基于微電網(wǎng)的智慧校園能耗監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與產(chǎn)品應(yīng)用

時(shí)間：2023-07-28作者：安科瑞電氣股份有限公司瀏覽：136

摘要：針對高校教學(xué)建筑能效監(jiān)督效率低的問題，闡述了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能校園建筑能效監(jiān)督系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)、分層設(shè)計(jì)、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和功能測試。通過對能耗監(jiān)督系統(tǒng)關(guān)鍵功能的測試，測試效果良好，結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

關(guān)鍵詞：能效監(jiān)管；智慧校園；物聯(lián)網(wǎng)；能源管理；能耗數(shù)據(jù)；ZigBee；WiFi；節(jié)能改造

0引言

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，工業(yè)化和現(xiàn)代化進(jìn)程穩(wěn)步推進(jìn)，資源和能源的合理利用始終影響著經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展。根據(jù)《中國建筑能耗2020》，2005年至2018年，建筑運(yùn)行階段能耗從4.8億tce(噸標(biāo)準(zhǔn)煤)增長到9.5億tce，年平均增長率為5.39%?！吨攸c(diǎn)用能單位節(jié)能管理辦法》自2018年5月1日起施行，要求重點(diǎn)用能單位提高能源利用效率，控制能源消費(fèi)總量。有效的建筑能耗監(jiān)測是實(shí)現(xiàn)節(jié)約型校園的重要組成部分，迫切需要配備能耗監(jiān)管系統(tǒng)來控制能源消費(fèi)。根據(jù)高校教學(xué)建筑能耗現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能校園建筑能效監(jiān)管系統(tǒng)。系統(tǒng)引入ZigBee和WiFi無線傳輸技術(shù)，以理想教室為研究對象，收集溫度、流量、功耗數(shù)據(jù)，建立相應(yīng)的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，借助云服務(wù)器平臺總結(jié)數(shù)據(jù)，分析教室空調(diào)制冷、水加熱能源效率，清晰控制校園建筑能耗，為節(jié)能改造提供依據(jù)。

1系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)的能效監(jiān)管系統(tǒng)由能耗數(shù)據(jù)感知層(獲取數(shù)據(jù))組成、由層(數(shù)據(jù)匯總和上傳)和數(shù)據(jù)應(yīng)用層(數(shù)據(jù)顯示)組成，系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖所示。

數(shù)據(jù)感知層（獲取數(shù)據(jù)）由大量的傳感終端組成，收集到的數(shù)據(jù)匯總到層的協(xié)調(diào)器，接收能耗數(shù)據(jù)并上傳到數(shù)據(jù)應(yīng)用層。數(shù)據(jù)應(yīng)用層由Onenet云服務(wù)器支持，具有數(shù)據(jù)整理、分析、顯示等功能，為相應(yīng)教室的空調(diào)制冷和水加熱能源效率評價(jià)提供數(shù)據(jù)支持。同時(shí)，云服務(wù)器可根據(jù)能耗數(shù)據(jù)上傳路徑發(fā)布指令，控制傳感終端。




該系統(tǒng)采用ZigBee網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。ZigBee網(wǎng)絡(luò)通常由三個(gè)節(jié)點(diǎn)組成：協(xié)調(diào)（Coordinator）、路由器（Router）、終端（EndDevice）。協(xié)調(diào)器和終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)形成星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖所示。

從圖中不難看出，傳感器終端連接各種傳感器來收集能耗數(shù)據(jù)。協(xié)調(diào)器用于創(chuàng)建和**Zigbee網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)又稱聚合節(jié)點(diǎn)，將多個(gè)終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)放置在不同的位置。它們將收集到的到聚合節(jié)點(diǎn)，先處理數(shù)據(jù)，然后通過WiFi模塊將到網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)與云服務(wù)器通信，上傳能耗數(shù)據(jù)，發(fā)布遠(yuǎn)程指令，將Zigbee網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)連接，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的目標(biāo)。




2硬件系統(tǒng)選型

CC2530單片機(jī)是CC2530單片機(jī)，CC2530用于2.4GHziEE802.15.4、ZigBee和RF4CE應(yīng)用的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。Z-STACK協(xié)議棧以ZigBee為聯(lián)盟認(rèn)定的參考協(xié)議，使得編譯和修改相關(guān)程序不易出錯(cuò)。




溫度傳感器為DS18B20，用于測量氣體溫度和水溫，具有接線方便、精度高、擴(kuò)展方便、覆蓋范圍廣的特點(diǎn)。任何DS18B20都可以存儲在同一條單線總線上，允許溫度敏感器件放置在許多不同的地方?？偩€設(shè)計(jì)可以通過尋求平均值來使測量結(jié)果較準(zhǔn)確，并節(jié)省ZigBee節(jié)點(diǎn)。

流量傳感器型號為霍爾流量計(jì)，安裝在加熱水管上檢測進(jìn)水流量?；魻柫髁坑?jì)的額定工作電壓為DC5V，通用性好，使用方便。




功率變送器為SUI-101A，具有精度高、兼容性好的優(yōu)點(diǎn)。*大測量電壓為AC400V，電流上限為30A，具有一定的載荷能力，內(nèi)置防雷保護(hù)，安全性好。

3高校綜合能效解決方案






















4結(jié)束語

在節(jié)能減排的背景下，對能耗相對較大的校園建筑進(jìn)行有效的能效監(jiān)督具有重要意義。本文設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能校園建筑能效監(jiān)督系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了建筑能耗分類、分項(xiàng)、家庭監(jiān)督的功能，為優(yōu)化高校建筑能耗管理和節(jié)能改造提供了依據(jù)。

【參考文獻(xiàn)】

【1】巫春玲，周 潛，任 凱，王致垚.基于物聯(lián)網(wǎng)的智慧校園能效監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].建筑電氣，2022，15（09）：64-69.

【2】中國建筑節(jié)能協(xié)會.中國建筑能耗研究2020[J].建筑節(jié)能（中英文），2021，49（2）：1-6.

【3】高校綜合能效解決方案2022.5版.

【4】企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊2022.05版.

作者簡介：謝滬嘉、男、1BZ-I73Z-O7O6，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司


安科瑞電氣股份有限公司專注于智能物聯(lián)網(wǎng)儀表,能源物理聯(lián)網(wǎng)云平臺,電量傳感器等

• 詞條

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