系统基于电力载波和物联网技术的建筑能耗测试系统

基于电力载波和物联网技术的建筑节能测评系统的研究

潘宗岭

安徽省产品质量监督检验研究院

中文摘要:按照标准《JGJ T 1  —  9_居住建筑节能检测标准》和《JGJT  7—2009 公共建筑节能检测标准》要求能耗测评系统包括外围护结构的热工性能、气密性、建筑内温湿度、空调水系统等。因此检测点涉及整幢建筑体,而且测试值需要一个周期的均值显然传统的逐点检测方法效率低下会消耗大量的人力和物力测试本身不节能。本文针对传统的逐点检测方法效率低下这个问题,提出一种新型采用电力载波技术将分散检测的值短途传输到集中采集处理系统中然后采用3无线网络将数据远程传输到物联网能耗测评服务平台上然后系统将自动计算建筑的能耗情况对其节能效果进行评价。

关键词:建筑能耗 电力载波 集中采集 物联网监控平台

As  rac   On te basis of the standrd "JJ T  2—00esidential b  ling energ ef  ieny  est stnda s” and ” JGT 177—009 publ  b  lding ene gy e f iency te  t   anard ” ealua   n e rgconsup ion sstemml per ormane, ir tih ess, b   ing tpertre ad humidi y, a r conitionng wa r system  Te efore the i  ec  io point ivoles te wol u ldn oy, n the need for  cyc  e of test vluesme   bviu ly th trai  ional low efficiency poit b oint etec  ionme hd, i  il  conse a la g moun  f power a material the test itself is no nrg  n this aer,point by point detecti metod of  rditional low efficieny   this polem, a ew pe lin crr  e  teh logy   sred by de  cting the value f t short trans  r to te centralized co    tion n proc  sig systemuse 3G wireless netwrk tra mit data t a reote energ meauree of Tin  se v e lt orm an thn the sys  em wi  l  tomtica l  lclate te bui dng's enery conumption to ea ate  ts e

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1 引言 需要一个周期的均值,显然传统的逐点检测方法

建筑节能的测评,分为居住建筑和公共建筑 效率低下,会消耗大量的人力和物力测试本身两大类,对应的行业标准分别为《JJ  132— 不节能。据此我们采用电力载波技术将分散检测 009_居住建筑节能检测标准》和《JGJT 的值短途传输到集中采集处理系统中然后采用177-2009公共建筑节能检测标准》 ,主要通过测 3G无线网络将数据远程传输到物联网能耗测评试建筑内的环境温湿度、光照度等表征参数和建 服务平台上然后系统将自动计算建筑的能耗情筑消耗的电能、热能、水、燃料等输入能耗按 况对其节能效果进行评价。

照上述两个标准进行计算评价。按照标准要求能 基于电力载波技术的测试单元设计方案耗测评系统包括外围护结构的热工性能、气密 系统测试单元主要有各种传感器或变送器、性、建筑内温湿度、空调水系统、空调风系统、 单片机、开关电源和电力载波调制系统构成如锅炉系统、供电系统、照明系统、监测与控制系 下图所示

统等.因此检测点涉及整幢建筑体而且测试值

单片机采用MSC1210微控制器,其与 52 微控制器最小系统如图2所示。其主要作用是内核兼容但性能远远高于8052系列芯片,内部 将传感器模拟信号转换成数字信号后,按照规定有个16位的计数/定时器。在相同的时钟频率 的格式进行编码,产生字符串,然后通过电力载波下,执行速度是标准805内核的3倍。MS C 12 和集中采集系统进行通讯.

图2 SC1210最小系统设计

在本系统中,MC1210微控制器采用3。 3V 点本案由于每个测试点参数仅有一个,所有采电源供电晶振频率选择 1   5MHz ,以 用定长  6位传输 其中读写控制指令4便于串口通信时波特率的设置。 位、检测单元代码4位、检测参数定义2位、检

电力载波的调制解调模块。我们选用的是 测值位、校验2位。

GS1 00A模块.GS  00A电力载波模块采用+ 3 集中采集处理系统设计方案

2供电,采用TTL电平串行接口,可以直接与 由于电力载波的传输距离有限建筑节能测单片机的R、 TD连接。载波数据速率配 评又遍及整栋建筑因此我们在每一个测试楼层置上考虑在应用中线上波特率越低则通讯越 配置一个集中处理系统系统由解调器、单片机可靠抗干扰能力越强,通讯距离也越远如果 和配有3G无线模块的便携式计算机构成,主要用户线路状况比较好比如电力线负载比较小、 是将该层各个测试单元的检测信号通过电力载干扰比较轻或者是直流线路等就可以选择比 波解调器集中收集处理包括各个检测单元的身较高的波特率进行通讯当线路负载比较重、干 份识别、检测值等系统采用WebAce  组扰比较强、或者想进行更远距离通讯时可以选 态软件编辑控制软件,并通过3G无线网络与物择较低波特率进行通讯,而我们这个检测系统主 联网服务平台通讯向用户通过远程访问和远程要是数据传输要求通讯可靠及通讯距离更远一 测控功能.其结构示意如下

些为宜而数据传输的速度要求不高因此我们

将载波波特率设定在100bp .

