CN105182923A - 一种建筑综合智能用电系统及用电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种建筑综合智能用电系统及用电方法，包括：测控采集装置用于检测房间内的环境参数信息及相关设备的控制信息，测控采集装置将采集到的信息传送至房间控制器，房间控制器接收来自前端测控采集装置上传的数据，并将数据上传至监控中心，又接收来自监控中心的命令，改变前端测控采集装置的工作状态；同时房间控制器内置房间环境参数的控制策略，智能调节房间内的环境参数，并将房间内的参数实时显示。本发明在每个房间内设有房间控制器，可以实时显示房间内的环境参数及用电量，其内部集成控制策略，自主调节房间内的电器的工作状态，保证环境的舒适且节能。

Description

一种建筑综合智能用电系统及用电方法

技术领域

本发明涉及建筑智能用电领域，具体涉及一种建筑综合智能用电系统及用电方法。

背景技术

由于社会经济的迅速发展，人们对建筑环境的舒适性要求越来越高，使得建筑能耗也越来越高，如何在不提高建筑能耗同时提高建筑环境的舒适性，甚至可以达到节能效果成为绿色建筑的一个研究目标。

智能用电技术是建设坚强智能电网的重要组成部分，其核心就是实现智能化服务，满足用户多元化需求，实现电力供应稳定可靠、经济安全，构建电网与客户之间电力流、信息流、业务流实时互动的新型供用电关系。改变用户用能方式，促进节能减排，提高清洁的电能在终端能源消费中的比重。目前，我国在用电技术方面还比较落后，大部分采用传统的开关，智能用电技术应用较少，这是造成能耗浪费的一个重要方面。

新兴的物联网技术可以将多能源优化和智能用电有机结合起来，从而达到科学用电、开源节流的目的，建筑物中广泛应用物联网技术，已成为建筑智能化、节能化的必然趋势。

太阳能作为一种清洁、可再生能源，其科学调度和整合，可以大大的提高建筑物的能效。太阳能利用具有广阔的应用领域,但最终可归纳为太阳能热发电和建筑用能,包括采暖、空调和热水。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种建筑综合智能用电系统及用电方法，本申请为将智能用电技术与复合储能技术相结合的智能用电系统。该系统具有多种用电方式相结合的用电策略，根据不同情况，采用不同用电策略。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

一种建筑综合智能用电系统，包括：测控采集装置，所述测控采集装置用于检测房间内的环境参数信息及相关设备的控制信息，测控采集装置将采集到的信息传送至房间控制器，房间控制器依次与楼层网关、交换机、路由器进行通信，路由器分别与网络、监控中心及服务器进行通信；

房间控制器接收来自前端测控采集装置上传的数据，并将数据上传至监控中心，又接收来自监控中心的命令，改变前端测控采集装置的工作状态；同时房间控制器内置房间环境参数的控制策略，智能调节房间内的环境参数，并将房间内的参数实时显示。

进一步的，所述测控采集装置包括二氧化碳采集装置、温湿度采集装置、照度采集装置、智能电表、智能插座，分别采集房间的二氧化碳浓度、房间的温湿度、房间的照度信息、房间内的用电量、插座上电器的用电信息，测控采集装置还包括：红外转发器接受来自房间控制器的命令，调节空调的信息，智能电动窗帘控制器接受来自房间控制器的命令，控制窗帘的闭合，调节房间内的光照强度。

优选的，所述交换机还依次与能源优化系统及太阳能发电装置进行通信；太阳能发电装置由太阳能电池板、太阳能电源管理器组成，电能的存储采用复合储能的方式，利用超级电容充放电快和蓄电池放点持久的特点，充电时，太阳能同时给超级电容和蓄电池充电，超级电容充满后，超级电容将波动功率转给蓄电池；放电时，蓄电池将波动功率转给超级电容，超级电容再放电，释放的电能通过逆变器升压就可以为建筑物供电，根据峰谷电价，用电高峰期尽量利用太阳能供电，用电低峰期用电网供电。

