文｜中國(guó)建筑設(shè)計(jì)院有限公司 張亞斌 曹穎 趙希 翟建宇

一、基本情況

“能源自維持住宅監(jiān)測(cè)展示平臺(tái)研發(fā)與示范”課題從農(nóng)村住宅能源消耗方式和氣候條件不同出發(fā)，選取了需要應(yīng)用大量采暖和保溫技術(shù)的嚴(yán)寒地區(qū)和需要應(yīng)用大量通風(fēng)和降溫技術(shù)的夏熱冬暖地區(qū)。課題組選擇內(nèi)蒙古呼倫貝爾市海拉爾的國(guó)有浩特陶海牧場(chǎng)作為嚴(yán)寒地區(qū)示范點(diǎn)，選擇福建南安市官橋鎮(zhèn)席里村作為夏熱冬暖地區(qū)的示范點(diǎn)開展當(dāng)?shù)刈≌哪茉幢O(jiān)控研究。

國(guó)有浩特陶海牧場(chǎng)距離內(nèi)蒙古呼倫貝爾市東山機(jī)場(chǎng)25.7公里，距離呼倫貝爾市區(qū)20公里。該示范點(diǎn)冬季嚴(yán)寒，最低溫度可達(dá)-40攝氏度，夏季最高溫度可達(dá)32攝氏度，本示范點(diǎn)的住宅主要需要解決冬季的保溫和采暖問(wèn)題。

南安市官橋鎮(zhèn)席里村距離福建泉州晉江機(jī)場(chǎng)20.1公里，距離泉州市區(qū)18公里。該示范點(diǎn)夏季炎熱、潮濕，最高溫度可達(dá)39攝氏度，冬季最低溫度可達(dá)-13攝氏度，這里的住宅需要主要解決夏季的遮陽(yáng)、通風(fēng)問(wèn)題。

二、實(shí)施過(guò)程

根據(jù)示范點(diǎn)的氣候特點(diǎn)和既有住宅的情況進(jìn)行監(jiān)控和分析，主要針對(duì)住宅室內(nèi)的溫濕度監(jiān)測(cè)、分析和室外環(huán)境監(jiān)測(cè)。

經(jīng)過(guò)課題組討論，確定在呼倫貝爾市國(guó)有浩特陶海牧場(chǎng)示范點(diǎn)的自建住宅內(nèi)布置6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行室內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)、一個(gè)完整空間的6個(gè)壁面溫度的監(jiān)測(cè)、一個(gè)室外氣象監(jiān)測(cè)站點(diǎn)。確定在南安市席里村示范點(diǎn)的自建住宅內(nèi)布置6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行室內(nèi)溫濕度監(jiān)測(cè)、一個(gè)完整空間的6個(gè)壁面的溫度監(jiān)測(cè)、6個(gè)點(diǎn)的熱線式室內(nèi)風(fēng)速監(jiān)測(cè)、一個(gè)室外氣象監(jiān)測(cè)站。在福建南安示范點(diǎn)用熱線式風(fēng)速儀進(jìn)行室內(nèi)風(fēng)速監(jiān)測(cè)的目的是通過(guò)室內(nèi)風(fēng)速的分析，力爭(zhēng)在改善室內(nèi)通風(fēng)、降低暑期溫度上提供改善建議。

2015年9月進(jìn)行了設(shè)備的采購(gòu)和準(zhǔn)備，每個(gè)示范點(diǎn)需要安裝以下設(shè)備：

1、戶內(nèi)服務(wù)器一臺(tái)，要求能夠進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境和室外氣象數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)，能夠連接到Internet并實(shí)時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)到監(jiān)測(cè)展示平臺(tái)。

2、室內(nèi)溫濕度計(jì)設(shè)備一套，包括一個(gè)基于ZigBee的室內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)采集器一個(gè)，基于ZigBee的用戶室內(nèi)溫濕度傳感器6組，基于ZigBee的室內(nèi)壁面溫度傳感器6組。

3、室外小型氣象站1臺(tái)，要求能夠測(cè)試和記錄總輻照、垂直輻射、風(fēng)速、溫度和濕度；并能夠通過(guò)室內(nèi)220V的電源供電、能通過(guò)有線通信接口與戶內(nèi)服務(wù)器連接傳送數(shù)據(jù)。

4、在福建南安的示范點(diǎn)需要配備有線的熱線風(fēng)速儀，能通過(guò)有線通信接口與戶內(nèi)服務(wù)器連接傳送數(shù)據(jù)。

