em asilos e clínicas de assistência mais caras.⁵

O crescimento desses mercados e as aplicações de desenvolvimento exigirão os elementos de fixação necessários para a conectividade.

Outro impulsionador tecnológico do mercado da casa conectada é a coalescência dos protocolos sem fio e de rádio. A mistura de protocolos abertos e fechados e padrões de comunicação é típica em uma indústria em desenvolvimento. ZigBee, ZWave, KNX, Thread/6LowPAN, Bluetooth LE e Wi-Fi estão em jogo neste mercado, com alguns fabricantes apostando suas reivindicações em um protocolo, enquanto outros cobrem suas apostas e implementam dois ou mais em seus produtos.

Cada protocolo tem seus pontos fortes, e embora todos sejam diferentes, sua penetração combinada no espaço de mercado é valiosa, pois cada um ilustra o que é possível dentro de uma implementação de automação residencial. No entanto, é provável que apenas um ou dois protocolos prevaleçam. Felizmente, o hardware necessário para a conectividade é o mesmo, independentemente do chip de comunicação ou protocolo que seja implementado.

A TE tem fortes relações com os principais OEMs de dispositivos de automação residencial nos mercados conectado, doméstico e de construção, incluindo os 10 principais fornecedores de automação residencial, conforme relatado pela BCC Research. A conectividade é fundamental para a eficiente fabricação, montagem e instalação desses dispositivos e os produtos da TE são projetados em produtos OEM que estão impulsionando a inovação em automação doméstica. O foco adicional da TE em OEMs de segundo nível e startups de terceiro nível por meio de relacionamentos de vendas diretas e através de seus parceiros de distribuição posiciona a empresa como um importante fornecedor de componentes para este mercado em rápida evolução.

Os relacionamentos com os clientes da TE se estendem por muitas categorias de automação residencial, como hubs, sensores de ocupação, eletrodomésticos, equipamentos de climatização e termostatos. As tecnologias de interconexão e comutação da TE desempenham um papel fundamental no desenvolvimento de sistemas de automação residencial. A TE permite roteamento de energia e sinais internamente e às vezes externamente usando interconexões elétricas, e energia de roteamento e sinal nesses dispositivos através de componentes de comutação (por exemplo, um relé de energia é necessário em todas as tomadas de parede CA conectadas sem fio ou controladas por fio).

Os dispositivos dos clientes da TE são encontrados em todos os principais subsistemas da casa automatizada, incluindo:

• Equipamento de iluminação e controles
• Equipamentos e controles de segurança
• Equipamentos e controles de proteção
• Entretenimento 
• Eletrônicos de consumo portáteis
• Equipamentos e controles de climatização
• Equipamentos e controles de gerenciamento de energia
• Linha branca
• Aparelhos portáteis

Selecionar o conector, interruptor, relé ou sensor correto para o dispositivo e sua aplicação é fundamental para garantir uma vida útil do produto longa e sem problemas. Por exemplo, a aplicação indevida de produtos pode ser uma grande dor de cabeça para os OEMs, causando falhas no produto que podem levar anos para serem corrigidas. A equipe global de engenheiros de produtos e desenvolvimento da TE, engenheiros de aplicativos e vendas, gerentes de contas e especialistas em tecnologia ajudam seus clientes a tomar essas decisões importantes no início do processo de desenvolvimento de produtos, onde a otimização de um design é mais importante.

Os avanços da automação residencial estão transformando os produtos dos clientes da TE, e continuarão a fazê-lo. Considere como eram os termostatos há 30 anos. Eles eram principalmente dispositivos termo-elétrico-mecânicos que usavam um elemento bimetálico para ligar e desligar o calor ou o resfriamento.

Avançando para os dias de hoje: o interior de um termostato moderno está começando a parecer o interior de um celular com nova tecnologia, incluindo a conectividade e os produtos de sensores da TE – por exemplo, termostatos conectados geralmente incorporam várias placas de circuito impresso carregadas com componentes eletrônicos, dispositivos passivos, sensores, conectores de passo fino e conectores de fio para placa de tamanho micro para pequenas baterias de backup. A comutação e controle de equipamentos de climatização é fundamental, por isso os relés de baixo perfil são frequentemente incorporados. Para a interface do usuário, os mini interruptores táteis são frequentemente usados para botões seletores ou de reinicialização.

Outro exemplo: o receptáculo de energia onipresente encontrado nas paredes de todas as casas. Esta tecnologia, que passou quase 100 anos praticamente inalterada, agora está sendo substituída por uma tomada conectada contendo relés de energia, antenas, circuitos de controle e, claro, um botão de reinicialização.

