低能耗范文

导语：如何才能写好一篇低能耗，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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数据分级存储的工作原理是基于信息生命周期管理(ILM),通过将不经常访问的数据自动迁移到存储层次中较低的层次,从而释放高成本、高能耗的存储空间给更频繁访问的数据,这样可以获得更好的性价比。

另外,通过将访问频率较低的数据备份到离线的存储介质(如磁带)中,可以更有效地利用有限的资源,显著降低维护这些数据带来的开销,同时又可以满足相关法规的规定。

通常情况下,多级存储系统可分为三个层次,即在线存储、近线存储和离线存储。

提高资源使用率

将使用率低的数据迁移到功耗低的设备上,尤其是将数据迁移到大容量的离线设备上,可以释放这部分数据占用的系统资源,提高资源使用率,减少相关存储设备的数量,从而有效减少存储设备的电力需求,保证重要在线业务的能源需要,同时减少降噪、冷却带来的额外能源开销。

采用不同存储设备

在线存储、近线存储和离线存储对系统的性能要求各不相同。

在线存储对性能要求较高,可以采用高速的磁盘设备。但采用高速磁盘作为在线存储设备时,其能耗要高于低速的磁盘设备(如SATA磁盘等)。比如,FC磁盘正常工作时的功耗为27.73W,但大容量的SATA磁盘正常工作时的功耗仅为12.8W。如果保存100TB的数据,需要的FC磁盘与SATA磁盘的数量分别为334个(以每个FC磁盘容量300GB计算)和100个(以每个SATA磁盘容量1TB计算)。为保证这些磁盘的运行,FC磁盘与SATA磁盘的电力需求分别为9262W和1280W(不包括RAID等额外的磁盘开销)。从这一点可以看出,在近线存储设备中,采用高容量的低速磁盘来存储不经常访问的数据,可以大幅降低能源的消耗,达到节能的目标。

与磁带设备相比,近线存储采用磁盘设备,可以大幅提高系统的备份与恢复速度。以华为赛门铁克公司的VTL3605虚拟磁带库为例,其备份速度可以达到1.5TB/h,但离线存储的备份速度只有288GB/h。仅从这一点来衡量,虚拟磁带库的备份速度远远高于磁带设备。

在实际应用中,用户可以综合考虑性能与业务的需求,将对实时性要求较高的关键业务放到高速、高能耗的在线设备上,而将对实时性要求较低的数据迁移到低能耗的近线设备上,从而有效降低能源的开销。

固态硬盘(SSD)兼顾了性能与环保的要求,可用于在线存储,以降低系统能耗,并提高系统的性能。但由于SSD的成本较高,目前还没有得到普及。

减少设备占用空间

为了满足日益增长的数据存储需求,用户不得不购买更多的物理磁盘。高速的SAS磁盘最多只能提供300GB的存储空间,而低速的SATA磁盘则可以提供高达1TB的存储空间。用户可以将访问频率较低的数据从在线的高速磁盘迁移到大容量的存储设备上,释放宝贵的在线资源给关键业务。此外,近线系统可以采用大容量的低速存储设备以及空间利用率较高的RAID 5算法,并对数据进行及时归档,从而减少磁盘使用量,减少机房的设备占用空间,避免扩容的风险。

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（广西来宾市节能监察中心广西来宾546100）

【摘要】我国社会经济发展已进入工业化和城市化阶段，在能源供需方面呈现了严峻的形势，在近些年更显突出。由此，我国秉承可持续发展的理念，明确提出了健全节能管理体系，加强政府对企业的节能管理力度的相关要求，以期对企业降低能耗有一定的促进作用。

关键词 节能监察监测；降低能耗；促进作用

Strengthening Energy Saving Supervision, promote enterprises to reduce energy consumption

Huang Shi-xiong

(Guangxi Laibin Energy Conservation Supervision CenterLaibinGuangxi546100)

【Abstract】Our social and economic development has entered a stage of industrialization and urbanization, in terms of energy supply and demand presents a serious situation, more prominent in recent years. Thus, the concept of adhering to the sustainable development, clearly a sound energy management system, strengthen the relevant government requirements for energy management efforts of enterprises, in order to reduce the energy consumption of enterprises have a certain role.

【Key words】Energy Saving Supervision;Reduce energy consumption;Facilitate action

能源是发展国民经济和提高人民生活水平的重要物质基础。以往人们都认为我国地大物博，资源丰富，但现阶段的能源问题可以说已经制约到我国经济的发展，不得不让人们正视这一问题，而且仅仅依靠市场机制解决问题的措施也不再具有实效性。因此还是需要政府的强制性干涉，通过能源管理节约能源是合理有效地利用能源、缓解能源紧缺状况、提高用能单位经济效益的重要措施。通过开展节能监察监测工作来促进企业降低能耗，实现可持续发展战略。

1. 节能监察监测对企业降低能耗的促进作用

（1）节能监察监测能对企业能源利用情况进行监督，从而能促进企业降低能耗。节能监察监测是由政府组织和控制的机构，主要是根据所制定的法规和技术标准，对企业在能源使用方面的行为进行监察监测，一旦发现有浪费能源或不合理利用能源的行为，将对企业提出处理的措施或是相应的惩罚，所以政府的这种监察监测活动能有效地促进企业降低能耗。

（2）节能监察监测对企业能耗的管理具有强制性，从而能促进企业降低能耗。为了保障节能监察监测机构所制定的法规和技术标准能被企业认真落实和贯彻，通过机构的强制性手段，能迫使某些不按照规范标准使用能源的企业，依法履行自身的法定义务。

