能源与环境监控设备在农村住宅中安装实施的若干问题

文｜中国建筑设计院有限公司 张亚斌 曹颖 赵希 翟建宇

一、基本情况

“能源自维持住宅监测展示平台研发与示范”课题从农村住宅能源消耗方式和气候条件不同出发，选取了需要应用大量采暖和保温技术的严寒地区和需要应用大量通风和降温技术的夏热冬暖地区。课题组选择内蒙古呼伦贝尔市海拉尔的国有浩特陶海牧场作为严寒地区示范点，选择福建南安市官桥镇席里村作为夏热冬暖地区的示范点开展当地住宅的能源监控研究。

国有浩特陶海牧场距离内蒙古呼伦贝尔市东山机场25.7公里，距离呼伦贝尔市区20公里。该示范点冬季严寒，最低温度可达-40摄氏度，夏季最高温度可达32摄氏度，本示范点的住宅主要需要解决冬季的保温和采暖问题。

南安市官桥镇席里村距离福建泉州晋江机场20.1公里，距离泉州市区18公里。该示范点夏季炎热、潮湿，最高温度可达39摄氏度，冬季最低温度可达-13摄氏度，这里的住宅需要主要解决夏季的遮阳、通风问题。

二、实施过程

根据示范点的气候特点和既有住宅的情况进行监控和分析，主要针对住宅室内的温湿度监测、分析和室外环境监测。

经过课题组讨论，确定在呼伦贝尔市国有浩特陶海牧场示范点的自建住宅内布置6个监测点进行室内温湿度监测、一个完整空间的6个壁面温度的监测、一个室外气象监测站点。确定在南安市席里村示范点的自建住宅内布置6个监测点进行室内温湿度监测、一个完整空间的6个壁面的温度监测、6个点的热线式室内风速监测、一个室外气象监测站。在福建南安示范点用热线式风速仪进行室内风速监测的目的是通过室内风速的分析，力争在改善室内通风、降低暑期温度上提供改善建议。

2015年9月进行了设备的采购和准备，每个示范点需要安装以下设备：

1、户内服务器一台，要求能够进行室内环境和室外气象数据采集、存储，能够连接到Internet并实时发送数据到监测展示平台。

2、室内温湿度计设备一套，包括一个基于ZigBee的室内温湿度数据采集器一个，基于ZigBee的用户室内温湿度传感器6组，基于ZigBee的室内壁面温度传感器6组。

3、室外小型气象站1台，要求能够测试和记录总辐照、垂直辐射、风速、温度和湿度；并能够通过室内220V的电源供电、能通过有线通信接口与户内服务器连接传送数据。

4、在福建南安的示范点需要配备有线的热线风速仪，能通过有线通信接口与户内服务器连接传送数据。

5、UPS电源2块，一块用于户内服务器以及数据采集器的供电，一块用于气象站的供电。

设备采购完成后将室内温湿度测试设备一套、户内服务器、安装工具、气象站等众多设备，采用陆运方式(ZigBee无线设备中含有多块含锂电池，不能通过航空运输)通过快递公司寄送到示范点所在城市，然后课题组安装人员到达当地后自提。

为了能够获得采暖季的数据，首先在严寒地区的内蒙古国有浩特陶海牧场住宅进行安装实施。课题组成员于10月14日到达海拉尔机场，包括课题组成员若干，1名软件调试人员、1名设备安装人员。一行人员租车从海拉尔市内自提货物，并到达30公里之外的国有浩特陶海牧场示范点。本示范点为独门独户的小院，院落占地大约1000平米，住宅占地大约200平米。在住宅内外通过观察电源路线、信号线走向的基础上，确定户内主机、室外气象站的安装位置。首先进行土建工程的安装，包括在院子的土地上刨坑、立杆、填土、夯实、安装气象设备等；电源线走线、信号线走线；户内设备的放置固定；网络报装等工作。然后是通电测试、通信线连接、数据通信测试等硬件链接和软件调试的工作。海拉尔示范点的安装本来计划3天完成。但是实际的实施过程中遇到了很多突发的事情，导致实施工作非常艰难，共分3次在项目示范点安装调试才完成。

第一次是快递在发货和打包时弄丢了数据采集器的电源和信号线的1个4口端子，导致户内温度和湿度的采集成为问题。课题组第二天到市内的电脑市场和五金电器店进行采购，但是市场上没有这种专用设备零部件。