Micro conectores e interruptores
Através da vasta oferta de produtos da TE, a empresa é capaz de fornecer micro conectores e interruptores para os menores conjuntos de sensores. Questões de microdimensionamento: os consumidores querem que seus dispositivos de automação residencial sejam os menores e mais discretos possível. Isso significa que os componentes internos desses dispositivos precisam ser proporcionalmente pequenos, o que é ainda mais complicado pela funcionalidade adicional incorporada nesses dispositivos. Por exemplo, os sensores de ocupação também podem conter sensores de nível de luz ambiente, um microfone ou outros elementos de detecção/monitoramento.

Alta capacidade de corrente
A TE também fornece conectores, interruptores e relés de comutação em equipamentos e aparelhos de climatização, permitindo sua conectividade e controle na casa automatizada. Conectados, os dispositivos eletrônicos são inerentemente de baixa tensão ou baixa potência, e eles precisam ter relés para alternar as cargas de maior tensão/maior de energia típicas em casa. Essas cargas podem ser qualquer coisa, desde uma cafeteira ou torradeira conectada a uma tomada de parede conectada, até um controlador de caldeira com fio a um termostato conectado.

Amplitude de escolha para designers de produtos
O portfólio de produtos da TE é abrangente – permitindo que os designers encontrem exatamente o que precisam para suas ideias e produtos únicos. Em algum momento em quase todos os projetos eletrônicos, conectores e sensores são necessários para fornecer e direcionar energia e/ou sinais dentro ou fora de um circuito.

Abaixo está uma itemização de alto nível de algumas das famílias de produtos da TE Connectivity que encontram uso comum entre todos os subsistemas listados acima.

• Blocos terminais
• Conectores de terminação rápida
• Contatos de terminação de ponto (FASTON, PIDG etc.)
• Relés de pequeno formato
• Relés de energia
• Conectores de E/S de dados
• Conectores de passo fino
• Componentes passivos da placa de circuito impresso
• Interruptores
• Contatos de mola
• Recursos de integração/valor agregado
• Etiquetas de alto desempenho
• Sensores

Soluções personalizadas
Os engenheiros da TE podem trabalhar com os clientes para desenvolver um design semipersonalizado ou personalizado que atenda aos seus requisitos. O processo é iniciado trabalhando com um dos engenheiros de vendas ou aplicações de campo da TE.

Os engenheiros da TE usam os mais recentes materiais de metal e polímeros para desenvolver um produto perfeito para aplicações personalizadas. A capacidade dos engenheiros de usar uma ampla gama de tecnologias de fabricação, como estampagem progressiva de alta velocidade, moldagem por injeção, uma variedade de tecnologias de galvanização e montagem automatizada, ajuda a garantir volumes de produção de longo prazo com um design otimizado para fabricação e aplicação do cliente final.

Inovações sem fio
A comunicação remota e sem fio, bem como o controle e o monitoramento, serão parte integrante dos ecossistemas domésticos conectados. Esses recursos conectados impulsionam o valor economizando tempo e dinheiro para os consumidores, e serão fundamentais para impulsionar a demanda e a adoção do consumidor.

A TE está mudando a forma como os dispositivos são conectados para permitir um dispositivo mais bem conectado que ofereça ao consumidor e ao OEM muitos benefícios. Por exemplo, a equipe de aparelhos da TE desenvolveu um produto chamado ADNEXHA que elimina o complexo conjunto de chicotes de fios ponto a ponto comum em dispositivos modernos. A mesma função é feita por meio de controles eletrônicos de barramento e energia para todos os dispositivos em um aparelho.

O resultado é a conectividade que informa. Imagine os consumidores recebendo uma mensagem de texto de sua máquina de lavar que o ciclo de lavagem está concluído, ou que o detergente de lavagem que eles usam está quase no fim. O sistema ADNEXHA permite comunicar informações detalhadas sobre um aparelho de volta ao controlador principal do aparelho – se ele estiver conectado ao sistema WiFi de uma casa, ele pode fornecer mensagens de status de volta ao dispositivo móvel do proprietário. 

O espaço de automação predial comercial é diferente da automação residencial em muitos aspectos. Seu crescimento está fortemente ligado às tendências de construção civil comercial, que nesta década têm sido relativamente lentas, e temperadas pela redução do ritmo de construção de edifícios comerciais na China. O espaço resultante de automação predial, portanto, vê taxas de crescimento anual compostas (CAGRs) em algumas regiões na área de 8,5%, e em outras regiões menos de 5% com crescimento global em média em torno de 5,5%.⁸  As expectativas de crescimento para este mercado em particular são muito menores do que o projetado para automação residencial.

A automação predial para edifícios comerciais começou com controles pneumáticos iniciais, e se tornou um mercado maduro. Os desenvolvedores desses sistemas foram além dos sistemas anteriormente fortemente segregados, separados, que controlavam a climatização, segurança/acesso, controle de iluminação, segurança predial e controle físico da planta. Hoje, através de controladores integrados de sistemas, esses sistemas separados agora podem conversar uns com os outros usando uma linguagem comum possibilitada pelas modernas comunicações de barramento serial, como BACNET e KNX.