进一步的，所述二氧化碳采集装置由二氧化碳传感器模块、无线模块及微控制器MCU组成，二氧化碳传感器模块用于实时监测房间内的二氧化碳浓度上传至微控制器，微控制器通过无线模块传将数据上传至房间控制器，再经网关上传至监控中心。

进一步的，所述温湿度采集装置由温湿度传感器模块、无线模块、液晶显示模块、MCU组成，微控制器分别与温湿度传感器模块、无线模块、液晶显示模块相连，微控制器实时采集房间内的温度和湿度并通过无线模块传至房间控制器，再经网关上传至监控中心，液晶显示器可以实时显示房间内的温湿度。

进一步的，所述照度采集装置由照度传感器模块、无线模块、MCU组成，微控制器分别与照度传感器模块、无线模块相连，微控制器实时监测房间内的光照强度，并通过无线模块传至房间控制器，再经网关上传至监控中心。

进一步的，所述智能电表由电量测量模块、无线模块、液晶显示模块、MCU组成，微控制器分别与电量测量模块、无线模块及液晶显示模块相连，微控制器实时采集房间内总功耗并通过无线模块传至房间控制器，再经网关上传至监控中心，液晶显示器可以实时显示房间内的用电量。

进一步的，所述智能插座由电量测量模块、无线模块、MCU、继电器组成，微控制器分别与电量测量模块、无线模块及继电器相连，微控制器实时采集插座上电器的电压、电流、功率的大小，并通过无线模块传至房间控制器，再经网关上传至监控中心。

进一步的，所述红外转发器由红外收发器、无线模块、MCU组成，微控制器分别与红外收发器、无线模块相连，微控制器接受来自房间控制器的命令，调节空调的温度、工作模式。

进一步的，智能电动窗帘控制器由步进电机、无线模块、MCU组成，微控制器分别与步进电机、无线模块相连，微控制器接受来自房间控制器的命令，控制窗帘的闭合，调节房间内的光照强度。

基于上述一种建筑综合智能用电系统的用电方法，包括：

测控采集装置将采集到的房间内的环境参数上传至房间控制器；

房间控制器内置时钟芯片，读取当地的时间，判断出季节，不同季节对应不同的控制模式；

房间控制器内的无线装置设有一个地址，每个地址对应房间号，提前设定好房间号对应的房间类型，不同的房间对应不同的控制模式；

房间控制器通过时钟芯片读取时间，根据每个时间段要发生的场景，设置用电模式；

每个模式下，房间控制器根据测控采集装置检测的房间的温度，如果大于温度阈值，则控制空调制冷，否则，控制空调制热；

房间控制器根据测控采集装置检测的房间的湿度，如果大于湿度阈值，则控制风扇开启，否则，控制加湿器开启；

房间控制器根据测控采集装置检测的房间的照度，如果大于照度阈值，则控制关闭灯具及窗帘，否则，房间控制器控制打开窗帘及灯具；

房间控制器根据测控采集装置检测的二氧化碳浓度，如果大于照度阈值，则控制关闭灯具及窗帘，否则，房间控制器控制打开窗帘及灯具。

本发明的有益效果：

本发明利用太阳能发电，根据峰谷电价实时调整用电策略，用电高峰期用太阳能供电，用电低峰期用电网供电。

本发明利用复合储能技术，采用超级电容器和蓄电池复合储能系统，不仅具有高能量密度，高功率密度，也兼具了经济性。

本发明采用实时调整的用电策略，根据房间内的环境参数，实时调整电器的工作状态，在保证工作环境舒适的前提下，实现节能。

本发明智能用电是根据人体适宜的环境参数设置的控制策略，智能的调节电器工作状态。

本发明在智能用电的基础上建立季节性用电方式，根据不同季节采用不同用电策略。季节用电是根据每个季节的特点，在智能用电的基础上，制定相应的控制策略，而实现的一种用电方式。

本发明在智能用电的基础上建立分布式用电方式，根据不同房间采用不同用电策略。分布式用电是根据每个房间的不同功能，在智能用电的基础上，制定相应的控制策略，而实现的一种用电方式。