（3）节能监察监测机构能指导企业合理使用能源，从而能促进企业降低能耗。节能监察监测机构除了依法对企业的能耗进行管理外，其中也有很多专业技术较强的人员，因为节能监察监测机构会采用技术手段，对企业的工艺装备和设备，产品的能耗指标以及耗能状态进行分析，找到能源消耗大的原因，并提出有效整改的措施。所以无论是关于政府所制定的节能法律规范，还是企业所需的节能管理知识和技术水平，节能监察监测机构都能帮助企业，从而能促进企业降低能耗。

（4）节能监察监测机构有权淘汰企业中落后的设备，从而能促进企业降低能耗。淘汰落后的设备对企业降低能耗目标的实现有着重要的意义，因为只有淘汰了落后的设备，才能提高新的工艺和设备使用率，比如对企业中电机，变压器或是锅炉等设备进行淘汰和改造，每年可以减少数万吨煤的使用，所以说节能监察监测对企业降低能耗有促进作用。

2. 目前节能监察监测工作存在的问题分析

虽然节能监察监测对企业降低能耗有极大地促进作用，并取得了一定的成绩，但是与我国提倡的可持续发展战略，建设节约型社会的目标还是存在一些差距，由此为了保障节能监察监测所具有的功能真正得到发挥，对目前存在的问题进行分析是很有必要的。

（1）节能监察监测机构能力建设不足。正如前文所说，节能监察监测机构中专业人士对企业降低能耗有促进作用，但实际上很多市，区或是县，尤其是区和县，并没有相关的技术人员，所以在对企业的能源消耗情况进行监察时会出现漏洞。而且由于受到不同地区领导的重视程度和经费不足等因素的影响，缺少必要的执法车辆，取证和监测设备，导致原来难度就较大的节能监察监测工作更难有效开展。除了缺少专业的技术人员和相应的设备外，还存在工作人员对待工作的态度较差，不认真学习相关知识来提高自身的能力和水平，或是工作安排的不合理，比如有些人员工作量饱和，有的无可事事，使得机构人资力量没有得到有效地整合。

（2）节能监察监测的法律制度制定不够完善。法律是节能监察监测机构实施权力的强有力武器，但目前这一“武器”并没有发挥作用，在关于节能的法律条例中，节能监察监测机构只有监察和监测的权力，不能行使行政处罚权，而且在部分县级市，节能监察监测机构还没有明确的法律地位，这种执法权和监察监测权力相互分离，不利于工作的开展。如果要行使执法权，还需受到节能执政主管部门的委托。这样长此以往的工作，导致执法力度下降，在一定程度也制约节能监察监测机构的长远发展，影响了其权威性和功能性。

除此之外，有些法律的制定，只有理论，缺乏实际的可操作性，间接影响了节能监察监测工作的顺利开展。比如对于企业生产的产品超过了所限定的能耗标准范围，情节严重将报请本级人民政府在按照国务院规定的权限责令停业整顿或是关闭，这条制定是起到了规范企业生产的能耗行为，但是缺少行政制止权的措施，而且对企业责令关闭，实现的可能性较低。

（3）用能企业节能意识薄弱，给节能监察监测工作带来困难。从目前企业整体的用能情况来说都不是很理想，原因归结于用能企业的节能意识。有些企业根本就没有树立节能意识，而有些虽然有节能意识，但受到人力物力财力的限制，难免存在心有余而力不足的问题，所以节能政策没有内化为企业的主要需求，给工作带来了更多的难度和困难。

3. 通过节能监察监测促进企业降低能耗的对策建议

（1）完善节能的相关法律制度。为了完善相关的节能法规，在对用能企业展开调查研究时，发现法规存在的问题，及时提出切合实际的修改方案，从根本上建立长效机制。或是借鉴我国其他省份在节能工作方面的做法，让节能监察监测机构既具备监察权，同时也具备行政处罚权，或是综合执法权。除此之外，重新修订和制定的法律法规，在相关政府部门的帮助下尽快落实，为工作的开展提供更全面的指导方针。

（2）加强节能监察监测的能力建设。首先建立节能监察监测机构人员的凝聚力，增强向心力，让他们能积极地参与节能管理体系，认真监察监测用能企业的情况，富有责任心和使命感。其次是培养和引进节能技术人才，不定期地开展节能技术培训，通过引进高学历，经验丰富的人才对队伍建设注入新的力量，也为其他人员树立学习的榜样。最后是加强资金的投入，为节能监察监测机构提供完善的基础设备，不仅能促进将来工作的高效开展，同时也能鼓舞人员的工作积极性。

（3）强化对用能企业的管理。对具备节能意识，但是受到其他方面因素影响的用能企业来说，可以帮助其建立新的节能管理制度或是计划书，告知这类企业切实可行的节能办法。对节能意识淡薄的用能企业来说，先是加大节能的宣传工作，学习先进典型单位的节能管理经验，再制定强制性的、可实现的目标，进行强化督查。除此之外，严格实施监察监测的处罚措施，对存在节能问题的相关用能企业，要追究到个人，整改到位，对于屡教不改的用能企业，加大节能处罚力度，争取在更大范围和更深层次上有所突破。

4. 结语

本文主要围绕节能监察监测对企业降低能耗的促进作用而展开，认为节能监察监测机构所具有的特性，能有效促进用能企业降低能耗，并且通过完善节能的相关法律制度，加强节能监察监测的能力建设和强化对用能企业的管理的措施，能改善目前所存在的问题，从而进一步促进用能企业降低能耗。

参考文献

［1］罗敏华.开展节能监察监测.促进企业降低能耗［J］.节能技术，2005（6）：522～524.

［2］安士杰.节能监察机构的重要性［J］.能源与节能，2012（6）：42～43.