5、UPS電源2塊，一塊用于戶內(nèi)服務(wù)器以及數(shù)據(jù)采集器的供電，一塊用于氣象站的供電。

設(shè)備采購(gòu)?fù)瓿珊髮⑹覂?nèi)溫濕度測(cè)試設(shè)備一套、戶內(nèi)服務(wù)器、安裝工具、氣象站等眾多設(shè)備，采用陸運(yùn)方式(ZigBee無(wú)線設(shè)備中含有多塊含鋰電池，不能通過(guò)航空運(yùn)輸)通過(guò)快遞公司寄送到示范點(diǎn)所在城市，然后課題組安裝人員到達(dá)當(dāng)?shù)睾笞蕴帷?/p>

為了能夠獲得采暖季的數(shù)據(jù)，首先在嚴(yán)寒地區(qū)的內(nèi)蒙古國(guó)有浩特陶海牧場(chǎng)住宅進(jìn)行安裝實(shí)施。課題組成員于10月14日到達(dá)海拉爾機(jī)場(chǎng)，包括課題組成員若干，1名軟件調(diào)試人員、1名設(shè)備安裝人員。一行人員租車從海拉爾市內(nèi)自提貨物，并到達(dá)30公里之外的國(guó)有浩特陶海牧場(chǎng)示范點(diǎn)。本示范點(diǎn)為獨(dú)門獨(dú)戶的小院，院落占地大約1000平米，住宅占地大約200平米。在住宅內(nèi)外通過(guò)觀察電源路線、信號(hào)線走向的基礎(chǔ)上，確定戶內(nèi)主機(jī)、室外氣象站的安裝位置。首先進(jìn)行土建工程的安裝，包括在院子的土地上刨坑、立桿、填土、夯實(shí)、安裝氣象設(shè)備等；電源線走線、信號(hào)線走線；戶內(nèi)設(shè)備的放置固定；網(wǎng)絡(luò)報(bào)裝等工作。然后是通電測(cè)試、通信線連接、數(shù)據(jù)通信測(cè)試等硬件鏈接和軟件調(diào)試的工作。海拉爾示范點(diǎn)的安裝本來(lái)計(jì)劃3天完成。但是實(shí)際的實(shí)施過(guò)程中遇到了很多突發(fā)的事情，導(dǎo)致實(shí)施工作非常艱難，共分3次在項(xiàng)目示范點(diǎn)安裝調(diào)試才完成。

第一次是快遞在發(fā)貨和打包時(shí)弄丟了數(shù)據(jù)采集器的電源和信號(hào)線的1個(gè)4口端子，導(dǎo)致戶內(nèi)溫度和濕度的采集成為問(wèn)題。課題組第二天到市內(nèi)的電腦市場(chǎng)和五金電器店進(jìn)行采購(gòu)，但是市場(chǎng)上沒(méi)有這種專用設(shè)備零部件。

第二次是軟件調(diào)試工程師帶了一套已經(jīng)設(shè)置好的數(shù)據(jù)采集器乘坐火車從北京到哈爾濱再轉(zhuǎn)到呼倫貝爾市海拉爾，到達(dá)國(guó)有浩特陶海牧場(chǎng)住宅后，馬上進(jìn)行調(diào)試數(shù)據(jù)采集器，但是設(shè)備工作異常，再排查問(wèn)題并聯(lián)系客服后確定是數(shù)據(jù)采集器在運(yùn)輸過(guò)程中損壞（推測(cè)當(dāng)時(shí)進(jìn)入11月最低室外溫度已經(jīng)降到-30攝氏度，可能是室內(nèi)外溫度變化大，到達(dá)室內(nèi)后急于通電調(diào)試導(dǎo)致了部分元器件損壞），只能從北京廠家緊急調(diào)貨快遞，但是進(jìn)入11月份后當(dāng)?shù)貙?duì)外聯(lián)系規(guī)?？s小，物流減少，最后第三天中午設(shè)備才到達(dá)海拉爾區(qū)，最終比預(yù)期多了一天時(shí)間完成本次調(diào)試。

在此后實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)設(shè)備頻繁掉線，遠(yuǎn)程無(wú)法連接，總是要請(qǐng)住戶重啟戶內(nèi)服務(wù)器。決定第三次赴現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)試。這次前往現(xiàn)場(chǎng)又發(fā)現(xiàn)了一些其他情況：1、電腦掉線的原因是服務(wù)器藍(lán)屏了，需要重裝系統(tǒng)；2、原來(lái)是采用WiFi連接到Internet，穩(wěn)定性欠佳（后來(lái)?yè)Q成有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信）。3、門廊的溫度白天在-7度左右，夜間在-15度左右，放在門廊的一個(gè)溫濕度傳感器的電量顯示只剩30%，（設(shè)計(jì)時(shí)一塊鋰電池能維持設(shè)備運(yùn)行1年），需要對(duì)電池進(jìn)行了更換；4、當(dāng)時(shí)進(jìn)入積雪期（每天下一點(diǎn)兒雪，但是雪不會(huì)融化，一直到春天到來(lái)才能融化），室外的輻照儀被大量的積雪覆蓋，導(dǎo)致輻照監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)，積雪不會(huì)自動(dòng)消失，只能請(qǐng)住戶定期清理一下。經(jīng)過(guò)3次到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行設(shè)備安裝調(diào)試，能源環(huán)境監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)基本正常。

