能源與環(huán)境監(jiān)控設備在農(nóng)村住宅中安裝實施的若干問題

文｜中國建筑設計院有限公司 張亞斌 曹穎 趙希 翟建宇

一、基本情況

“能源自維持住宅監(jiān)測展示平臺研發(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)，選取了需要應用大量采暖和保溫技術的嚴寒地區(qū)和需要應用大量通風和降溫技術的夏熱冬暖地區(qū)。課題組選擇內(nèi)蒙古呼倫貝爾市海拉爾的國有浩特陶海牧場作為嚴寒地區(qū)示范點，選擇福建南安市官橋鎮(zhèn)席里村作為夏熱冬暖地區(qū)的示范點開展當?shù)刈≌哪茉幢O(jiān)控研究。

國有浩特陶海牧場距離內(nèi)蒙古呼倫貝爾市東山機場25.7公里，距離呼倫貝爾市區(qū)20公里。該示范點冬季嚴寒，最低溫度可達-40攝氏度，夏季最高溫度可達32攝氏度，本示范點的住宅主要需要解決冬季的保溫和采暖問題。

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

二、實施過程

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

經(jīng)過課題組討論，確定在呼倫貝爾市國有浩特陶海牧場示范點的自建住宅內(nèi)布置6個監(jiān)測點進行室內(nèi)溫濕度監(jiān)測、一個完整空間的6個壁面溫度的監(jiān)測、一個室外氣象監(jiān)測站點。確定在南安市席里村示范點的自建住宅內(nèi)布置6個監(jiān)測點進行室內(nèi)溫濕度監(jiān)測、一個完整空間的6個壁面的溫度監(jiān)測、6個點的熱線式室內(nèi)風速監(jiān)測、一個室外氣象監(jiān)測站。在福建南安示范點用熱線式風速儀進行室內(nèi)風速監(jiān)測的目的是通過室內(nèi)風速的分析，力爭在改善室內(nèi)通風、降低暑期溫度上提供改善建議。

2015年9月進行了設備的采購和準備，每個示范點需要安裝以下設備：

1、戶內(nèi)服務器一臺，要求能夠進行室內(nèi)環(huán)境和室外氣象數(shù)據(jù)采集、存儲，能夠連接到Internet并實時發(fā)送數(shù)據(jù)到監(jiān)測展示平臺。

2、室內(nèi)溫濕度計設備一套，包括一個基于ZigBee的室內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)采集器一個，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，要求能夠測試和記錄總輻照、垂直輻射、風速、溫度和濕度；并能夠通過室內(nèi)220V的電源供電、能通過有線通信接口與戶內(nèi)服務器連接傳送數(shù)據(jù)。

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

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

設備采購完成后將室內(nèi)溫濕度測試設備一套、戶內(nèi)服務器、安裝工具、氣象站等眾多設備，采用陸運方式(ZigBee無線設備中含有多塊含鋰電池，不能通過航空運輸)通過快遞公司寄送到示范點所在城市，然后課題組安裝人員到達當?shù)睾笞蕴帷?/p>

為了能夠獲得采暖季的數(shù)據(jù)，首先在嚴寒地區(qū)的內(nèi)蒙古國有浩特陶海牧場住宅進行安裝實施。課題組成員于10月14日到達海拉爾機場，包括課題組成員若干，1名軟件調(diào)試人員、1名設備安裝人員。一行人員租車從海拉爾市內(nèi)自提貨物，并到達30公里之外的國有浩特陶海牧場示范點。本示范點為獨門獨戶的小院，院落占地大約1000平米，住宅占地大約200平米。在住宅內(nèi)外通過觀察電源路線、信號線走向的基礎上，確定戶內(nèi)主機、室外氣象站的安裝位置。首先進行土建工程的安裝，包括在院子的土地上刨坑、立桿、填土、夯實、安裝氣象設備等；電源線走線、信號線走線；戶內(nèi)設備的放置固定；網(wǎng)絡報裝等工作。然后是通電測試、通信線連接、數(shù)據(jù)通信測試等硬件鏈接和軟件調(diào)試的工作。海拉爾示范點的安裝本來計劃3天完成。但是實際的實施過程中遇到了很多突發(fā)的事情，導致實施工作非常艱難，共分3次在項目示范點安裝調(diào)試才完成。

第一次是快遞在發(fā)貨和打包時弄丟了數(shù)據(jù)采集器的電源和信號線的1個4口端子，導致戶內(nèi)溫度和濕度的采集成為問題。課題組第二天到市內(nèi)的電腦市場和五金電器店進行采購，但是市場上沒有這種專用設備零部件。