A padronização impulsiona o progresso no mercado comercial
As capacidades de nuvem trouxeram a este mercado um nível de gestão e controle não visto no passado, e tornaram possíveis heurísticas complexas que tornam o edifício moderno muito mais inteligente do que seus antecessores. Nos sistemas de construção comercial de hoje, muitos dos bugs e problemas que agora se manifestam na automação residencial foram há muito tempo resolvidos através da padronização presente nos protocolos BACNET e KNX. A nuvem simplifica a gestão de vários edifícios e serve como agregadora de dados para gerentes de edifícios responsáveis por vários edifícios sem a necessidade de uma grande equipe de TI gerenciar um sistema dedicado.

Embora ambos os sistemas tenham surgido inicialmente como cabeados, eles foram estendidos para domínios sem fio para fornecer conectividade em condições menos acessíveis. A grande maioria dos sistemas de construção comercial permanece cabeada devido à simplicidade de instalar, manter e solucionar problemas em tais sistemas.

Outro fator na confiabilidade constante dos sistemas comerciais é que todos eles são instalados profissionalmente e projetados em estreita comunicação entre o arquiteto do edifício, o empreiteiro geral, o empreiteiro elétrico e o contratante de controles de baixa tensão. Em alguns casos, até o proprietário do prédio está envolvido no processo de decisão, já que um proprietário de prédio com várias plantas sob seu controle quase sempre seleciona o mesmo sistema. Dessa forma, o pessoal de manutenção de instalações tem um sistema comum para manter, controlar e solucionar problemas, se necessário, criando uma forte aliança de marca no espaço de controles comerciais.

Alta demanda por sensores
A necessidade de sensores é ainda mais importante no espaço de construção comercial. Os administradores de edifícios precisam saber o que está acontecendo em seus edifícios, incluindo quem está acessando os edifícios e em que momento, quanta energia está sendo usada, onde a energia é usada, quais áreas dos edifícios estão ocupadas, a temperatura e quão uniformes são as condições ambientais, além do uso eficiente da planta física (por exemplo, se há problemas em algum rolamento ou um filtro conectado).

Além dos sensores, há muito mais atuadores em um prédio comercial. Um sistema de controle centralizado pode ter leituras de múltiplos sensores de fluxo de ar em um edifício, e ajustar dinamicamente amortecedores de fluxo de ar para garantir fluxo de ar uniforme e conforto em todo o edifício. Do ponto de vista da segurança, se um detector de fumaça ou chama indicar um incêndio em uma parte de um edifício, o sistema pode fechar completamente os amortecedores de ar na área onde o fogo é detectado para eliminar o oxigênio do fogo, ao mesmo tempo em que ativa o sistema de supressão de fogo do edifício através de válvulas acionadas remotamente. 

A indústria de edifícios conectados é composta por players globais como Johnson Controls, Honeywell, Siemens, Schneider e United Technologies. Como os sistemas tendem a ser fortemente conectados, a TE reivindica uma vantagem de mercado devido à sua ampla linha de produtos conectores – particularmente na arena de blocos terminais, já que este é o método de terminação de E/S usado em todo o mundo.

Dispositivos sem fio também oferecem oportunidades para produtos da TE. Todos esses dispositivos têm pelo menos um interruptor usado para redefinir e configurar os dispositivos, com muitos usando vários interruptores estilo DIP para programar várias características nos diferentes dispositivos.

O foco pesado da TE na fabricação de plantas físicas e equipamentos significa que a empresa oferece vários conectores e sensores dentro das caldeiras, manipuladores de ar e sistemas CA em edifícios comerciais. Os conectores, relés, interruptores e sensores da TE são encontrados nas principais unidades de controle, controladores de satélite, vários dispositivos de sensores e os atuadores oferecidos por OEMs de dispositivos comerciais.

O futuro verá edifícios mais fortemente instrumentados do que nunca, com foco crescente na qualidade ambiental (incluindo ar, conforto, luz) para maximizar a eficiência e o conforto dos habitantes do edifício. A eficiência energética continuará a ser um grande impulsionador do mercado, assim como a tendência para os edifícios ZNE (Zero Net Energy). A ZNE exige que um edifício seja projetado do zero para minimizar o uso de energia e maximizar o uso de energia renovável a partir do sol, do vento e de outras geo-fontes. As características variam de acordo com a zona climática em que o edifício está localizado, mas podem incluir a colocação de toldos ajustáveis no lado sul do edifício para sombrear janelas e minimizar as cargas de resfriamento durante o verão; ou mais claraboias e tubos de luz para usar fontes de luz mais naturais e minimizar o uso de iluminação elétrica.

Semelhante ao que se vê em dispositivos de automação residencial, haverá miniaturização significativa e inteligência em dispositivos de construção comercial. Os anos de experiência da TE e amplitude do produto interligando pequenos dispositivos de consumo posicionam bem a empresa para lidar com essa tendência.