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摘 要：基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )能耗監測系統將無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)添加到高校老校區現有教學(xué)建筑、實(shí)訓建筑、圖書(shū)館和學(xué)生宿舍大樓的水、電力、供熱等設備及分支系統上，測量所有設備和分支系統的能耗數據，能耗數據通過(guò)網(wǎng)關(guān)傳輸到云平臺服務(wù)器，在服務(wù)器上建立實(shí)時(shí)能耗數據庫.服務(wù)器管理軟件對統計數據分析比較，發(fā)現高校能耗設備能源消耗的主要原因。在此基礎上制定針對性的節能方案和控制措施，來(lái)達到高校老校區節能增效的目的。本系統采用無(wú)線(xiàn)數據采集和傳輸，布線(xiàn)少，*大限度減少了對現有建筑的改造成本，實(shí)現數據實(shí)時(shí)共享，控制迅速準確。 關(guān)鍵詞：高校綜合能效解決方案；電力監控；宿舍用電管理；能源管理；智慧消防 0 引言 中國大多數高校老校區都是人工干預電力、水和天然氣的消耗管理。人工抄表在原有狀態(tài)下存在著(zhù)綜合數據不準確、實(shí)時(shí)采集性能差、工作量大、管理困難等問(wèn)題。如果沒(méi)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)節能高效解決方案，并有效降低高校老校區能耗。 現有高校能耗監測系統一般采用有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行監測。如果老校園改造了，需要設備種類(lèi)多，布線(xiàn)復雜，對現有建筑破壞嚴重。在國外，能耗實(shí)時(shí)監控系統也發(fā)展到非常完善的水平，已形成一定的特定標準。但是，市場(chǎng)價(jià)格并不便宜，缺乏與中國大多數高校老校區相適應的測控設備應用軟件。 無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )采用總線(xiàn)結構，設備可共享，品種少，無(wú)需布線(xiàn)，現有建筑物未損壞，網(wǎng)絡(luò )靈活。因此，基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )的大學(xué)能源消耗監控系統是非常必要的，在高校老校區節能工作中具有一定的實(shí)用價(jià)值。 1 總體設計結構 1.1 總體設計 系統采用4G無(wú)線(xiàn)數據傳輸技術(shù)將傳感器連接到網(wǎng)關(guān)、主機、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器、移動(dòng)終端等設備。改造了高校老校區中現有的校園能源調度監控系統，實(shí)現覆蓋了全校無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )范圍的能量自動(dòng)監控系統。本系統是由無(wú)線(xiàn)傳感器環(huán)境的測量節點(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(hù)提供（在計算機和移動(dòng)應用程序上）組成，如圖1所示。 1.2功能特點(diǎn) 無(wú)線(xiàn)傳感器節點(diǎn)主要由各種傳感器控制節點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò )服務(wù)器組成，努力實(shí)現電力消耗、水資源利用、小環(huán)境等相關(guān)參數（如室內溫度、光強等）的采集和網(wǎng)絡(luò )傳輸。通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)，數據能夠通過(guò)網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)傳輸信息到云平臺中，把這些數據按照地址儲存在服務(wù)器的數據庫上，控制指令經(jīng)轉換完成后自動(dòng)發(fā)送給云平臺，云平臺對發(fā)送存儲過(guò)來(lái)信息的數據進(jìn)行分組后，再發(fā)送給相應網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，以達到減少了無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )上的采集數據分組傳輸流量。服務(wù)器用于接收和存儲網(wǎng)絡(luò )傳感器設備上收集的環(huán)境信息數據、生活環(huán)境中多種因素的閾值、環(huán)境中控制設備的開(kāi)關(guān)量。這些信息可以由專(zhuān)用軟件來(lái)處理，供高校后勤供應日常管理部門(mén)使用和管理。 本系統具備以下基本功能： （1）基于無(wú)線(xiàn)傳感器技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的高校能耗實(shí)時(shí)監測系統，以無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)、云平臺等先進(jìn)技術(shù)將高校老校區的能耗數據安全上傳至高校后勤管理平臺，顯著(zhù)提高了高校老校區能源儲備數據的精確度和及時(shí)處理能力，使綜合能耗數據和各類(lèi)處理信息得以共享。 （2）通過(guò)自動(dòng)化管理減少能源消耗。根據部分學(xué)生宿舍、職工宿舍、實(shí)驗室和基礎教學(xué)樓能耗的突出特點(diǎn)，完成學(xué)校電力消耗數據的綜合統計，以及生成水電統計分析報告。 （3）及時(shí)預警報警保證用能安全。根據學(xué)生宿舍、教師宿舍、實(shí)驗室和教學(xué)建筑的能量消耗特征，制定合理的策略，可以及時(shí)發(fā)出預警和報警，在特殊情況下自動(dòng)切斷電力：根據各個(gè)地區的能量消耗特征以及不同季節的教學(xué)建筑，工作日和非工作日實(shí)際情況下做出正確的決策。根據不同地區的能量消耗特征，對不同季節、工作日和非工作日的教學(xué)樓進(jìn)行了節能改造，詳細統計分析相關(guān)能耗數據，當能量消耗超過(guò)標準數值或無(wú)法正常使用時(shí)，及時(shí)報警，并將信息發(fā)送給相關(guān)人員。 對大型設備進(jìn)行大規模地監控和預警分析，如學(xué)校建筑、水泵和空調裝置等大型設備，確保關(guān)鍵監控設備的正常運行 2 功能模塊設計 2.1傳感器節點(diǎn) 傳感器測試節點(diǎn)由無(wú)線(xiàn)通信設備、內置核心處理器、各種傳感器、功率檢測模塊、功率模塊和無(wú)線(xiàn)射頻收發(fā)器模塊。傳感器包括照明、風(fēng)扇、空調、流量監控、人員監控等傳感器，每個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)都有數據采集模式和相關(guān)設備控制的基本功能。 基本功能如下： （1）數據采集功能。自動(dòng)采集高校老校區消耗電能、水能、環(huán)境參數（如溫度、光照度等）數據，在組合數據之后，通過(guò)串行端口發(fā)送到射頻無(wú)線(xiàn)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)設備的功能。當傳感器的某些節點(diǎn)檢測到的室內溫度、相對濕度，當照明和其他環(huán)境條件達到閾值時(shí)，通過(guò)射頻收發(fā)器模塊將相應的控制命令發(fā)送到本地環(huán)境相關(guān)參數控制設備，例如自動(dòng)和智能地關(guān)閉或重新打開(kāi)控制的設備，增加或減少電扇的速度調整室內溫度等，為了實(shí)現各種設備的智能化和控制，引入無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。智能應用電源開(kāi)關(guān)通過(guò)無(wú)線(xiàn)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(guò)控制電路來(lái)控制照明電源插頭的接通和斷開(kāi)。 2.1.1 照明傳感器的設計 （1）照明傳感器采用人射發(fā)光波長(cháng)，一般為約520nm波長(cháng)的光電耦合集成照明傳感器，內置的雙敏感元件接收器具有高可見(jiàn)光響應范圍，輸出照明電流能與照明器線(xiàn)性變化。當室外環(huán)境光線(xiàn)照明較強勁時(shí)，關(guān)閉所有照明供電設備內的所有電源回路以幫助實(shí)現電源節能化管理。當外部光線(xiàn)照明為偏暗色時(shí)，照明控制電路可以自動(dòng)連接。 （2）故障傳感器。照明及控制自動(dòng)化設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(dòng)化設備門(mén)端電路的與門(mén)、與非門(mén)電路等組成。當故障電壓傳感器和電流傳感器發(fā)送電流信號到與門(mén)柵極上時(shí)，與門(mén)之間就形成正常的電流，發(fā)送正常運行的信號。如果只有一個(gè)標準的電壓信號但還沒(méi)有產(chǎn)生標準的電流信號，則與門(mén)將發(fā)送故障信號。 5 高校綜合能效解決方案 5.1校園電力監控與運維 集成設備所有數據，綜合分析、協(xié)同控制、優(yōu)化運行，集中調控，集中監控，數字化巡檢，移動(dòng)運維，班組重新優(yōu)化整合，減少人力配置。 
5.2后勤計費管理 采用先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò )抄表付費管理技術(shù)，實(shí)現電、水、氣等能源綜合計費，實(shí)現遠程抄表、費率設置、賬單統計匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設置補貼方案。通過(guò)能源付費管理方式，培養用能群體和部門(mén)的節能意識。 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)基礎用電額度和定時(shí)通斷功能； 可進(jìn)行惡性負載識別，檢測違規電氣，并可獲取違規用電跳閘記錄。
5.2.2商鋪水電收費 針對校園超市、商鋪、食堂及其他針對個(gè)體的水電用能進(jìn)行預付費管理