第二次是軟件調(diào)試工程師帶了一套已經(jīng)設置好的數(shù)據(jù)采集器乘坐火車從北京到哈爾濱再轉到呼倫貝爾市海拉爾，到達國有浩特陶海牧場住宅后，馬上進行調(diào)試數(shù)據(jù)采集器，但是設備工作異常，再排查問題并聯(lián)系客服后確定是數(shù)據(jù)采集器在運輸過程中損壞（推測當時進入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，到達室內(nèi)后急于通電調(diào)試導致了部分元器件損壞），只能從北京廠家緊急調(diào)貨快遞，但是進入11月份后當?shù)貙ν饴?lián)系規(guī)模縮小，物流減少，最后第三天中午設備才到達海拉爾區(qū)，最終比預期多了一天時間完成本次調(diào)試。

在此后實際運行過程中，發(fā)現(xiàn)設備頻繁掉線，遠程無法連接，總是要請住戶重啟戶內(nèi)服務器。決定第三次赴現(xiàn)場進行調(diào)試。這次前往現(xiàn)場又發(fā)現(xiàn)了一些其他情況：1、電腦掉線的原因是服務器藍屏了，需要重裝系統(tǒng)；2、原來是采用WiFi連接到Internet，穩(wěn)定性欠佳（后來換成有線網(wǎng)絡進行通信）。3、門廊的溫度白天在-7度左右，夜間在-15度左右，放在門廊的一個溫濕度傳感器的電量顯示只剩30%，（設計時一塊鋰電池能維持設備運行1年），需要對電池進行了更換；4、當時進入積雪期（每天下一點兒雪，但是雪不會融化，一直到春天到來才能融化），室外的輻照儀被大量的積雪覆蓋，導致輻照監(jiān)測不準，積雪不會自動消失，只能請住戶定期清理一下。經(jīng)過3次到現(xiàn)場進行設備安裝調(diào)試，能源環(huán)境監(jiān)控數(shù)據(jù)基本正常。

之后課題組到福建南安進行了設備的安裝和調(diào)試。本次安裝也是將設備先寄到福建南安附近的泉州，然后課題組成員到達后自提，接著去城區(qū)的電腦城采購了監(jiān)控攝像頭、戶內(nèi)服務器機柜、UPS電源、網(wǎng)線、電線、插線板等輔材。福建南安農(nóng)村示范點是獨門獨戶的二層小樓，占地大約200平米。在安裝過程和內(nèi)蒙古呼倫貝爾示范點類似，遇到兩個特別的問題。第一是小型氣象站的選址和固定問題，由于當?shù)囟营殫澼^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輻照、溫濕度、風速等監(jiān)測數(shù)據(jù)，樓頂是住戶進行過防水處理，跟住戶商量后拿來兩個當?shù)厥褂玫淖畲蟮碾绮烁鬃鳛楣潭庀笳驹O備的基坑，從村里購買商砼進項澆灌，并在腌菜缸與樓頂接觸處用水泥進行加固；第二是當?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)情況需要使用強力粘合劑固定傳感器等設備。

三、總結

“能源自維持住宅監(jiān)測展示平臺研發(fā)與示范”課題監(jiān)控設備安裝的示范點都是離城市較遠的農(nóng)村，氣候和當?shù)氐淖≌问健⒕幼√攸c各異。當然在遇到了各種困難后，課題組對偏遠地區(qū)農(nóng)村進行監(jiān)控設備安裝進行了總結，目的是提高安裝的成功率和減少工作周期。

第一、在偏遠農(nóng)村地區(qū)進行設備安裝時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的范圍和時間，例如航班取消、物流緩慢、當?shù)毓と硕倘钡龋粯O端的氣候條件可能影響設備的安裝和運行，避免設備在室內(nèi)外溫差很大時開機運行，長時間的高濕高溫或嚴寒可能會影響設備的正常運行，要在實施方案設計中進行相關考慮。

第二、在偏遠農(nóng)村地區(qū)進行設備安裝時一定要考慮工具和設備的備份，運輸過程打包等問題，因為在偏遠地區(qū)的農(nóng)村，再從當?shù)夭少徚悴考臼遣豢赡艿模屹M時費力，從始發(fā)地寄送時間周期又不可控。在情況允許的條件下，盡可能做到設備、工具、材料的備份，提高實施的成功率。

第三、在偏遠農(nóng)村地區(qū)進行設備安裝時一定要事先對當?shù)氐那闆r進行調(diào)研，考察當?shù)氐慕ㄖ问胶吞攸c，考慮好設備的安裝和維護預備工作。在民用環(huán)境中安裝專業(yè)設備要注意用電安全、施工安全。考慮設備備份、突發(fā)情況影響、電力和網(wǎng)絡穩(wěn)定性、天氣對設備的影響這些問題在方案設計時要注意。

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