CN104482966A - 一种模块化建筑能耗检测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明为了克服现有技术中对节能减排监测参数的不完备性和现有节能减排监测系统自身消耗电力的问题，提供了一种模块化建筑能耗检测仪，该模块化建筑能耗检测仪采用分布式模块化结构，包括主检测仪和多个分布式的电气分检测器、温度分检测器和水力分检测器，所述主检测仪包括外壳、电源单元、控制单元、显示单元、存储单元、数据传输单元以及比例计算单元，所述温度分检测器、电气分检测器和水力分检测器均包括能耗检测单元、存储器、能耗转换单元和数据传输单元。本发明将水资源和电力资源消耗监控共同纳入到建筑物能耗监控的系统中，从而提高了建筑物能耗监控的合理性和准确性。同时，排除了二氧化碳这一目前尚有争议的检测指标，避免了建筑物所在海拔高度和周边自然环境造成的监控偏差。
Description
技术领域
本发明涉及节能减排技术领域，更具体地，涉及一种模块化建筑能耗检测仪。
背景技术
建筑节能在我国建设节约型社会中有着举足轻重的地位，在满足建筑环境要求的基础上降低建筑运行能耗，成为建筑可持续发展的重要课题。实现建筑节能的目标可以采取多种不同的措施，采用节能设备和节能工艺、开发新材料等都是建筑节能的有效方式。无论采取哪种方式，其基础都是充分掌握建筑的全部用能信息，发现用能过程中存在的问题；另一方面，为了使节能工作长期开展下去，还需要建立数据监测的长效机制，建立建筑能耗的数据库，不断补充最新的能耗统计分析数据，为政府开展能耗公示平台、采取相关措施提供技术支持。
申请号为CN 200810059872.X的中国发明专利申请提供了一种无线内网建筑能耗及环境实时监测与分析方法，它包括以下步骤：1)通过采集设备采集建筑内的能耗及环境参数；2)将参数通过无线传感内网传输并汇聚到无线传感主端机，无线传感内网包括设于建筑内的相互通过无线通讯连接的若干无线传感端机，所述的采集设备与无线传感端机相连并将采集到的参数先传输给相应无线传感端机，然后再传输至无线传感内网中。3)汇聚后的参数由无线传感主端机传输给数据库；4)采用数据处理装置对取得的参数进行处理分析，并采取相应措施。
然而，包括上述专利申请在内的现有技术都未建立有效的节能减排计算和监控机制，很多的物理量没有纳入计算和衡量体系之内，并且计量的装置往往本身也要消耗建筑物的电能，这种种情况都导致节能减排的指标计算不适当和监测不准确。
发明内容
本发明为了克服现有技术中对节能减排监测参数的不完备性和现有节能减排监测系统自身消耗电力的问题，提供了一种模块化建筑能耗检测仪，该模块化建筑能耗检测仪采用分布式模块化结构，包括主检测仪和多个分布式的电气分检测器、温度分检测器和水力分检测器，所述主检测仪包括外壳、电源单元、控制单元、显示单元、存储单元、数据传输单元以及比例计算单元，所述温度分检测器、电气分检测器和水力分检测器均包括能耗检测单元、存储器、能耗转换单元和数据传输单元，所述电源单元、控制单元、显示单元，以及能耗检测单元、能耗转换单元均被模块化设置于外壳内，所述温度分检测器的能耗检测单元包括温度传感器，用于感应该分检测器所在的环境温度，所述电气分检测器的能耗检测单元包括电能计量传感器，所述水力分检测器的能耗检测单元包括水流量传感器和高度传感器，所述温度分检测器的能耗转换单元将温度转换为能耗，所述电气分检测器和水力分检测器的能耗转换单元用于将电能计量传感器、水流量传感器中的至少一种检测到的物理量转换为能耗，所述比例计算单元用于计算温度分检测器的转换结果数据同电气分检测器与水力分检测器的能耗转换单元的转换结果数据之和数据这两种数据之间的比值，所述主检测仪的显示单元用于显示该比值。