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关键词:建筑节能; 被动式低能耗建筑; 设计; 评估

中图分类号：TM08 文献标识码：A 文章编号：

1.被动式低能耗建筑设计概述

1. 1 设计理念的提出

被动式低能耗建筑设计是20 多年前由美国建筑师巴鲁克·吉沃尼最早提出。这种设计方法对建筑设计和原材料的要求都比较高，其最终目的是尽可能减少能源消耗，并与建筑周围的气候因素、建筑设计及结构特点相呼应。

被动式低能耗建筑设计通过最大限度地利用太阳能等自然能源，为建筑的使用者提供较为舒适的居住和工作环境，它倡导的是绿色环保、节能减排的新能源建筑理念，不用或少用采暖和制冷的传统建筑设备系统，符合时展的潮流。广义的被动式低能耗设计涵盖的内容较多，本文主要研究的是建筑过程中的被动式低能耗设计。它主要针对建筑设计本身而言，需要考虑日照、热工性能、建筑通风等方面，以体现其有机结合的设计方法。

1. 2 设计特点

被动式低能耗建筑设计不受地区气候影响，是当今世界上较为先进的节能建筑类型，因此也被称为低能耗建筑或零能耗建筑。其特点是: 能耗低，是普通建筑的10% 左右; 其低能耗技术主要通过高隔热、隔声、密封性强的建筑外墙，并充分利用太阳能等自然资源、地源等可再生能源实行被动采暖和制冷; 与普通建筑相比，经过被动式低能耗设计的建筑可节能90% 左右，这将成为未来节能减排的重要途径。

图1 为被动式低能耗建筑设计重要性示意。

图1 被动式低能耗建筑设计的重要性

2.被动式低能耗建筑设计的评估路径

在传统评估体系中，倾向于建筑设备系统性能的评估，然而建筑设备系统对建筑的节能降耗效果甚微，而被动式低能耗建筑的设计较好地弥补了建筑设备系统的不足，达到了低能耗或零能耗，是可持续建筑发展的重要改进。

2. 1 可持续建筑评估体系中的被动式低能耗设计

被动式低能耗设计的评估方法绝大部分以生物气候学解释为依据，这最早是由匈牙利建筑师维克多·欧尔焦伊提出的。其主要内容是: 被动式低能耗设计通过建筑设计压缩室外温度曲线波动范围，其他部分则由建筑设备系统来调节，以达到人体感觉舒适的温度范围。如果片面强调建筑设备系统的作用，不对被动式低能耗设计有所考虑，只能通过消耗大量的能源把温度调节到最佳适宜范围，但是这种消耗与真正的可持续建筑标准相差甚远，不利于客观科学地评估建筑的可持续性。

2. 2 被动式低能耗建筑设计评估方法

1) 评估方法

被动式低能耗建筑设计的评估方法首先是把它和建筑设备系统性能区分评估，根据它们各自的贡献来分配相应的分数。在世界建筑业能耗评估中，只有国家新加坡的被动式低能耗设计的分数比重多于建筑设备系统性能。这是因为新加坡的评估体系中区分了被动式低能耗建筑设计和建筑设备系统性能的做法，依据二者对建筑节能的贡献多少进行重新分配，这样计算的结果是被动式低能耗建筑的分数远高于建筑设备系统性能的分数。图2 为被动式低能耗设计和建筑设备性能所占比重。

图2 被动式低能耗设计与建筑

这种将建筑性能和系统性能分开进行相应分数分配的方法，适用于所有的可持续建筑评估体系。但是因地域和自然环境的差异，其被动式低能耗设计策略也会有所不同。每个国家和地区需根据自身实际情况和传统习俗等进行相应调整，以使被动式低能耗设计与建筑节能相匹配，达到符合自己国家和地区的评估方式和比重。

2) 程序

在对被动式低能耗设计的分数权衡之后，应再对各项指标逐一细化。如被动式低能耗建筑设计对于建筑布局、朝向等评估要以定性评价为主，再从热工性能、视觉舒适、建筑通风等方面入手; 最后经过计算机模拟或者实际测量计算进行全面评估，最后得出一个符合各方面要求的标准。

3.实例分析

1)室内温度的评估方法

对于室内环境来说，不同使用者对不同建筑设计策略的期望价值也不相同。例如在自然通风条件下，相同的建筑热舒适范围也会因季节和风速的不同有差异; 即使在相同气候条件下，不同的使用者对舒适度的感受也不相同。当前对室内环境质量的评估指标采用的是美国工程师学会制定的标准。这个标准较为简便易行，它是指在空调系统调节下来评判人们对室内温度的舒适指数。但这种评估方法不适用于被动式低能耗建筑设计，因为它的测定前提是一个相对稳定的温度环境，而被动式低能耗建筑突出的是低能耗或零能耗，其最终目的是达到使用者对室内热环境的满意，它会因不同的使用要求、气候条件和时间范围而给出相应的舒适范围，所以被动式低能耗建筑中的热环境舒适范围应更具弹性。

2) 室内自然采光的评估

对自然采光的评估分指标性评估和基于性能评估两种方法。指标性评估结果会出现偏差，因为该指标评估相对简单，没有把建筑物周围的环境与气候条件考虑在内，同时也不能完全保证室内获得充足的采光; 而基于性能的评估不但考虑房间和窗户的面积，还要考虑房间形状、玻璃类型和折射率、室内和室外的反射率以及气候和外部的遮挡物等因素，通过对性能要求的严格测试进行评估。当前基于性能的采光评估模拟测试技术已趋于成熟，但由于大部分评估体系中给出的标准和要求都非常低，这些采光系数并不能科学地反映一个建筑室内空间是否都满足采光要求。因此这一指标评估还需进一步改善和修正。