本发明在智能用电的基础上建立场景用电方式，根据不同场景采用不同用电策略。场景用电是根据不同的场景，在智能用电的基础上，制定相应的控制策略，而实现的一种用电方式。

本发明在每个房间内设有房间控制器，可以实时显示房间内的环境参数及用电量，其内部集成控制策略，自主调节房间内的电器的工作状态，保证环境的舒适且节能。

附图说明

图1是本发明智能用电系统平台的原理框图；

图2是本发明测控装置的组成图；

图3是本发明房间控制器的结构框图；

图4是本发明温度控制流程图；

图5是本发明湿度控制流程图；

图6是本发明照度控制流程图；

图7是本发明二氧化碳浓度控制流程图；

图8是本发明季节用电控制流程图；

图9是本发明分布式用电控制流程图；

图10是本发明场景式用电控制流程图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图1所示，智能用电平台由测控装置、房间控制器、网关、监控中心组成；能源优化系统由太阳能发电装置、配电控制器组成；用电方式包括智能用电、季节用电、分布式用电、场景用电。

如图2所示，测控采集装置包括二氧化碳采集装置、温湿度采集装置、照度采集装置、智能电表、智能插座、红外转发器、智能电动窗帘控制器。

二氧化碳采集装置由二氧化碳模块、无线模块、MCU组成，可以实时监测房间内的二氧化碳浓度，并通过无线模块传至房间控制器，再经网关上传至监控中心。工作人员可以主动的获取数据，也可以设定周期，定时上传一次数据。

温湿度采集装置由温湿度模块、无线模块、液晶显示模块、MCU组成，可以实时采集房间内的温度和湿度并通过无线模块传至房间控制器，再经网关上传至监控中心。液晶显示器可以实时显示房间内的温湿度，工作人员可以主动的获取数据，也可以设定周期，定时上传一次数据。

照度采集装置由照度模块、无线模块、MCU组成，可以实时监测房间内的光照强度，并通过无线模块传至房间控制器，再经网关上传至监控中心。工作人员可以主动的获取数据，也可以设定周期，定时上传一次数据。

智能电表由电量测量模块、无线模块、液晶显示模块、MCU组成，可以实时采集房间内总功耗并通过无线模块传至房间控制器，再经网关上传至监控中心。液晶显示器可以实时显示房间内的用电量，工作人员可以主动的获取数据，也可以设定周期，定时上传一次数据。

智能插座由电量测量模块、无线模块、MCU、继电器组成，可以实时采集插座上电器的电压、电流、功率的大小，并通过无线模块传至房间控制器，再经网关上传至监控中心。工作人员可以主动的获取数据，也可以设定周期，定时上传一次数据，同时也可以主动控制电路的通断。

红外转发器由红外收发器、无线模块、MCU组成，可以接受来自房间控制器的命令，调节空调的温度、工作模式。

智能电动窗帘控制器由步进电机、无线模块、MCU组成，接受来自房间控制器的命令，控制窗帘的闭合，调节房间内的光照强度。

如图3所示，房间控制器作为一个房间的中枢，既接受来自前端测控制装置上传的数据，并将数据上传至监控中心，又接受来自监控中心的命令，改变前端测控装置的工作状态；同时房间控制器内置房间环境参数的控制策略，智能调节房间内的环境参数，并将温湿度、照度、二氧化碳浓度、电压、电流、电器功率、总用电量，实时显示出来。

太阳能发电装置由太阳能电池板、太阳能电源管理器组成，电能的存储采用复合储能的方式，利用超级电容充放电快和蓄电池放点持久的特点，充电时，太阳能同时给超级电容和蓄电池充电，超级电容充满后，超级电容将波动功率转给蓄电池，增加了太阳能利用率；放电时，蓄电池将波动功率转给超级电容，超级电容再放电，释放的电能通过逆变器升压就可以为建筑物供电。根据峰谷电价，用电高峰期尽量利用太阳能供电，用电低峰期用电网供电。

