從聯合國永續發展目標（SDGs）來檢視目前台灣城鄉發展，可以發現台灣鄉村基礎建設與人力資源的不足，衍生教育及醫療面向的城鄉差距。面對後疫情時代，未來的鄉村與都市必須建立起互補的能力，透過資源的重新分配及佈局，提升再生能源、智慧醫療、智慧教育的基礎建設，達到地方創生的目的，使得鄉村人口復甦，降低都市人口密度並及均衡區域發展。
面對後疫情時代及永續發展目標的雙重考驗，需要同時考量國家整體的能源轉型、後疫情時代的社交距離、區域發展的平衡等議題。
如何利用再生能源達到鄉村社區的能源自主，並符合後疫情時代的生活需求，讓我們發現「小房子運動」在未來城市可扮演的角色；而我研究團隊的曾聖凱教授設計的智慧貨櫃屋，則可作為小房子運動的進階版。
我們的設計，稱為「可移動式社區型智慧小房子」（AIoT Tiny House）。這個AIoT小房子以台灣鄉村作為設計基地，考慮除須面對典型亞熱帶氣候，亦須面對中高海拔氣候型態。目前實作的驗證場域，就在陽明交通大學新竹光復校區校園空曠處，小房子位置獨立，不受人群與周遭建築物干擾，確保實驗變因可控。
新竹屬於亞熱帶氣候，夏季長且炎熱，夏季氣溫可達27到35度，濕度也較高；冬季較短，一月平均氣溫介於15至21度。每年九月至12月特有的「九降風」強勁，風速超過10m/s，可用以模擬山區落山風，確認小房子具備抗風壓的能力。
AIoT小房子的建築主體構造，改造自回收的20呎貨櫃，保留貨櫃的結構框架，在框架間設置斷熱牆體與高斷熱性能落地氣密窗框及玻璃，強化建築的基礎斷熱與氣密能力。同時加入電子紙遮陽立面，可依據戶外環境照度資訊，調整電子紙的黑白灰階變化，改變光線進入空間的照度，取代傳統可動機構的遮陽系統。
AIoT小房子建築構造。圖片來源：林一平提供
另外，加入用物聯網系統控制的熱電製冷晶片結合冷熱輻射系統，作為溫控中樞。建築頂部設置可變傾角的季節追日太陽光電系統（裝置量為1.5 KWP），並輔以鋰鐵電池作為儲能（裝置量為200 AH），透過混和型逆變器（Hybrid Inverter），提供獨立、穩定的能源供應，並可因應不同基地的需求進行能源並網，作為社區備載能源使用。
以回收貨櫃屋作為基礎結構的好處是，可依基地需求擴充設備硬體，具備模組化功能。拼接連通數個小房子，提供不同機能，延長基地使用的生命週期，達到循環設計的準則。
AIoT小房子的外觀，以及太陽能追日發電系統（右）。圖片來源：林一平提供
上圖為場域中實際的建築物。能源方面以太陽能追日、儲能及能源管理系統，創造可兼具電網並聯（Grid-Connected）及獨立使用（Stand-Alone）的混合型太陽能系統（Hybrid PV System）。由於小房子具備獨立電源供應，它所設置的物聯網系統及4G、5G通訊系統，亦可作為緊急通訊、環境監測之用。
小房子的微氣候控制中心系統，以熱電製冷晶片（Thermoelectric Chip）做為熱泵核心，搭配太陽能光電板發電的直流電驅動，避免交直流電轉換造成的能量耗損；將該系統日間發電轉換為熱泵動力，同時採暖（Heating）及採冷（Cooling），分別儲存於冰水桶及熱水桶中；再將冷熱水做為熱傳遞的介質，分別導入熱輻射地板及冷樑格柵天花系統，搭配室內溫濕度偵測器，控制冷熱水進出室內空間的時間，將日間儲存的冷及熱，在需要的時間引入室內，有效控制室內溫度。
小房子的室內即時數據資料儀表板頁面（上），和室內設備即時監控頁面（下）。圖片來源：林一平提供
上述功能，都適用即時環境數據進行設備控制。我們的做法，是將小房子內的感測器跟設備連上IoTtalk物聯網平台，利用人工智慧進行即時環境數值監控，依據環境數值控制相對應的設備，包括室內泵浦、三通閥、燈光、排風扇、製冷機，並充分利用室外太陽能板的傾角與電子紙遮陽系統。
小房子室外的電子紙遮陽系統。圖片來源：林一平提供
小房子透過IoTtalk物聯網平台，結合廣達智慧醫療包，提供舒適節能的防疫隔離環境：完整的能源供應系統，可依據感測器的環境數值，及醫療包量測的人體生理訊號，即時為使用者調整風扇、電燈、冷暖氣等電力設備，提供舒適的臨時防疫隔離。
小房子透過物聯網平台結合廣達智慧醫療包，可以依據人體數據調節室內設備。圖片來源：林一平提供
同時，智慧醫療包可經由IoTtalk，將人體生理資料與環境參數傳回至醫院，進行遠距監控、檢測及診療。依據台北榮民總醫院的實驗，透過動態調整的燈光色溫與控制環境溫度，可使年長者達到舒適且平靜放鬆的程度，輔以攝影機系統，保障年長者活動安全。（延伸閱讀｜「沒有病人的名醫」台大雲林分院副院長馬惠明 如何把偏鄉變智慧醫療示範城？）
AIoT小房子已完成初步開發的可模組化單元，所佈建的感測器及設備，已能透過IoTtalk平台監測與控制。
分析實驗場域內所收集的數據，利用非傳統空調式的低耗能設備控制溫度，對比沒有智慧化控制時的自然溫度，可以發現，透過本平台監控的場域，溫度變化都維持在穩定的區間。進一步比較有控制與沒控制與戶外溫度差異，能達成最高提升77%、最低12%的降溫效果，平均亦可提升56%的降溫效果。
在光環境的色溫與溫度控制系統方面，AIoT小房子技術正在台北榮總醫院進行人體試驗，期待透過環境參數的控制，輔以機器學習自動化修正，達到使用者最舒適的身心狀態。
在延遲量測方面，IoTtalk平台具備低延遲、快速反應的特性（平均反應時間為0.30513秒），可以快速且動態地依據環境變化，調整場域內的設備。
台北榮總醫院的光環境實驗場域 （左），以及IoTtalk平台的平均反應時間（右）。圖片來源：林一平提供
AIoT小房子以人本設計為考量，並依據社區發展的需求，設計多樣的應用模組。目前已完成小房子的空間建置，及初步平台與設備系統的開發；並透過回收貨櫃大幅降低結構成本，導入被動式建築設計及再生能源，創造低維運成本。
在物聯網及資通訊技術方面，AIoT小房子已在大型實驗場域中測試效能與低延遲狀態，成效良好，經濟及技術可行性極高。
藉由AIoT小房子的建置，我期待能將「小房子運動」延續於未來城市！（延伸閱讀｜智慧建築系統多，怎樣驗收才確保正常運作？｜林一平專欄）
