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摘 要：基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗監(jiān)測系統(tǒng)將無線傳感器節(jié)點(diǎn)添加到高校老校區(qū)現(xiàn)有教學(xué)建筑、實(shí)訓(xùn)建筑、圖書館和學(xué)生宿舍大樓的水、電力、供熱等設(shè)備及分支系統(tǒng)上，測量所有設(shè)備和分支系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)，能耗數(shù)據(jù)通過網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)皆破脚_服務(wù)器，在服務(wù)器上建立實(shí)時能耗數(shù)據(jù)庫.服務(wù)器管理軟件對統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析比較，發(fā)現(xiàn)高校能耗設(shè)備能源消耗的主要原因。在此基礎(chǔ)上制定針對性的節(jié)能方案和控制措施，來達(dá)到高校老校區(qū)節(jié)能增效的目的。本系統(tǒng)采用無線數(shù)據(jù)采集和傳輸，布線少，*大限度減少了對現(xiàn)有建筑的改造成本，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時共享，控制迅速準(zhǔn)確。 關(guān)鍵詞：高校綜合能效解決方案；電力監(jiān)控；宿舍用電管理；能源管理；智慧消防 0 引言 中國大多數(shù)高校老校區(qū)都是人工干預(yù)電力、水和天然氣的消耗管理。人工抄表在原有狀態(tài)下存在著綜合數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、實(shí)時采集性能差、工作量大、管理困難等問題。如果沒有其他途徑可以直接有效地獲取實(shí)際能耗相關(guān)信息，就不可能進(jìn)一步提出明確的*優(yōu)節(jié)能高效解決方案，并有效降低高校老校區(qū)能耗。 現(xiàn)有高校能耗監(jiān)測系統(tǒng)一般采用有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行監(jiān)測。如果老校園改造了，需要設(shè)備種類多，布線復(fù)雜，對現(xiàn)有建筑破壞嚴(yán)重。在國外，能耗實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)也發(fā)展到非常完善的水平，已形成一定的特定標(biāo)準(zhǔn)。但是，市場價格并不便宜，缺乏與中國大多數(shù)高校老校區(qū)相適應(yīng)的測控設(shè)備應(yīng)用軟件。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采用總線結(jié)構(gòu)，設(shè)備可共享，品種少，無需布線，現(xiàn)有建筑物未損壞，網(wǎng)絡(luò)靈活。因此，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大學(xué)能源消耗監(jiān)控系統(tǒng)是非常必要的，在高校老校區(qū)節(jié)能工作中具有一定的實(shí)用價值。 1 總體設(shè)計結(jié)構(gòu) 1.1 總體設(shè)計 系統(tǒng)采用4G無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)將傳感器連接到網(wǎng)關(guān)、主機(jī)、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器、移動終端等設(shè)備。改造了高校老校區(qū)中現(xiàn)有的校園能源調(diào)度監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)覆蓋了全校無線傳感器網(wǎng)絡(luò)范圍的能量自動監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)是由無線傳感器環(huán)境的測量節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)和互聯(lián)網(wǎng)（傳輸網(wǎng)絡(luò)）的服務(wù)器等組成，互聯(lián)網(wǎng)（傳輸網(wǎng)絡(luò)）的服務(wù)器是由互聯(lián)網(wǎng)終端用戶提供（在計算機(jī)和移動應(yīng)用程序上）組成，如圖1所示。 1.2功能特點(diǎn) 無線傳感器節(jié)點(diǎn)主要由各種傳感器控制節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器組成，努力實(shí)現(xiàn)電力消耗、水資源利用、小環(huán)境等相關(guān)參數(shù)（如室內(nèi)溫度、光強(qiáng)等）的采集和網(wǎng)絡(luò)傳輸。通過無線傳感器技術(shù)，數(shù)據(jù)能夠通過網(wǎng)關(guān)實(shí)時傳輸信息到云平臺中，把這些數(shù)據(jù)按照地址儲存在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫上，控制指令經(jīng)轉(zhuǎn)換完成后自動發(fā)送給云平臺，云平臺對發(fā)送存儲過來信息的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組后，再發(fā)送給相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，以達(dá)到減少了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)上的采集數(shù)據(jù)分組傳輸流量。服務(wù)器用于接收和存儲網(wǎng)絡(luò)傳感器設(shè)備上收集的環(huán)境信息數(shù)據(jù)、生活環(huán)境中多種因素的閾值、環(huán)境中控制設(shè)備的開關(guān)量。這些信息可以由專用軟件來處理，供高校后勤供應(yīng)日常管理部門使用和管理。 