进一步地，所述数据传输单元包含有无线射频和基带一体化芯片、阻抗匹配电路以及集成化射频前端模块；所述集成化射频前端模块连接天线，并通过阻抗匹配电路与无线射频和基带一体化芯片相连接，传输射频信号；所述无线射频和基带一体化芯片连接数据，传输基带信号；所述无线射频和基带一体化芯片以及集成化射频前端模块的供电端子分别与电源对应连接。
进一步地，所述高度传感器用于检测其所在的水力分检测器所在的高度，且所述水力分检测器的能耗转换单元根据所述高度与各个水力分检测器检测到的最低高度之间的差值作为该水力分检测器所在处的水被运送的高度，计算运送水所需的功，作为从水流量和高度转换成的能耗。
进一步地，所述温度分检测器将其能耗转换单元得到的能耗发送到主检测仪，且主检测仪根据接收到的来自温度分检测器发送的能耗的总和除以接收到的与该主检测仪进行通信的温度分检测器的数量，得到所述温度分检测器的转换结果数据。
进一步地，所述温度分检测器、电气分检测器和水力分检测器还均包括GPS模块，且这些分检测器向主检测仪发送转换结果数据时，一并发送其GPS模块采集到的GPS信息。
进一步地，所述温度分检测器、电气分检测器和水力分检测器还均包括供电模块。
进一步地，所述主检测仪的电源单元和分检测器的供电模块均采用蓄电池或太阳能电池。
进一步地，所述显示单元为OLED显示装置。
本发明的有益效果是：将水资源和电力资源消耗监控共同纳入到建筑物能耗监控的系统中，从而提高了建筑物能耗监控的合理性和准确性。同时，排除了二氧化碳这一目前尚有争议的检测指标，避免了建筑物所在海拔高度和周边自然环境造成的监控偏差。
附图说明
图1示出了根据本发明的优选实施例的模块化建筑能耗检测仪的结构框图。
图2示出了根据本发明的优选实施例的模块化建筑能耗检测仪的数据传输单元的电路图。
具体实施方式
如图1所示，示出了根据本发明的优选实施例的模块化建筑能耗检测仪，该模块化建筑能耗检测仪采用分布式模块化结构。具体地，该模块化建筑能耗检测仪包括：主检测仪和多个分布式的电气分检测器、温度分检测器和水力分检测器，所述主检测仪包括外壳、电源单元、控制单元、显示单元、存储单元、数据传输单元以及比例计算单元，所述温度分检测器、电气分检测器和水力分检测器均包括能耗检测单元、存储器、能耗转换单元和数据传输单元，所述电源单元、控制单元、显示单元，以及能耗检测单元、能耗转换单元均被模块化设置于外壳内，所述温度分检测器的能耗检测单元包括温度传感器，用于感应该分检测器所在的环境温度，所述电气分检测器的能耗检测单元包括电能计量传感器，所述水力分检测器的能耗检测单元包括水流量传感器和高度传感器，所述温度分检测器的能耗转换单元将温度转换为能耗，所述电气分检测器和水力分检测器的能耗转换单元用于将电能计量传感器、水流量传感器中的至少一种检测到的物理量转换为能耗，所述比例计算单元用于计算温度分检测器的转换结果数据同电气分检测器与水力分检测器的能耗转换单元的转换结果数据之和数据这两种数据之间的比值，所述主检测仪的显示单元用于显示该比值。
考虑到现代建筑物内都具有无线WiFi，因此，本发明中模块化建筑能耗检测仪的各个数据传输单元均采用基于WiFi的技术进行通信。将WiFi功能电路布设在一块独立的PCB小板上，配合用于与外围电路连接通信的引脚，形成一个标准的WiFi模块。由此一来，在进行移动终端的主电路板设计时，只需将WiFi模块作为一个通用器件贴装到主电路板上或者通过接口与主电路板相插接，即可完成主电路板的WiFi功能设计，从而大大简化了主电路板的整体布局和走线设计。