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关键词:工业建筑;低能耗;节能改造;围护结构;自然采光;通风;可再生能源利用

0引言

20世纪90年代以来，世界经济结构正在转型，全球范围内正在兴起一种旧工业建筑改造再利用的热潮，出现了各种相关案例。其中，如何降低改造后的建筑能耗是工业建筑改造的一个重要方面，很多建筑师对此进行了富于创造性的尝试并取得了积极的效果。本文即试图对上述的经验进行总结，希望能为今后的工作提供一些借鉴。

1改造围护结构

建筑护结构的散热是建筑使用期间能耗的主要组成部分，约占整个建筑能耗的1/3，因此，加强建筑护结构的保温性能是降低工业建筑能耗的关键所在［1］。

1.1墙体改造

由于建造年代相对久远，旧工业建筑外墙的保温性能普遍较差，其墙体改造的重点即为提高墙体的保温性能，消除墙体的冷热桥以及防止墙体结露，并维护室内气候平稳，具体的实施方法主要包括替换墙体材料、增加保温层等。近年来，随着墙体技术的发展，保温材料也有了长足的进步。其中真空隔热保温板是一种新型的隔热板。真空绝热板通过提高内部真空度来隔绝热传导，达到保温、节能的目的。它的结构主要由芯部的隔热材料、气体吸附材料和封闭的隔气薄膜三部分组成(见图1)，由于这种材料新的特性，对于各种不同破损程度的墙体都可以有较高的效果。每平方米使用面积消耗的采暖耗油量。一种包含相变储能技术的保温涂料Micronal被采用在其墙体中，这种保温材料内部有可以蓄热的石蜡。每当室外的气温高于室内，热量向室内传播时，石蜡会吸收热量而熔融，令室内的温度变化缓慢;每当室外的气温低于室内，热量向外传播时，熔融的石蜡向室内释放热量。这种材料可使室内温度和湿度保持均衡。除了上述常规的做法外，一些优秀建筑师在一些工业建筑改造项目中打破传统，通过自己的思考，应用蓄热墙体以及双层玻璃幕墙等，大大改善了原有建筑外墙的保温隔热效果。在此以托马斯•赫尔佐格设计的仓库改造为工作室的项目为例，业主希望将仓库改造成一个设计工作室。业主要求在改造费用最低的情况下同时降低建筑能耗。设计师将外墙作为保护层，附加一个双层薄膜结构，提高建筑的热工性能(见图3)。首先这个半透明的空间围合体没有遮挡外表面，其次还起到了隔离冷空气和保温的作用，改变了建筑内部的空气温度。薄膜间形成的空气层起到了保温和热缓冲作用，使建筑物围护体的热工性能获得了相当大的改善。

1.2门窗改造

在建筑物的四大围护结构中，能量损失率排在首位的是门窗。从门窗这一围护结构上消耗的能量约占建筑使用总能耗的50%，其能耗是墙体的4倍、屋顶的5倍、地面的20多倍。旧工业建筑的门窗大多窗墙面积比值也比较大，所以在工业建筑的能耗中，门窗能耗占很大一部分。一般来说，减少传热量、减少渗透量和减少太阳辐射是门窗节能的三个重要方式。以德国东部电厂改造为帕利萨德文化宫的项目为例，其底层拱形大门及大部分外窗保存完好，但由于年久失修，窗户的气密性目前已经到了较差的程度，在改造过程中，运用镶嵌了三层保温玻璃并且相同材质的大门进行更换(见图4)，对于二、三层的木窗加设保温玻璃窗，提高窗户的保温性。经过上述措施后，整个建筑的气密性及保温性能得到了大幅度的提升，而建筑仍保持了原有的建筑风格。

1.3屋顶改造

受气候影响最大的部分是工业建筑的屋顶，大部分的太阳辐射被屋顶吸收，并直接影响于工业建筑的室内物理环境。大部分的工业建筑屋顶存在着结构老化、保温能力差以及采光通风不良等问题，在低能耗方面无法满足现行要求。一般意义上的改造方法着眼于提高屋顶部分的保温能力，即通过各种保温材料的应用提高屋顶的热阻以阻止热量的传递。此外，通过架空屋面以及种植屋面的设置可以改善屋面部分的微气候，也可以取得较好的热工效果。在实践中，也有很多建筑师将屋顶部分的改造融入旧工业建筑更新的整体工作之中，将生态节能与屋顶形式结合考虑，运用多种技术手段，取得良好的效果。在德国梅克伦堡州魏斯玛市的一个幼儿园的改造中，改造的屋顶(见图5)采用的是新的节能材料，它可以将阳光引入室内，还能保温防热。在冬季，通过充足的阳光，利用屋顶向室内传导热量，减少室内的热量损失。在夏季，屋顶和墙壁上的木制隔板也会吸收一部分热量，降低室内温度［5］。

2组织自然采光与通风

2.1自然采光

采光和通风在生产车间、仓库等工业建筑中占的比重比较低，大部分厂房建筑采用大跨度的连续框架的大进深结构［6］，其采光条件和民用建筑的要求是不相符的。除了调整工业建筑的窗地比外，一般可以通过增设导光管以及反光板的方法来改善建筑的自然采光能力以达到降低能耗的目的。导光管由集光器、管体部分(传输光)以及散光部分(室内分布的管光线)三部分组成。特别适合白天采光不足、房间进深大的场所。反射板是利用光线反射原理，改善室内光环境的一种装置。一般采用铝、镜面、浅色涂料等一些反射系数较高的材料作为反射面，反光板的安装方式根据现场情况的不同，以及采光口的位置、朝向和光线入射角度的不同，有不同的摆放方法。以奥雅纳集团爱丁堡的办公室为例(见图6)，设计师PatrickElsdale的照明设计理念便是尽可能减少电力照明设备的使用来获取一个可持续发展的建筑环境，因此，他在整个办公区域设计了84套导光管日光照明系统(见图7)，如此一来，基本能够满足日间的照明需求，并减少了90%的电力照明时间。通过这一设计，爱丁堡办公室的光线不仅自然、明亮，而且也为前来咨询的客户提供一个舒适的洽谈环境。