本系統(tǒng)具備以下基本功能： （1）基于無線傳感器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的高校能耗實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)，以無線傳感網(wǎng)、云平臺等先進(jìn)技術(shù)將高校老校區(qū)的能耗數(shù)據(jù)安全上傳至高校后勤管理平臺，顯著提高了高校老校區(qū)能源儲備數(shù)據(jù)的精確度和及時處理能力，使綜合能耗數(shù)據(jù)和各類處理信息得以共享。 （2）通過自動化管理減少能源消耗。根據(jù)部分學(xué)生宿舍、職工宿舍、實(shí)驗(yàn)室和基礎(chǔ)教學(xué)樓能耗的突出特點(diǎn)，完成學(xué)校電力消耗數(shù)據(jù)的綜合統(tǒng)計，以及生成水電統(tǒng)計分析報告。 （3）及時預(yù)警報警保證用能安全。根據(jù)學(xué)生宿舍、教師宿舍、實(shí)驗(yàn)室和教學(xué)建筑的能量消耗特征，制定合理的策略，可以及時發(fā)出預(yù)警和報警，在特殊情況下自動切斷電力：根據(jù)各個地區(qū)的能量消耗特征以及不同季節(jié)的教學(xué)建筑，工作日和非工作日實(shí)際情況下做出正確的決策。根據(jù)不同地區(qū)的能量消耗特征，對不同季節(jié)、工作日和非工作日的教學(xué)樓進(jìn)行了節(jié)能改造，詳細(xì)統(tǒng)計分析相關(guān)能耗數(shù)據(jù)，當(dāng)能量消耗超過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值或無法正常使用時，及時報警，并將信息發(fā)送給相關(guān)人員。 對大型設(shè)備進(jìn)行大規(guī)模地監(jiān)控和預(yù)警分析，如學(xué)校建筑、水泵和空調(diào)裝置等大型設(shè)備，確保關(guān)鍵監(jiān)控設(shè)備的正常運(yùn)行 2 功能模塊設(shè)計 2.1傳感器節(jié)點(diǎn) 傳感器測試節(jié)點(diǎn)由無線通信設(shè)備、內(nèi)置核心處理器、各種傳感器、功率檢測模塊、功率模塊和無線射頻收發(fā)器模塊。傳感器包括照明、風(fēng)扇、空調(diào)、流量監(jiān)控、人員監(jiān)控等傳感器，每個傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都有數(shù)據(jù)采集模式和相關(guān)設(shè)備控制的基本功能。 基本功能如下： （1）數(shù)據(jù)采集功能。自動采集高校老校區(qū)消耗電能、水能、環(huán)境參數(shù)（如溫度、光照度等）數(shù)據(jù)，在組合數(shù)據(jù)之后，通過串行端口發(fā)送到射頻無線收發(fā)器模塊，然后被網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到有關(guān)網(wǎng)關(guān)。 （2）控制相關(guān)設(shè)備的功能。當(dāng)傳感器的某些節(jié)點(diǎn)檢測到的室內(nèi)溫度、相對濕度，當(dāng)照明和其他環(huán)境條件達(dá)到閾值時，通過射頻收發(fā)器模塊將相應(yīng)的控制命令發(fā)送到本地環(huán)境相關(guān)參數(shù)控制設(shè)備，例如自動和智能地關(guān)閉或重新打開控制的設(shè)備，增加或減少電扇的速度調(diào)整室內(nèi)溫度等，為了實(shí)現(xiàn)各種設(shè)備的智能化和控制，引入無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。智能應(yīng)用電源開關(guān)通過無線局域網(wǎng)的各種信號在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上獲取控制命令，通過控制電路來控制照明電源插頭的接通和斷開。 2.1.1 照明傳感器的設(shè)計 （1）照明傳感器采用人射發(fā)光波長，一般為約520nm波長的光電耦合集成照明傳感器，內(nèi)置的雙敏感元件接收器具有高可見光響應(yīng)范圍，輸出照明電流能與照明器線性變化。當(dāng)室外環(huán)境光線照明較強(qiáng)勁時，關(guān)閉所有照明供電設(shè)備內(nèi)的所有電源回路以幫助實(shí)現(xiàn)電源節(jié)能化管理。當(dāng)外部光線照明為偏暗色時，照明控制電路可以自動連接。 （2）故障傳感器。照明及控制自動化設(shè)備上采用的各種故障傳感器通常主要由故障電壓傳感器、電流傳感器和控制照明自動化設(shè)備門端電路的與門、與非門電路等組成。當(dāng)故障電壓傳感器和電流傳感器發(fā)送電流信號到與門柵極上時，與門之間就形成正常的電流，發(fā)送正常運(yùn)行的信號。如果只有一個標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號但還沒有產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的電流信號，則與門將發(fā)送故障信號。 5 高校綜合能效解決方案 5.1校園電力監(jiān)控與運(yùn)維 集成設(shè)備所有數(shù)據(jù)，綜合分析、協(xié)同控制、優(yōu)化運(yùn)行，集中調(diào)控，集中監(jiān)控，數(shù)字化巡檢，移動運(yùn)維，班組重新優(yōu)化整合，減少人力配置。 
5.2后勤計費(fèi)管理 采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)抄表付費(fèi)管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計費(fèi)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、費(fèi)率設(shè)置、賬單統(tǒng)計匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設(shè)置補(bǔ)貼方案。通過能源付費(fèi)管理方式，培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識。 5.2.1宿舍用電管理 針對學(xué)生宿舍用電進(jìn)行管理控制：可批量下發(fā)基礎(chǔ)用電額度和定時通斷功能； 可進(jìn)行惡性負(fù)載識別，檢測違規(guī)電氣，并可獲取違規(guī)用電跳閘記錄。