GS1 0A数据传输类型有两种一种是

固定字节长度传输定长传输) 一种是固定帧

长度传输定帧传输) 这两种传输方式各有优

图4 集中采集控制系统示意图

由于每层的测试单元可能多达几十个,为了 令给集控系统的单片机该单片机按照编程顺序有效地读取各点的测试值,集控系统采取巡读和 通过电力载波和各个测试单元的单片机进行通编程读入的方式,首先由计算机编程发出读入指 讯交换数据。通讯模式如下图所示:

图  单片机之间通过电力载波通讯示意图

4检测布局及评价方法 中间层部分主要检测外围护结构的热工性

由于建筑能效测评系统涉及内容很多我们 能、气密性、建筑内温湿度、空调风系统、照明分成三个测试层 系统等以计算出建筑的外围护结构的热工缺损

顶层部分测试主要指对太阳热水系统性能 和隔热性能、外围护结构热桥部位内表面温度、测试,通过温度传感器、辐射传感器、风速传感 围护主体部位热传导系数、外窗窗口的气密性、器、流量计等检测太阳能热水器热性能,以计算 室内管网水力平衡度和热损失率、空调能耗、单出建筑获取的再生能源指标 位采暖能耗、标准照明能耗等,以计算出标准工

况下建筑能量损益情况; 的电力耗损也同步测试,并累计计算平均之

底层主要检测空调水系统、供热系统、供电 和。

系统、供气系统等,主要是测定建筑输入的能量 。冷源系统的能效系数

测定 EE-=0/ΣNi

由于现场冷水热泵机组实际性能系数检 其中冷供应量Q0=V。 ρ.c。△ /3600测、水系统供回水温度检测、冷源系统能效系数 ΣNi为冷源系统所有用电设备平均输检测、回水温度一致性检测、水泵效率检测等项 入功率之和。

目而且所有的检测都必须采用非截入式检测 e.标准判定要求

即在建筑内设备正常运行下进行检测,因此在检 冷源系统能效系数不应小于下表值测器件上我们选定如下: 符合则判为合格不符者判为不合格。

装不能影响被检用户的正常使用。 规定本文不再一一描述。

由于每一个测试项目标准都规定了测“试程 基于上述的测试,系统将进行单项能效评价序和计算方法,由于篇幅问题本文仅列举 冷源 和整体能效评价。

系统能效系数检测评价方法”为例诠释 5 基于物联网技术的监控服务平台

钳式电功率检测 物联网概念最早是在 999年提出的所指

图5冷水源检测示意图 网” 。这有两层意思第一物联网的核心和基a测试对象所有独立的冷源系统 础仍然是互联网是在互联网基础上的延伸和扩b.测试方法:在检测工况条件下每50mi 展的网络第二其用户端延伸和扩展到了任何

检测一次连续6mi检测并取其平 物品与物品之间进行信息交换和通讯。

均值测试内容为 本项目基于3G无线网络支持搭建一个物

冷水平均流量 ) m3h 联网服务平台实现检测系统远程控制,主要实

冷水平均进出、 口温差 (△t ℃ 现以下目的:

冷水平均密度 (ρ kg/ 、 建立一个网站(包括服务器、路由器等硬件

冷水平均定压比热  k/ kg.℃]. 设施),编辑物联网控制软件和用户使用友好界

ρ和c可根据介质进、出口平均温度由 面通过I地址设定和每一个集控系统的SI

物理参数表查取。 卡身份识别实现服务平台和每一个集控系统点c冷水机组、空调器、水泵等系统所有涉及 对点监控。

用户使用用户名、密码登录我们专用网站, GPS定位模块,以便终端用户可以在电子地图的通过我们事先约定的授权权限选择对每一个集 桌面上准确地显出每一个工作的测试单元所处控系统测试状态的监控和远程数据交换.同时通 的地理位置根据授权级别可以点击每一个测试过网络技术可以让不同需求的人员、不同性质的 单元查看其相关参数、修改设定等并可同时向用户、不同地域的终端均可以充分利用这一资 多用户开放接受访问以达到测试数据的公正、源. 公开。

另外我们在集中采集控制系统上加装了 网络结构如下图所示:

图6网络构造示意图

5 系统集成方案 图7系统集成示意图

由于测试系统涉及建筑整体部位而且测试

时要求是同步进行,因此系统搭建我们采取了分  结束语

层集中控制采集车载式中央集中控制系统总控 搭建的建筑节能测评系统,也可以在建筑内的方式如下图所示: 布好测试点后实施无人值守远程监控同时可

通

讯协议研究 山东 山东大学 05

[ 孔宁。物联网资源寻址关键技术研究.北京:中国科学院研究生院 2008

 肖慧彬.物联网中企业信息交互中间件技术开发研究.北京北方工业大学 009