2.2自然通风

自然通风是人类历史上调节室内环境的原始手段，它具有改善室内热舒适性和提高室内空气品质的优点，能有效降低机械通风装置的能耗，因此也是工业建筑节能改造必须重视的方面。自然通风主要依靠风压、热压、风压与热压相结合等方式得以实现，在实际的工作中应采取有效的设计手段以促进风压及热压的产生［7］。例如在恰当的位置设置中庭空间，除了可以改善建筑的采光能力外，还可以通过中庭烟囱的空气循环来改善通风条件，由于室内外空气有一定的热压差，在竖向上形成了一个良好循环，冷空气从中庭底部不断进入，室内较热的空气从中庭顶部排出，进而有效地改善了建筑的通风条件，节约了能源。同时，利用场地环境中的积极因素，以确保建筑可以在自然通风的同时能够改变室内的小气候也是工业建筑低能耗改造的一个重要方面［8］。以上海虹桥机场T1航站楼为例，利用现有条件进行策略通风，同时还可以降低改造的成本，对其原有的结构进行重组，利用原有建筑的现有条件对建筑内部的通风进行更好的设计(见图8)。利用两层建筑之间的高侧窗，增加进出风量，将航站楼内部的气流流动带动起来(见图9)。

2.3可调节遮阳

在德国，随着人们对于环境保护意识的增强，建筑节能和太阳能利用在生活中越来越普遍，可调节式遮阳由于设计方便，并且可根据太阳高度角的变化以及使用者的要求自由调节，得到越来越广泛的运用，可以满足不同用户的多种要求。可调节遮阳以自身的不断变化来调节通过建筑表皮的太阳光，其主要有3种基本形式，即遮阳百叶、遮阳卷帘、遮阳板。德国很多双层玻璃幕墙建筑的空腔内都设置了可调节遮阳装置，其可调节遮阳外窗的活页轴中间固定装有活页，两头插装在上、下横梁的活页轴孔里。光跟踪控制器和变速传动装置通过固定安装在活页轴上的摆动齿轮、活页轴拐以及轴拐套、摆条带动和调节活页的开度和角度，实现人为控制阳光进入室内的程度。经过多年发展，德国的可调节遮阳装置的种类越来越多，并且已经成为建筑密不可分的一部分，很多建筑依靠可调节遮阳装置取得变化的建筑立面效果，例如卡塞尔城市住宅的活动折叠百叶遮阳板由落叶松原木制成，住户可以通过室内的手柄对其随意控制，使得住宅在不同的时间段有不同的立面效果(见图10)。而慕尼黑某住宅的滑动遮阳板则采用了颜色材质与墙面相近的滑动遮阳板，提高了建筑的整体效果［9］(见图11)。

3可再生能源利用

结合建筑自身条件和特点，充分利用各种可再生能源，是降低工业建筑能耗的最直接方式。目前可以利用的可再生能源主要包括太阳能、风能、潮汐能以及地热能等，且经过近十几年的发展，各种能源的利用方式都已经有了长足的进步。以太阳能的利用为例，目前其利用手段已摆脱了简单地设置太阳能板的方式而更强调在最初的设计中就将太阳能收集装置一并考虑进去，使其在外立面的建筑效果上与建筑融为一体［10］。德国科堡市的太阳能房(见图12、13)，南向外墙的窗下墙里的管道系统具有收集热量的功能，并在其两侧增加了保温层以减少热量的散失，可以大大提高吸收太阳能的效率，阳光透过南立面的大块玻璃使得其后的墙体也拥有了蓄热的作用，并取得了较好的效果，也反映了在今后的设计中，设计建筑的同时考虑太阳能技术是一种必然的趋势。

4结语

当前，随着我国经济结构调整的进一步深入，越来越多的城市正在经历着“退二进三”的转型，大量的工业建筑面临着被改造的命运。因此，强调工业建筑低能耗改造对我国建设节约型社会具有重要意义，我们应当认真地学习各种经验，采用适宜的技术手段，推动我国低能耗建筑事业的全面发展。

参考文献:

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［2］郝莹．建筑节能:来自巴斯夫的启示———德国“3升房”探访侧记［J］．中国勘察设计，2011，(4):28－30．

［3］沈芳亮．绿色节能技术在建筑改造中的应用研究［D］．天津:天津大学，2007．

［4］叶雁冰．我国既有公共建筑的节能改造研究［J］．工业建筑，2006，(1):5－7．

［5］潘波．德国建筑改造中节能技术的应用［J］．建筑节能，2007，(1):62－64．

［6］刘宏梅．重塑内部空间———探析工业建筑遗产内部空间的适应性更新策略［J］．工业建筑，2009，(1):60－64．

［7］杨珊．基于生态技术的旧厂房办公类改造策略研究［D］．北京:北京工业大学，2009．

［8］翟燕．上海虹桥机场T1航站楼自然通风优化改造技术探索与实践［J］．建筑科学，2017，(8):149－155．

［9］李振宇，邓丰．欧洲生态节能住宅的表皮设计［J］．建筑学报，2010，(1):56－59．

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【关键词】电磁蜘蛛网;GPRS网络;PLC;无线发射模块;无线接收模块;GSM模块;低功耗