5.2.2商鋪水電收費(fèi) 針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個體的水電用能進(jìn)行預(yù)付費(fèi)管理
5.2.3充電樁管理平臺 充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲、充”信息能源結(jié)構(gòu)中是必不可缺的。充電樁應(yīng)用管理同樣是校園生活服務(wù)中必不可缺的一部分。
5.2.4智能照明管理 通過對高校路燈的全局監(jiān)測，提供對路燈靈活智能的管理，實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)任一線路，任一個路燈的定時 開關(guān)、強(qiáng)制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)，以及定時控制方案靈活設(shè)置，確保路燈照明的智能控制和高效節(jié)能。
5.3能源管理系統(tǒng) 針對校園水、電、氣等各類接入能源進(jìn)行統(tǒng)計分析，包含同比分析、環(huán)比分分析、損耗分析等。了解用能總量和能源流向。 按校園建筑的分類進(jìn)行采集和統(tǒng)計的各類建筑耗電數(shù)據(jù)。如辦公類建筑耗電、教學(xué)類建筑耗電、學(xué)生宿舍耗電等，對數(shù)據(jù)分門別類的分析，提供領(lǐng)導(dǎo)決策，提高管理效能。 構(gòu)建符合校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求的數(shù)據(jù)庫，能自動完成能耗數(shù)據(jù)的采集工作，自動生成各種形式的報表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計報告，能夠監(jiān)測能耗設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置控制策略，達(dá)到節(jié)能目的。
5.4智慧消防系統(tǒng) 智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動報警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對這些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識別、定位，實(shí)時動態(tài)采集消防信息，通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報警，再到控制聯(lián)動，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運(yùn)行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟建筑物中各類消防設(shè)備和傳感器的運(yùn)行狀況，并能夠在出現(xiàn)細(xì)節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時間內(nèi)，相關(guān)報警和事件信息通過手機(jī)短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達(dá)相關(guān)人員。 6.平臺部署硬件選型 6.1電力監(jiān)控與運(yùn)維平臺
6.2后勤計費(fèi)管理 6.2.1宿舍/商業(yè)預(yù)付費(fèi)平臺
6.2.2充電樁管理平臺
6.2.3智能照明管理
6.3能源管理系統(tǒng)
6.4智慧消防系統(tǒng) 6.4.1電氣火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)
6.4.2消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)
6.4.3防火門監(jiān)控系統(tǒng)
6.4.4消防應(yīng)急照明和疏散指示系統(tǒng) 7 結(jié)束語 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗監(jiān)測系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)中使用先進(jìn)的無線傳感器，并實(shí)時監(jiān)控數(shù)據(jù)。通過互聯(lián)網(wǎng)上傳到服務(wù)器，高校能源監(jiān)管部門可以通過任何接人方式登錄能耗監(jiān)測系統(tǒng)，進(jìn)行能耗數(shù)據(jù)查詢，能源消耗分析和其他操作，并完全實(shí)現(xiàn)能耗監(jiān)控系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用總線技術(shù)，設(shè)備可以共享，成本低，并且在建設(shè)中對現(xiàn)有建筑破壞程度小，施工強(qiáng)度低、布線較少，維修量小。 本系統(tǒng)可以實(shí)時監(jiān)測和分析舊校區(qū)的能源消耗，利用現(xiàn)代化管理手段進(jìn)行能源配額管理，逐步培養(yǎng)教師和學(xué)生的節(jié)能意識，雖然實(shí)現(xiàn)建設(shè)節(jié)能校園的目標(biāo)需要一定的時間，隨著傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用也將會盡快實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)。 【參考文獻(xiàn)】 【1】 夏文才，王展展，高浩 等，基于節(jié)能減排措施下的建筑建造能耗分析[J].山西建筑,2018,11(33）：167-168. 【2】 楊旭．綠色校園能源利用實(shí)踐[J].墻材革新與建筑節(jié)能,2018.11(45):57-59. 【3】 郭文會.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能耗監(jiān)測系統(tǒng)在高校老校區(qū)建設(shè)的研究[J].蘭州信息科技學(xué)院 2022版. 【4】 安科瑞高校綜合能效解決方案2022.5版. 【5】 安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊2022.05版. 安科瑞唐曉娟13774431042 |