监控中心作为系统的终端，可以实时监控建筑物内每个房间的环境参数、用电情况，根据需要，下达控制命令。

如图4-图7所示，智能用电方式是根据测控装置采集到的环境参数，调整电器工作状态。环境参数包括二氧化碳浓度、温湿度、照度。根据适宜人体生活的环境，设定房间内的环境参数的范围，二氧化碳设为0～600ppm，温度设定为15～30℃，湿度设定为30％～50％，照度设定为500Lx～1000Lx。二氧化碳浓度不设最小值，当二氧化碳浓度超过600ppm时，设为对人体健康不利的状态，通过控制智能插座的通断控制通风扇的工作，直到二氧化碳浓度小于600ppm。当温度小于15℃时，开启空调制热模式，设置空调的制热温度为22℃，每半小时调整一次制热温度，如果房间内的温度达不到设定范围，制热温度增加1℃，直至房间内温度到达设定温度的范围。当温度大于30℃时，开启空调制冷模式，设置空调的制冷温度为22℃，每半个小时调节一次制冷温度，如果房间内的温度达不到设定范围，制冷温度减小1℃，直至房间内温度到达设定温度的范围。当湿度小于30％时，通过控制智能插座使加湿器开始工作，直至湿度达到30％以上；当湿度大于50％时，开启通风扇，促进水分的蒸发，直至湿度小于50％。当光照强度小于500Lx时，首先驱动智能电动窗帘控制器打开窗帘，增加自然光照入，若是光照强度依然小于500Lx，通过控制智能开关依次打开电灯，直至光照强度达到500Lx；当光照强度大于1000Lx时，首先依次关闭电灯，如果光照强度依然大于1000Lx，控制智能电动窗帘控制器关闭串联，直至光照强度小于1000Lx。

如图8所示，季节用电方式是根据季节设置用电方式，房间控制器内置时钟芯片，读取当地的时间，判断出季节，不同季节对应不同的控制策略。春、秋季，温度比较适宜，温度就不加在要调节的环境参数之内；由于春天容易引发流感，人为增加通风量，保持空气畅通。夏季，温度较高，空调设置制冷模式；光照强度大且时间长，增加太阳能发电的使用频率；由于湿度比较大，定时进行通风换气。冬季，温度较低，空调设置制热模式；由于光照时间比较短，减少太阳能发电的使用频率；由于空气比较干燥，定时开启加湿器。

如图9所示，分布式用电方式是根据不同的房间设置不同的用电方式，每个房间控制器内的无线装置设有一个地址，每个地址对应房间号，提前设定好房间号对应的房间类型，不同的房间对应不同的控制策略。普通员工办公室由于人员较多，增加通风量，定时通风；空调温度较正常温度设低一点。经理办公室人员较少，空调温度较正常温度设高一点。大型会议室由于人员很多，增加通风量，空调温度较正常温度设低一点。更衣室设置温度高一点。

如图10所示，场景式用电方式是根据不同的场景设置不同的用电方式，通过时钟芯片读取时间，根据每个时间段要发生的场景，设置用电策略。会议室当需要开会时，提前半小时开启空调和通风扇，提前五分钟打开照明设备，准备好开会的环境。上班前，提前半小时打开空调，提前十分钟打开电脑；下班回家时，提前半个小时打开空调，提前十分钟打开电视。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种建筑综合智能用电系统，包括：测控采集装置，所述测控采集装置用于检测房间内的环境参数信息及相关设备的控制信息，测控采集装置将采集到的信息传送至房间控制器，房间控制器依次与楼层网关、交换机、路由器进行通信，路由器分别与网络、监控中心及服务器进行通信；

房间控制器接收来自前端测控采集装置上传的数据，并将数据上传至监控中心，又接收来自监控中心的命令，改变前端测控采集装置的工作状态；同时房间控制器内置房间环境参数的控制策略，智能调节房间内的环境参数，并将房间内的参数实时显示。

2.如权利要求1所述的一种建筑综合智能用电系统，其特征是，所述测控采集装置包括二氧化碳采集装置、温湿度采集装置、照度采集装置、智能电表、智能插座，分别采集房间的二氧化碳浓度、房间的温湿度、房间的照度信息、房间内的用电量、插座上电器的用电信息，测控采集装置还包括：红外转发器接受来自房间控制器的命令，调节空调的信息，智能电动窗帘控制器接受来自房间控制器的命令，控制窗帘的闭合，调节房间内的光照强度。