为了满足WiFi模块的基本工作需求，在设计WiFi模块的外围引脚时，至少应定义有数据传输引脚SDIO、电源引脚VDD_1.8、VDD_3.3和天线引脚ANT，分别用于与外围电路中的主处理器、电源和天线对应连接，以满足WiFi信号的传输以及WiFi功能电路的用电需求。
在本实施例中，为了尽量减小WiFi模块的整体尺寸，以便于在主电路板上的布设，本实施例优选采用高集成度的WiFi单芯片配合射频前端模块进行WiFi功能电路的整体设计，以简化电路结构，缩小WiFi模块的体积。
作为本实施例的一种优选设计方案，本实施例优选采用一颗WiFi射频和基带一体化芯片N1连接射频前端模块FEM，形成所述的WiFi功能电路，参见图2所示。其中，在所述射频前端模块FEM中，可以集成滤波器、发射balun、接收balun以及一个发射通道、一个接收通道和蓝牙切换开关等功能模块。在这里，所述balun即指平衡-不平衡转换器，用于满足前级的输出阻抗与后级的输入阻抗之间的匹配要求。将所述射频前端模块FEM连接WiFi模块的天线引脚ANT，进而通过天线引脚ANT外接天线，一方面通过天线接收WiFi无线信号，并将WiFi无线信号转换成高频电流信号，输出至一体化芯片N1的射频接收端子WLAN_RF_RX，进行后续的解调处理；另一方面，将通过一体化芯片N1的射频发射端子WLAN_RF_TX调制输出的高频信号进行滤波、阻抗匹配以及通道切换处理后，通过WiFi模块的天线引脚ANT发送至天线，进而经由天线转换成无线射频信号，对外发射输出。在所述WiFi射频和基带一体化芯片N1中，可以集成WiFi信号的调制、解调、功率放大、低噪声滤波以及电源转换等功能模块，一方面实现对WiFi信号的接收、解调、滤波以及信号处理后，形成基带信号输出至WiFi模块的数据传输引脚SDIO，进而经由所述的数据传输引脚SDIO发送至外围的主处理器；另一方面可以接收主处理器输出的基带信号，并对其进行调制和功率放大处理后，生成高频信号输出至射频前端模块FEM，进而经由天线发射输出。
通过采用高集成度的芯片进行WiFi模块的电路设计，由此大大节省了模块的尺寸，整体尺寸可以做到5mm*7mm，有利于温度分检测器、电气分检测器和水力分检测器缩小体积。
检测时，所述高度传感器用于检测其所在的水力分检测器所在的高度，且所述水力分检测器的能耗转换单元根据所述高度与各个水力分检测器检测到的最低高度之间的差值作为该水力分检测器所在处的水被运送的高度，计算运送水所需的功，作为从水流量和高度转换成的能耗。例如，某位于17楼厕所上水管处的水力分检测器向主检测仪发送了其在一定时间内测得的水流量数据，而同时，除了其他的水力分检测器向主检测仪发送水流量数据之外，还有地下泵房的水力分检测器向主检测仪发送水流量数据，那么此时17楼厕所上水管处的水力分检测器的水消耗的能量就按照如下方式计算：17楼厕所上水管处的水力分检测器的高度传感器检测到的高度减去地下泵房的高度传感器检测到的高度得到的高度差乘以重力加速度g再乘以17楼厕所上水管处的水力分检测器的水流量传感器检测到的水流量。
优选地，所述温度分检测器将其能耗转换单元得到的能耗发送到主检测仪，且主检测仪根据接收到的来自温度分检测器发送的能耗的总和除以接收到的与该主检测仪进行通信的温度分检测器的数量，得到所述温度分检测器的转换结果数据。
优选地，所述温度分检测器、电气分检测器和水力分检测器还均包括GPS模块，且这些分检测器向主检测仪发送转换结果数据时，一并发送其GPS模块采集到的GPS信息。该GPS信息能够辅助主检测仪了解各个分检测器的位置。
