面向能源管理的大型公共建筑节能监测系统

摘要

建筑能耗，特别是大型公共建筑的能耗引起了人们的广泛关注。以节能监测为目的的楼宇能源管理系统（BEMS）已成为当代建筑在绿色建筑、智能建筑的要求下建筑节能发展的新趋势。论文以大型公共建筑为应用背景，系统研究了基于能效监测和能耗计量的楼宇能源管理系统的设计与实现技术。
　　 为实现大型公共建筑的节能监测，设计并实现了基于无线传感器网络的能效监测系统和基于ARM嵌入式平台的能耗计量系统。能效监测系统采用Crossbow的micaz节点作为硬件平台，使用UC Berkeley的TinyOS微操作系统进行节点程序开发，实现了对温度、湿度和光亮度等环境变量的监测。能耗计量系统采用基于S3C2410的信息集中器和基于LPC2131的电量采集终端对能耗设备的用电量进行分项计量。通过对环境量和用电量的综合监测，分析建筑的用能效果和能耗特点，优化能耗系统的运行，降低建筑的能耗水平并提高系统能效。
　　 论文首先论述了建筑节能研究的现状以及大型公共建筑的能耗特点，然后根据建筑能源管理的需要，以空调系统和照明系统这两个主要的建筑能耗系统为监测对象，在能效监测和能耗计量的基础上形成了整个建筑的楼宇能源管理系统。详细论述了楼宇能源管理系统的整体设计方案和各个子系统软硬件开发过程中涉及到的TinyOS组件编程、无线传感器网络通信、ARM嵌入式系统设计等关键技术的原理和开发方法，并给出.NET架构下使用WPF和LINQ实现能源管理软件开发的过程。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.1.1 建筑分类及其能耗

1.1.2 建筑节能的意义

1.2 公共建筑节能研究

1.2.1 国内大型公共建筑能耗状况

1.2.2 国外建筑节能研究

1.2.3 国内建筑节能研究

1.3 楼宇能源管理系统

1.4 研究内容和论文结构

第二章 楼宇能源管理系统及其方案设计

2.1 楼宇能源管理系统研究

2.1.1 楼宇能源管理的发展

2.1.2 楼宇能源管理系统的特点与功能

2.2 楼宇能源管理系统方案设计

2.2.1 需求分析

2.2.2 系统架构

2.3 能效监测方案

2.3.1 楼宇内信息传输的特殊性

2.3.2 能效监测系统

2.3.3 监测点的选择

2.4 能耗计量方案

2.5 本章小结

第三章 基于无线传感器网络的能效监测系统开发

3.1 无线传感器网络及其嵌入式操作系统

3.1.1 无线传感器网络及其发展

3.1.2 无线传感器网络的操作系统

3.2 基于TinyOS操作系统的监测网络实现

3.2.1 TinyOS与nesC

3.2.2 节点和网关程序开发

3.2.3 系统事件与能量管理

3.3 网络节点的通信

3.3.1 主动消息概述

3.3.2 主动通信的缓存管理

3.3.3 主动消息的显式确认

3.4 网络接口开发

3.4.1 网关数据包

3.4.2 系统消息解析

3.5 本章小结

第四章 能耗计量系统设计与开发

4.1 通信方式

4.1.1 RS-485总线

4.1.2 以太网通信

4.2 能耗信息集中器开发与实现

4.2.1 能耗信息集中器的功能需求

4.2.2 能耗信息集中器硬件设计

4.2.3 能耗信息集中器软件设计

4.3 电量采集终端设计与开发

4.3.1 功能需求及开发平台

4.3.2 电量采集终端整体设计

4.4 本章小结

第五章 能源管理软件开发

5.1.NET Framework开发平台

5.1.1 开发平台的选择

5.1.2 NET Framework平台的优势

5.2 能源管理系统软件结构

5.2.1 软件模块和功能

5.2.2 系统开发和实现

5.3 能源数据库及其访问

5.3.1 系统数据流模型

5.3.2 数据库的选择

5.3.3 数据库访问

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

致 谢

参考文献

附录一 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文