1.引言

临近主震发生前夕，在震源区广大区域内将不断地产生许多新的裂缝，裂缝的两侧带有相反的电荷，它相当于一个电偶极子充放电，向外发射电磁信号。会影响电磁蜘蛛网检测。主要震前电磁效应主要有：压磁效应;地下强大的应力变化使岩石磁性改变引起地磁异常。感应磁效应;地下电导率变化后引起感应电场变化出现磁异常。膨胀磁效应（动电磁效应）;扩容、微破裂-流体扩展引起流动电场变化出现磁异常。热磁效应;深部热能对岩石磁性影响异常量，震时有一定突变。压电效应;石英体岩石改变地下应力状态时产生电场。动电效应;液体通过毛细管和岩体微孔， 在其表面形成双电层。微机电转换体;激发机制（大气电场）空间上分立的异性电荷或者机电转换激发时电荷的移动。这些可由下面一组麦克斯韦方程组得到解释，方程组是由高斯通量定理、磁通连续性原理（又称为磁场的高斯通量定理）、法拉第电磁感应定律和全电流定律（又称为安培环路定理）4个方程式所组成的：这些是我们设计的理论基础。

设计中主要是考虑使用了（30米～900米）距离无线遥控，由多路发射、多路接收机电路组合构成电磁蜘蛛网可在100平方公里范围内感应到大地电磁场的变化，利用电磁蜘蛛网制作的预警装置主要原理就是：用各种频段接收大地电磁场，发现异常远程报警，多个电磁蜘蛛网连接成群一旦检测系统跳动起来，利用单片机软件就能方便侦探震中位置。图1是低能耗简易型远程报警电磁蜘蛛网，其工作原理如下：正常电磁时电路每小时开启10秒就自动关闭，以节约电能，一旦电磁异常就自动开启30秒以上，并带动GSM设备工作，远程报警，收到异常信号后，自动记录到存储器后人工发送“输出关”指令，重新恢复正常工作。假如多次收到异常报警后，开启附近电磁蜘蛛网共同参与震中位置的侦测。

2.电磁蜘蛛网、电磁蜘蛛网群和GSM（或GPRS）网络远程控制

由多路发射、接收电路组成的接力电路可以使检测距离大大增加，其组成的电磁蜘蛛网群与计算机连网，由专门软件进行判断就可以准确测定地震震中的位置。电磁蜘蛛网群的原理就是自建多路发射、接收器用计算机软件判断电磁异常范围，确定地震类型、震中位置和报警。

图2 GPRS方框原理图

图2是GPRS网络远程控制方框原理图。最简单GPRS控制我们选择了第二代GSM远程遥控器， GSM的英文全称是Global System for Mobile Communications。在布放实验中我们选用高可靠的GSM芯片技术设计，内部使用通用的工业继电器，内置GSM天线，可以实现手机振铃或手机短信息进行全球超远程遥控开关。成本低廉、可靠性高，平时以每小时检测一次的方式远程了解实时电磁场变化情况。当异常电磁场出现时，就缩短时间，最短可以每分钟问答一次。全国范围均可操作。无距离限制。拥有一个通过移动通讯设备可以控制GPRS终于实现远程无线报警。这里采用了GSM方式控制，可以免去接线的烦琐，在四川、云南布放电磁蜘蛛网就可以在宁波家中了解到该地实时的电磁场情况。然后利用组态软件在电脑上实时判断将要发生地震的时间、地点和地震级别。麦克斯韦方程组组成的一系列电动力学方程是我们设计的理论基础和布放发射器的基础。电子秒表和钟表机芯是设计长效定时发射电路、接收系统的核心其制作原理已经在许多文章中介绍过。简易型电磁蜘蛛网用到3路电场判断电路和1路磁场异常判断电路。实际安装时需要6～8组这样设备。远距离报警电路在正常电磁时不启动GSM，5V稳压电源长期提供小型继电器工作（每小时约10分钟）。异常电磁产生时就远程自动报警，报警自锁后想要解除就由远程控制发射“输出关”指令。常用指令有“输出开”、“输出关”、“点动开”、 “点动关”、“记忆开”、“记忆关”、“回复开”、“回复关”等，非常方便。此电路稍做修改可以有其它应用领域有：

（1）城市路灯、交通灯自动智能控制系统;

（2）电力电子配电系统;

（3）工业电器设备自动控制系统;

（4）人防无线警报控制系统;

（5）城市给排水机房控制系统;

（6）家用电器控制自动化（如空调、电热水器等）;

（7）售票控制工控机、服务器远程开机复位;

（8）大型仓库监控系统或者安防网站服务器的报警及复位等。

3.远程磁场异常报警

电磁蜘蛛网群中另外一部分是由多个发射、接收电路配合工作的低功耗长时效大地磁场偏移检测器，实际布局电磁蜘蛛网时配合使用了大地磁场偏移检测器，在软件设计中也有报警部份与磁场异常程序。磁场异常超再生接收是编解码电路最常见一种形式，价格低廉，灵敏度高，电气性能满足一般的应用环境。除此之外如超外差等也较多见，从根本上说也是一种发展取代的方向。超再生接收电路全称“自息/他熄灭式再生检波电路”，电路调好时，该检波电路有很高的灵敏度指标。自熄式电路简单，配合长时效大地磁场偏移检测器经济效率也高相对提高。低功耗长时效磁场偏移检测器（地震临震预报器）由电子指南针或普通指南针组成。地震前磁场异常现象由大量实例证实。地球是个巨系统，想要建立全面的动力学方程是很难的。这种设计方法技术上容易实现，设备的一大优点是不用调试就能正常工作。由于静态时电路耗电仅为几个微安，每小时接通10秒，工作时电流一般