3.如权利要求1所述的一种建筑综合智能用电系统，其特征是，所述交换机还依次与能源优化系统及太阳能发电装置进行通信；太阳能发电装置由太阳能电池板、太阳能电源管理器组成，电能的存储采用复合储能的方式，利用超级电容充放电快和蓄电池放点持久的特点，充电时，太阳能同时给超级电容和蓄电池充电，超级电容充满后，超级电容将波动功率转给蓄电池；放电时，蓄电池将波动功率转给超级电容，超级电容再放电，释放的电能通过逆变器升压就可以为建筑物供电，根据峰谷电价，用电高峰期尽量利用太阳能供电，用电低峰期用电网供电。

4.如权利要求2所述的一种建筑综合智能用电系统，其特征是，所述二氧化碳采集装置由二氧化碳传感器模块、无线模块及微控制器MCU组成，二氧化碳传感器模块用于实时监测房间内的二氧化碳浓度上传至微控制器，微控制器通过无线模块传将数据上传至房间控制器，再经网关上传至监控中心。

5.如权利要求2所述的一种建筑综合智能用电系统，其特征是，所述温湿度采集装置由温湿度传感器模块、无线模块、液晶显示模块、MCU组成，微控制器分别与温湿度传感器模块、无线模块、液晶显示模块相连，微控制器实时采集房间内的温度和湿度并通过无线模块传至房间控制器，再经网关上传至监控中心，液晶显示器可以实时显示房间内的温湿度。

6.如权利要求2所述的一种建筑综合智能用电系统，其特征是，所述照度采集装置由照度传感器模块、无线模块、MCU组成，微控制器分别与照度传感器模块、无线模块相连，微控制器实时监测房间内的光照强度，并通过无线模块传至房间控制器，再经网关上传至监控中心。

7.如权利要求2所述的一种建筑综合智能用电系统，其特征是，所述智能电表由电量测量模块、无线模块、液晶显示模块、MCU组成，微控制器分别与电量测量模块、无线模块及液晶显示模块相连，微控制器实时采集房间内总功耗并通过无线模块传至房间控制器，再经网关上传至监控中心，液晶显示器可以实时显示房间内的用电量。

8.如权利要求2所述的一种建筑综合智能用电系统，其特征是，所述智能插座由电量测量模块、无线模块、MCU、继电器组成，微控制器分别与电量测量模块、无线模块及继电器相连，微控制器实时采集插座上电器的电压、电流、功率的大小，并通过无线模块传至房间控制器，再经网关上传至监控中心。

9.如权利要求2所述的一种建筑综合智能用电系统，其特征是，所述红外转发器由红外收发器、无线模块、MCU组成，微控制器分别与红外收发器、无线模块相连，微控制器接受来自房间控制器的命令，调节空调的温度、工作模式；

智能电动窗帘控制器由步进电机、无线模块、MCU组成，微控制器分别与步进电机、无线模块相连，微控制器接受来自房间控制器的命令，控制窗帘的闭合，调节房间内的光照强度。

10.基于上述权利要求1所示的一种建筑综合智能用电系统的用电方法，其特征是，包括：

测控采集装置将采集到的房间内的环境参数上传至房间控制器；

房间控制器内置时钟芯片，读取当地的时间，判断出季节，不同季节对应不同的控制模式；

房间控制器内的无线装置设有一个地址，每个地址对应房间号，提前设定好房间号对应的房间类型，不同的房间对应不同的控制模式；

房间控制器通过时钟芯片读取时间，根据每个时间段要发生的场景，设置用电模式；

每个模式下，房间控制器根据测控采集装置检测的房间的温度，如果大于温度阈值，则控制空调制冷，否则，控制空调制热；

房间控制器根据测控采集装置检测的房间的湿度，如果大于湿度阈值，则控制风扇开启，否则，控制加湿器开启；

房间控制器根据测控采集装置检测的房间的照度，如果大于照度阈值，则控制关闭灯具及窗帘，否则，房间控制器控制打开窗帘及灯具；

房间控制器根据测控采集装置检测的二氧化碳浓度，如果大于照度阈值，则控制关闭灯具及窗帘，否则，房间控制器控制打开窗帘及灯具。