5.2.3充電樁管理平臺 充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲、充”信息能源結構中是必不可缺的。充電樁應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(guò)對高校路燈的全局監測，提供對路燈靈活智能的管理，實(shí)現校園內任一線(xiàn)路，任一個(gè)路燈的定時(shí) 開(kāi)關(guān)、強制開(kāi)關(guān)、亮度調節，以及定時(shí)控制方案靈活設置，確保路燈照明的智能控制和高效節能。
5.3能源管理系統 針對校園水、電、氣等各類(lèi)接入能源進(jìn)行統計分析，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(lèi)進(jìn)行采集和統計的各類(lèi)建筑耗電數據。如辦公類(lèi)建筑耗電、教學(xué)類(lèi)建筑耗電、學(xué)生宿舍耗電等，對數據分門(mén)別類(lèi)的分析，提供領(lǐng)導決策，提高管理效能。 構建符合校園節能監管內容及要求的數據庫，能自動(dòng)完成能耗數據的采集工作，自動(dòng)生成各種形式的報表、圖表以及系統性的能耗審計報告，能夠監測能耗設備的運行狀態(tài)，設置控制策略，達到節能目的。
5.4智慧消防系統 智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數據、云計算等現代信息技術(shù)，將分散的火災自動(dòng)報警設備、電氣火災監控設備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設備連接形成網(wǎng)絡(luò )，并對這些設備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識別、定位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集消防信息，通過(guò)云平臺進(jìn)行數據分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現科學(xué)預警火災、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責任監管等目標。實(shí)現了無(wú)人化值守智慧消防，實(shí)現智慧消防“自動(dòng)化”、“智能化”、“系統化”需求。從火災預防，到火情報警，再到控制聯(lián)動(dòng)，在統一的系統大平臺內運行，用戶(hù)、安保人員、監管單位都能夠通過(guò)平臺直觀(guān)地看到每一棟建筑物中各類(lèi)消防設備和傳感器的運行狀況，并能夠在出現細節隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時(shí)間內，相關(guān)報警和事件信息通過(guò)手機短信、語(yǔ)音電話(huà)、郵件提醒和APP推送等手段，就迅速能夠迅速通知到達相關(guān)人員。 6.平臺部署硬件選型 6.1電力監控與運維平臺
6.2后勤計費管理 6.2.1宿舍/商業(yè)預付費平臺
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
6.4智慧消防系統 6.4.1電氣火災監控系統
6.4.2消防設備電源監控系統
6.4.3防火門(mén)監控系統
6.4.4消防應急照明和疏散指示系統 7 結束語(yǔ) 基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )能耗監測系統在網(wǎng)絡(luò )中使用先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)傳感器，并實(shí)時(shí)監控數據。通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)上傳到服務(wù)器，高校能源監管部門(mén)可以通過(guò)任何接人方式登錄能耗監測系統，進(jìn)行能耗數據查詢(xún)，能源消耗分析和其他操作，并完全實(shí)現能耗監控系統。本系統采用總線(xiàn)技術(shù)，設備可以共享，成本低，并且在建設中對現有建筑破壞程度小，施工強度低、布線(xiàn)較少，維修量小。 本系統可以實(shí)時(shí)監測和分析舊校區的能源消耗，利用現代化管理手段進(jìn)行能源配額管理，逐步培養教師和學(xué)生的節能意識，雖然實(shí)現建設節能校園的目標需要一定的時(shí)間，隨著(zhù)傳感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的應用也將會(huì )盡快實(shí)現該目標。 【參考文獻】 【1】 夏文才，王展展，高浩 等，基于節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].墻材革新與建筑節能,2018.11(45):57-59. 【3】 郭文會(huì ).基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )能耗監測系統在高校老校區建設的研究[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)設計與應用手冊2022.05版. 安科瑞唐曉娟13774431042 |