4.小结

我们设计的电磁蜘蛛网一般在27Mhz～ 49Mhz段最为敏感。每小时扫描一次，就能分别在农村村庄、城市居民小区接收端上分别收到信号，像温度计指示温度一样，指示目前电磁场大小，多个电磁蜘蛛网组合成群，结合GPRS远程监控，就可以判断震中位置所在。当今世界上地震频繁，破坏力很大。此装置可以提前几天～几个小时，知道地震即将发生，能避免许多可怕的事情。利用每小时循环检测一次电磁蜘蛛网，初步实验测试证明可以用于震前电磁场异常预报。而且利用电磁蜘蛛网群可以侦测地震类型和震中位置。稍作修改还可以应用于许多远程控制设备。目前已经成功放置十套，其中四川5套、云南5套，以后准备联系企业资助再投入多套布放到全国各地。

参考文献

[1]李四光，1973，地震地质[M].科学出版社.

[2]蒋敏.如何编织能预测地震的电磁蜘蛛网[J].电子世界，2013，5.

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可以说，长安铃木不仅生产出了一系列令国民啧啧称赞的优质小车，也给中国汽车工业的经济型轿车树立了新标杆。

究竟是什么牵动着消费者对长安铃木的垂青，又是什么造就出了长安铃木的诸多荣耀，在小排量迎来了小排量车解禁、政府鼓励小排量生产的车市春天后，长安铃木的春天又会否更加璀璨……

下降的是2个百分点上涨的却是造车决心

此前不久调整的汽车消费税税率，犹如投入车界的一颗重磅炸弹，无论是在车市中、车价上还是汽车购买者间，都掀起了不小的波澜。它的调整幅度也是车界火热的话题，大排量车的上涨幅度最高达到了12个百分点，而1.0-1.5升排量的经济型轿车却享受到了其他排量车型所没有的下调2个百分点的“特殊待遇”。

对于小排量经济型汽车生产厂商来说，消费税的倾斜态度似乎给他们注入了一股强心剂。不过，新消费税针对小排量车的调低2个百分点，对消费者的购买影响实际上并不大，而油价的上涨却真正刺激了消费者的神经，汽车能耗高低问题成为消费者关注的重要因素。新消费税只能从购买环节达到抑大扶小的引导作用，却对购买后长期使用的汽车能耗不能起到实际作用。汽车能耗仍是本质问题，要彻底激发起消费者对小排量车的热爱，根本出路在于厂家如何能保证汽车在使用中的低能耗。

勤俭持家是中华民族特有的美德，具有限制大排量、鼓励小排量意义的新消费税，通过税率的调整很好的引导了群众符合国情的消费方向，使我国汽车消费群体的消费更趋理性。对于坚持走“低能耗，高品质”路线的长安铃木而言，虽然这2个百分点不能直接勾起消费者的购买欲望，但也明确了长安铃木将来发展的方向，更坚定了长安铃木制造低能耗、高品质车的目标和决心。

把让利作为实事用服务挂钩销量

一些经济型轿车在政府鼓励小排量车的利好政策下，不是趁热打铁地在价格上再次“割肉”以求谋得销量的创新，就是借着政府的东风在全国各地拓展销售网络，而踏实造车的长安铃木却丝毫没有急躁的举动，反倒默默地为消费者送起了一直处于价格飚升状态的汽油。在4月1日至4月31日期间，消费者购买长安铃木雨燕系列任一款车型就可获赠200升汽油，凡购买奥拓系列车型便可获赠100升汽油。此次特惠活动旨在降低因油价上涨带给消费者的负担，让每一位购买长安铃木轿车的客户享受到实惠，更重要的是要让消费者感受到长安铃木“低能耗、高品质”的造车理念和品牌优势。

今年，长安铃木对其全国各地经销店的发展计划主要围绕“提升”两个字展开，一是销售上的提升；二是服务上的提升，使之趋向完善。销售和服务是不可分离的，销售业绩好的汽车销售店，其服务质量是不会有太多瑕疵的。

长安铃木今年的销售目标是13万辆，力争突破15万辆。仍以生产“低能耗、高品质”的环保节能汽车，创造“低能耗奇迹”为方向，用真正意义上的优质经济型车来获得更多消费者的青睐。

运作实行“低能耗”产出坚持低能耗与高品质

作为打造“低能耗、高品质”车的生产厂家，其自身必须在这六个字上站住脚。长安铃木有一个适用于自身发展的管理理念，同时也是长安铃木根据自身特色而实行的管理模式，即“四字真言”：“小、少、轻、美”。“小”是指小投资、小成本，充分利用场地、操作台、货架等； “少”是以少投资、少费用（经费）、少工时，降低成本、减少浪费；“轻”是指设备、工装、工具、产品等的重量要轻；“美”则为杜绝浪费，推行5S活动，创建清洁、安全的工作环境。长安铃木的车间也有三小，即场地小、操作台小、货架小，这些合理的精小不仅为公司节约了投资成本，也提高了工作效率。

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关键词：低能耗住宅建筑；外墙外保温工程；屋面保温工程；门窗工程；热工性能

中图分类号：TU391　文献标识码：A　文章编号：1009-2374(2011)10-0073-02

随着我国经济高速发展，为保持能源消耗和二氧化碳排放处于较低水平，建设节约型社会，建筑节能已成为我国可持续发展的重要战略之一。由于建筑物的能耗主要受由构成建筑物的围护结构和用能设备的影响，所以改善建筑围护结构的热工性能，可降低采暖、空调系统的负荷，有效促进节能减排，缓解地球变暖。本文只对外墙外保温、屋面保温、门窗工程等建筑围护结构施工技术进行研究。

