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。

1.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《中国建筑能耗报告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，建立相应的内部数据传输网络，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。

2.系统的整体设计
2.1系统设计框图
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、由数据传输层(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数据传输层的协调器，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。
2.2系统网络拓扑设计系统网络拓扑设计
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。协调器用于创建和领导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。它们将收集到的数据传输到聚合节点，先处理数据，然后通过WiFi模块将数据传输到网关。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。

3硬件系统选型
3.1主控制器选型
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。
3.2温度传感器选型
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。
3.3流量传感器选型
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。
3.4电量变送器选型
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。

4.高校综合能效解决方案
4.1校园电力监控与运维
集成设备所有数据、综合分析、协同控制、优化运行、集中监控、集中监控、数字检查、移动运维、团队优化整合，减少人力配置。



4.2后勤计费管理
采用先进的网络抄表支付管理技术，实现电、水、气等能源综合收费，实现远程抄表、费率设置、账单统计汇总等，支持微信、支付宝、一卡通等充值支付方式，可设置补贴方案。通过能源支付管理，培养能源群体和部门的节能意识。
4.2.1宿舍用电管理
学生宿舍用电管理控制：基本用电量和定期通断功能可批量发放；可识别恶性负荷，检测非法电气，获得非法用电跳闸记录。
4.2.2店铺水电收费
对校园超市、商铺、食堂等个人水电用能进行预付费管理。
4.2.3充电桩管理平台
充电桩在“源、网、荷、储、充”的信息能源结构中是必不可shao的。充电桩的应用管理也是校园生活服务不可缺shao的一部分。
4.2.4智能照明管理
通过对高校路灯的全面监控，提供灵活智能的路灯管理，实现校园内任何线路、任何路灯的定时开关、强制开关、亮度调节和定时控制方案的灵活设置，确保路灯照明的智能控制和高效节能。
4.3能源管理系统
对校园水、电、气等接入能源进行统计分析，包括同比分析、环比分析、损耗分析等。了解总能耗和能源流量。
根据校园建筑的分类，收集和统计各种建筑功耗数据。如办公建筑、教学建筑、学生宿舍等，分析数据分类，提供领导决策，提高管理效率。
构建符合校园节能监管内容和要求的数据库，自动完成能耗数据采集，自动生成各种形式的报表、图表和系统的能耗审计报告，监控能耗设备的运行状态，设置控制策略，实现节能目标。
4.4智能消防系统
基于物联网、大数据、云计算等现代信息技术，智能消防云平台连接分散的火灾自动报警设备、电气火灾监控设备、智能烟雾探测器、智能消防水等设备形成网络，智能感知、识别、定位，实时动态收集消防信息，通过云平台数据分析、挖掘和趋势分析，帮助实现科学预警火灾、网格管理、实施多责任监督等目标。实现无人值守智能消防，实现智能消防“自动化”、“智能化”、“系统化”需求。从火灾预防，到火灾报警，再到控制联动，在统一的系统平台上运行，用户、安全人员、监管单位可以通过平台直观地看到各种消防设备和传感器的运行，在细节、火灾等紧急和非紧急情况下，在几秒钟内，相关报警和事件信息通过手机短信、语音电话、电子邮件提醒和应用推送，可以快速通知相关人员。

5.平台部署硬件选型
5.1电力监控与运维平台



5.2后勤计费管理
5.2.1宿舍/商业预付费平台


6.结束语
     在节能减排的大背景下，对能源消耗占比较大的校园建筑进行有效能效监管意义重大。本文设计的基于物联网技术的智慧校园建筑能效监管系统，实现了建筑能耗分类、分项和分户监管等功能，为优化高校建筑能源消耗管理和节能改造提供依据。

【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.中国建筑能耗研究报告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.