基于微电网的智慧校园能耗监测系统的设计与产品应用

时间：2023-07-28

摘要：针对高校教学建筑能效监督效率低的问题，阐述了基于物联网技术的智能校园建筑能效监督系统的整体设计、分层设计、硬件系统设计、软件系统设计和功能测试。通过对能耗监督系统关键功能的测试，测试效果良好，结果符合设计要求。

关键词：能效监管；智慧校园；物联网；能源管理；能耗数据；ZigBee；WiFi；节能改造

0引言

随着我国社会经济的快速发展，工业化和现代化进程稳步推进，资源和能源的合理利用始终影响着经济和社会的发展。根据《中国建筑能耗2020》，2005年至2018年，建筑运行阶段能耗从4.8亿tce(吨标准煤)增长到9.5亿tce，年平均增长率为5.39%。《重点用能单位节能管理办法》自2018年5月1日起施行，要求重点用能单位提高能源利用效率，控制能源消费总量。有效的建筑能耗监测是实现节约型校园的重要组成部分，迫切需要配备能耗监管系统来控制能源消费。根据高校教学建筑能耗现状，设计了基于物联网技术的智能校园建筑能效监管系统。系统引入ZigBee和WiFi无线传输技术，以理想教室为研究对象，收集温度、流量、功耗数据，建立相应的内部网络，借助云服务器平台总结数据，分析教室空调制冷、水加热能源效率，清晰控制校园建筑能耗，为节能改造提供依据。

1系统的整体设计

基于物联网的能效监管系统由能耗数据感知层(获取数据)组成、由层(数据汇总和上传)和数据应用层(数据显示)组成，系统总体设计框图如图所示。

数据感知层（获取数据）由大量的传感终端组成，收集到的数据汇总到层的协调器，接收能耗数据并上传到数据应用层。数据应用层由Onenet云服务器支持，具有数据整理、分析、显示等功能，为相应教室的空调制冷和水加热能源效率评价提供数据支持。同时，云服务器可根据能耗数据上传路径发布指令，控制传感终端。

该系统采用ZigBee网络技术。ZigBee网络通常由三个节点组成：协调（Coordinator）、路由器（Router）、终端（EndDevice）。协调器和终端设备节点形成星形网络拓扑结构，如图所示。

从图中不难看出，传感器终端连接各种传感器来收集能耗数据。协调器用于创建和**Zigbee网络。协调器节点又称聚合节点，将多个终端设备节点放置在不同的位置。它们将收集到的到聚合节点，先处理数据，然后通过WiFi模块将到网关。网关与云服务器通信，上传能耗数据，发布远程指令，将Zigbee网络与互联网连接，实现万物互联的目标。

2硬件系统选型

CC2530单片机是CC2530单片机，CC2530用于2.4GHziEE802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的片上系统（SoC）解决方案。Z-STACK协议栈以ZigBee为联盟认定的参考协议，使得编译和修改相关程序不易出错。

温度传感器为DS18B20，用于测量气体温度和水温，具有接线方便、精度高、扩展方便、覆盖范围广的特点。任何DS18B20都可以存储在同一条单线总线上，允许温度敏感器件放置在许多不同的地方。总线设计可以通过寻求平均值来使测量结果更准确，并节省ZigBee节点。

流量传感器型号为霍尔流量计，安装在加热水管上检测进水流量。霍尔流量计的额定工作电压为DC5V，通用性好，使用方便。

功率变送器为SUI-101A，具有精度高、兼容性好的优点。*大测量电压为AC400V，电流上限为30A，具有一定的载荷能力，内置防雷保护，安全性好。

3高校综合能效解决方案

4结束语

在节能减排的背景下，对能耗相对较大的校园建筑进行有效的能效监督具有重要意义。本文设计了基于物联网技术的智能校园建筑能效监督系统，实现了建筑能耗分类、分项、家庭监督的功能，为优化高校建筑能耗管理和节能改造提供了依据。

【参考文献】

【1】巫春玲，周潜，任凯，王致垚.基于物联网的智慧校园能效监管系统设计[J].建筑电气，2022，15（09）：64-69.

【2】中国建筑节能协会.中国建筑能耗研究2020[J].建筑节能（中英文），2021，49（2）：1-6.

【3】高校综合能效解决方案2022.5版.

【4】企业微电网设计与应用手册2022.05版.

作者简介：谢沪嘉、男、1BZ-I73Z-O7O6，现任职于安科瑞电气股份有限公司

词条
词条说明
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