优选地，所述温度分检测器、电气分检测器和水力分检测器还均采用蓄电池或太阳能电池供电。这样做既不需要重新安装电路到各个分检测器，节省了布线的复杂工程，而且能够将建筑物能耗信息与监控设备的能耗分离，使得对建筑物能耗的测量和监控更加准确和合理。
优选地，所述显示单元为OLED显示装置。当然，其他显示装置也是可以替换该OLED显示装置的。同时，根据实际需要，本领域技术人员还可以考虑省略该显示装置，而直接将数据再次转发给监管人员的手机、PAD或计算机上。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (8)
1.一种模块化建筑能耗检测仪，该模块化建筑能耗检测仪采用分布式模块化结构，包括主检测仪和多个分布式的电气分检测器、温度分检测器和水力分检测器，所述主检测仪包括外壳、电源单元、控制单元、显示单元、存储单元、数据传输单元以及比例计算单元，所述温度分检测器、电气分检测器和水力分检测器均包括能耗检测单元、存储器、能耗转换单元和数据传输单元，所述电源单元、控制单元、显示单元，以及能耗检测单元、能耗转换单元均被模块化设置于外壳内，其特征在于，所述温度分检测器的能耗检测单元包括温度传感器，用于感应该分检测器所在的环境温度，所述电气分检测器的能耗检测单元包括电能计量传感器，所述水力分检测器的能耗检测单元包括水流量传感器和高度传感器，所述温度分检测器的能耗转换单元将温度转换为能耗，所述电气分检测器和水力分检测器的能耗转换单元用于将电能计量传感器、水流量传感器中的至少一种检测到的物理量转换为能耗，所述比例计算单元用于计算温度分检测器的转换结果数据同电气分检测器与水力分检测器的能耗转换单元的转换结果数据之和数据这两种数据之间的比值，所述主检测仪的显示单元用于显示该比值。
2.根据权利要求1的模块化建筑能耗检测仪，其特征在于，所述数据传输单元包含有无线射频和基带一体化芯片、阻抗匹配电路以及集成化射频前端模块；所述集成化射频前端模块连接天线，并通过阻抗匹配电路与无线射频和基带一体化芯片相连接，传输射频信号；所述无线射频和基带一体化芯片连接数据，传输基带信号；所述无线射频和基带一体化芯片以及集成化射频前端模块的供电端子分别与电源对应连接。
3.根据权利要求2的模块化建筑能耗检测仪，其特征在于：所述高度传感器用于检测其所在的水力分检测器所在的高度，且所述水力分检测器的能耗转换单元根据所述高度与各个水力分检测器检测到的最低高度之间的差值作为该水力分检测器所在处的水被运送的高度，计算运送水所需的功，作为从水流量和高度转换成的能耗。
4.根据权利要求2的模块化建筑能耗检测仪，其特征在于：所述温度分检测器将其能耗转换单元得到的能耗发送到主检测仪，且主检测仪根据接收到的来自温度分检测器发送的能耗的总和除以接收到的与该主检测仪进行通信的温度分检测器的数量，得到所述温度分检测器的转换结果数据。
5.根据权利要求2的模块化建筑能耗检测仪，其特征在于：所述温度分检测器、电气分检测器和水力分检测器还均包括GPS模块，且这些分检测器向主检测仪发送转换结果数据时，一并发送其GPS模块采集到的GPS信息。
6.根据权利要求2的模块化建筑能耗检测仪，其特征在于，所述温度分检测器、电气分检测器和水力分检测器还均包括供电模块。
7.根据权利要求6的模块化建筑能耗检测仪，其特征在于，所述主检测仪的电源单元和分检测器的供电模块均采用蓄电池或太阳能电池。
8.根据权利要求6的模块化建筑能耗检测仪，其特征在于，所述显示单元为OLED显示装置。
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