之后課題組到福建南安進(jìn)行了設(shè)備的安裝和調(diào)試。本次安裝也是將設(shè)備先寄到福建南安附近的泉州，然后課題組成員到達(dá)后自提，接著去城區(qū)的電腦城采購(gòu)了監(jiān)控?cái)z像頭、戶內(nèi)服務(wù)器機(jī)柜、UPS電源、網(wǎng)線、電線、插線板等輔材。福建南安農(nóng)村示范點(diǎn)是獨(dú)門獨(dú)戶的二層小樓，占地大約200平米。在安裝過(guò)程和內(nèi)蒙古呼倫貝爾示范點(diǎn)類似，遇到兩個(gè)特別的問(wèn)題。第一是小型氣象站的選址和固定問(wèn)題，由于當(dāng)?shù)囟营?dú)棟較多，住宅比較密集，需要將氣象站放到樓頂才能獲得較好的太陽(yáng)輻照、溫濕度、風(fēng)速等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，樓頂是住戶進(jìn)行過(guò)防水處理，跟住戶商量后拿來(lái)兩個(gè)當(dāng)?shù)厥褂玫淖畲蟮碾绮烁鬃鳛楣潭庀笳驹O(shè)備的基坑，從村里購(gòu)買商砼進(jìn)項(xiàng)澆灌，并在腌菜缸與樓頂接觸處用水泥進(jìn)行加固；第二是當(dāng)?shù)氐膫鹘y(tǒng)農(nóng)宅是用大塊石料建造的，在石墻上打孔非常困難，大多數(shù)情況需要使用強(qiáng)力粘合劑固定傳感器等設(shè)備。

三、總結(jié)

“能源自維持住宅監(jiān)測(cè)展示平臺(tái)研發(fā)與示范”課題監(jiān)控設(shè)備安裝的示范點(diǎn)都是離城市較遠(yuǎn)的農(nóng)村，氣候和當(dāng)?shù)氐淖≌问?、居住特點(diǎn)各異。當(dāng)然在遇到了各種困難后，課題組對(duì)偏遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)村進(jìn)行監(jiān)控設(shè)備安裝進(jìn)行了總結(jié)，目的是提高安裝的成功率和減少工作周期。

第一、在偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行設(shè)備安裝時(shí)一定要考慮極端的氣候條件。極端的氣候條件可能影響人類活動(dòng)的范圍和時(shí)間，例如航班取消、物流緩慢、當(dāng)?shù)毓と硕倘钡龋粯O端的氣候條件可能影響設(shè)備的安裝和運(yùn)行，避免設(shè)備在室內(nèi)外溫差很大時(shí)開機(jī)運(yùn)行，長(zhǎng)時(shí)間的高濕高溫或嚴(yán)寒可能會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行，要在實(shí)施方案設(shè)計(jì)中進(jìn)行相關(guān)考慮。

第二、在偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行設(shè)備安裝時(shí)一定要考慮工具和設(shè)備的備份，運(yùn)輸過(guò)程打包等問(wèn)題，因?yàn)樵谄h(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)村，再?gòu)漠?dāng)?shù)夭少?gòu)零部件基本是不可能的，而且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，從始發(fā)地寄送時(shí)間周期又不可控。在情況允許的條件下，盡可能做到設(shè)備、工具、材料的備份，提高實(shí)施的成功率。

第三、在偏遠(yuǎn)農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行設(shè)備安裝時(shí)一定要事先對(duì)當(dāng)?shù)氐那闆r進(jìn)行調(diào)研，考察當(dāng)?shù)氐慕ㄖ问胶吞攸c(diǎn)，考慮好設(shè)備的安裝和維護(hù)預(yù)備工作。在民用環(huán)境中安裝專業(yè)設(shè)備要注意用電安全、施工安全?？紤]設(shè)備備份、突發(fā)情況影響、電力和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性、天氣對(duì)設(shè)備的影響這些問(wèn)題在方案設(shè)計(jì)時(shí)要注意。

第四、由于監(jiān)測(cè)設(shè)備都是專用型設(shè)備，不同于普通家用設(shè)備，設(shè)備的維護(hù)和使用需要具有一定的專業(yè)知識(shí)和技能，最好安裝室外視頻監(jiān)控對(duì)室外氣象站設(shè)備工作進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)研究人員多次往返示范點(diǎn)容易造成資源的浪費(fèi)，最好在安裝之前考慮好維護(hù)方案，如有可能在當(dāng)?shù)貙ふ业谌焦净蚍止敬鸀榫S護(hù)。要考慮這些情況的預(yù)算支出。