第二次是软件调试工程师带了一套已经设置好的数据采集器乘坐火车从北京到哈尔滨再转到呼伦贝尔市海拉尔，到达国有浩特陶海牧场住宅后，马上进行调试数据采集器，但是设备工作异常，再排查问题并联系客服后确定是数据采集器在运输过程中损坏（推测当时进入11月最低室外温度已经降到-30摄氏度，可能是室内外温度变化大，到达室内后急于通电调试导致了部分元器件损坏），只能从北京厂家紧急调货快递，但是进入11月份后当地对外联系规模缩小，物流减少，最后第三天中午设备才到达海拉尔区，最终比预期多了一天时间完成本次调试。

在此后实际运行过程中，发现设备频繁掉线，远程无法连接，总是要请住户重启户内服务器。决定第三次赴现场进行调试。这次前往现场又发现了一些其他情况：1、电脑掉线的原因是服务器蓝屏了，需要重装系统；2、原来是采用WiFi连接到Internet，稳定性欠佳（后来换成有线网络进行通信）。3、门廊的温度白天在-7度左右，夜间在-15度左右，放在门廊的一个温湿度传感器的电量显示只剩30%，（设计时一块锂电池能维持设备运行1年），需要对电池进行了更换；4、当时进入积雪期（每天下一点儿雪，但是雪不会融化，一直到春天到来才能融化），室外的辐照仪被大量的积雪覆盖，导致辐照监测不准，积雪不会自动消失，只能请住户定期清理一下。经过3次到现场进行设备安装调试，能源环境监控数据基本正常。

之后课题组到福建南安进行了设备的安装和调试。本次安装也是将设备先寄到福建南安附近的泉州，然后课题组成员到达后自提，接着去城区的电脑城采购了监控摄像头、户内服务器机柜、UPS电源、网线、电线、插线板等辅材。福建南安农村示范点是独门独户的二层小楼，占地大约200平米。在安装过程和内蒙古呼伦贝尔示范点类似，遇到两个特别的问题。第一是小型气象站的选址和固定问题，由于当地二层独栋较多，住宅比较密集，需要将气象站放到楼顶才能获得较好的太阳辐照、温湿度、风速等监测数据，楼顶是住户进行过防水处理，跟住户商量后拿来两个当地使用的最大的腌菜缸作为固定气象站设备的基坑，从村里购买商砼进项浇灌，并在腌菜缸与楼顶接触处用水泥进行加固；第二是当地的传统农宅是用大块石料建造的，在石墙上打孔非常困难，大多数情况需要使用强力粘合剂固定传感器等设备。

三、总结

“能源自维持住宅监测展示平台研发与示范”课题监控设备安装的示范点都是离城市较远的农村，气候和当地的住宅形式、居住特点各异。当然在遇到了各种困难后，课题组对偏远地区农村进行监控设备安装进行了总结，目的是提高安装的成功率和减少工作周期。

第一、在偏远农村地区进行设备安装时一定要考虑极端的气候条件。极端的气候条件可能影响人类活动的范围和时间，例如航班取消、物流缓慢、当地工人短缺等；极端的气候条件可能影响设备的安装和运行，避免设备在室内外温差很大时开机运行，长时间的高湿高温或严寒可能会影响设备的正常运行，要在实施方案设计中进行相关考虑。

第二、在偏远农村地区进行设备安装时一定要考虑工具和设备的备份，运输过程打包等问题，因为在偏远地区的农村，再从当地采购零部件基本是不可能的，而且费时费力，从始发地寄送时间周期又不可控。在情况允许的条件下，尽可能做到设备、工具、材料的备份，提高实施的成功率。

第三、在偏远农村地区进行设备安装时一定要事先对当地的情况进行调研，考察当地的建筑形式和特点，考虑好设备的安装和维护预备工作。在民用环境中安装专业设备要注意用电安全、施工安全。考虑设备备份、突发情况影响、电力和网络稳定性、天气对设备的影响这些问题在方案设计时要注意。

第四、由于监测设备都是专用型设备，不同于普通家用设备，设备的维护和使用需要具有一定的专业知识和技能，最好安装室外视频监控对室外气象站设备工作进行监控。同时研究人员多次往返示范点容易造成资源的浪费，最好在安装之前考虑好维护方案，如有可能在当地寻找第三方公司或分公司代为维护。要考虑这些情况的预算支出。