一、外墙外保温工程

外墙外保温是将保温隔热材料置于建筑物外墙的外侧，由保温层、薄抹面层和饰面构成。保温层用胶粘剂固定在基层上，薄抹面层中满铺玻纤网。基本消除了“热桥”的影响，使墙体潮湿情况得到改善，有利于室温保持稳定和提高墙体的防水和气密性。外墙外保温的各组成部分应具有物理一化学稳定性。所有组成材料应彼此相容并具有防腐性，应与其系统形式检验报告一致。在正确使用和正常维护的条件下，外墙外保温工程能耐受室外气候的长期反复作用而不产生破坏，使用年限不应少于25年。

外保温工程施工期间以及完工后24h内，基层及环境空气温度不应低于5℃。夏季应避免阳光暴晒。在5级以上大风天气和雨天不得施工。外墙外保温的施工工艺(以保温板为例)：(1)清理基层，清除墙体基层表面油污、浮灰等污染物，对凸起、空鼓和疏松部位进行剔除、找平修补；(2)基体表面应均匀涂刷界面剂；(3)保温板施工前应按设计要求绘制排板图，确定异型板的规格和数量，并在基层上用墨线弹出板块位置图。保温板粘贴方式采用点框法，条粘需用工具锯涂抹，涂抹面积应达到100％，点框法粘结面积不得小于保温板面积的40％。保温板抹完胶浆后，应立即将保温板平贴在基层墙体上滑动就位，粘贴时应轻揉、均匀挤压，用不小于2m靠尺压平，保证保温板平整。保温板按顺砌方式粘贴，竖缝应逐行错缝。粘贴牢固，不得有松动和空鼓。保温板拼缝应严密、无粘接剂，若缝隙大于2mm，应采用同种材料填缝。墙角处保温板应交错互锁。门窗洞口四角处不得拼接，应采用整块保温板切割成形，板接缝应离开角部至少200mm；(4)涂刷界面剂；(5)利用锚栓辅助固定，锚栓金属螺钉应采用不锈钢或经过表面防腐处理的金属制成，塑料钉和带圆盘的塑料膨胀套管应采用聚酰胺、聚乙烯或聚丙烯制成，塑料圆盘直径不小于50mm。锚栓安装应至少在粘贴保温板24h后进行，锚栓进入结构层深度不小于50mm，端头低于保温板外表面2mm，安装完毕立即用抹灰胶浆将其抹盖；(6)将纤维增强层压入抹面胶浆中，形成薄抹灰增强防护层，用以提高防护层的机械强度和抗裂性；(7)抗裂砂浆薄抹面层，抹完底层聚合物砂浆并压入网格布后，待砂浆凝固至表面不粘手时，开始抹面层聚合物砂浆，抹面厚度以盖住网格布为准，使聚合物砂浆总厚度为2.5～3.0mm；(8)饰面涂层，涂饰饰面应采用与保温系统相容的柔性耐水腻子和弹性涂料。

为了防止火焰沿外墙表面传播，并阻止火焰沿外墙面跨越防火分区，外墙外保温工程应采取防火构造措施，设防火隔离带。防火隔离带的施工应与保温材料的施工同步进行，其构造能反映防火隔离带和外保温系统不同材料交接处的防水、抗裂和安全性等技术处理措施。目前常用的防火隔离带有以下几种：(1)酚醛泡沫防火隔离带是由酚醛珠粒经加热预发泡后，在模具中加热成型而制得的具有闭孔结构的，使用温度不超过120℃酚醛泡沫塑料板材。具有防火阻燃性能好，遇火难燃，不收缩、不变形、不滴落、无烟雾、无毒的特点； (2)岩棉板外墙外保温系统主要以经“摆锤法”生产的憎水型岩棉板为保温隔热层材料，采用粘、钉结合工艺与基层墙体连接固定，并由抹面胶浆和增强用玻纤网布复合而成的抹面层以及装饰砂浆饰面层或涂料构成的A级不燃型建筑节能保温系统。岩棉板外墙外保温系统，导热系数低、透气性好、燃烧性能级别高等优势；(3)发泡水泥(泡沫混凝土)防火隔离带是通过发泡系统将发泡剂用机械方式充分发泡，并将泡沫与水泥浆均匀混合，然后经过发泡机的泵送系统进行现浇施工或模具成型，经自然养护所形成的一种含有大量封闭气孔的新型轻质保温材料。由于原材料全是水泥，所以具有良好的阻燃性。

二、屋面保温工程

屋顶作为建筑物最上部的围护结构，能耗约占建筑总能耗的5％～10％，占顶层总能耗的40％以上，屋面保温节能技术可有效的减少建筑能耗和热损失。

屋面保温工程施工前，进入现场的保温材料应提品质量合格证书及当地建筑节能管理机构的备案意见书、保温隔热系统主要组成材料性能检验报告、保温隔热系统的性能检验报告，软化系数、抗拉强度、导热系数等技术性能应符合设计要求。保温材料进场后，堆放在平整、坚实场地上并采取防止雨淋、暴晒措施，避免破损、污染。严禁在雨天进行保温层施工。

屋面保温工程施工工艺：(1)清理基层：使基层干燥、干净，不得损坏基层，铺设保温层；(2)铺设松散材料的结构表面应干燥、洁净，松散保温材料应分层铺设，适当压实，压实程度应根据设计要求的密度，经试验确定。每步铺设厚度不宜大于150mm。板状保温材料拉线铺设保温材料，铺设时应紧靠需基层表面并铺平垫稳，如分层铺设，上下两层板块缝应相互错开，表面两块相邻的板边厚度应一致，板间缝隙应采用同类材料嵌填密实。当采用粘贴施工时，应贴严、粘牢。板缺角处应用碎屑加胶料拌匀填补严密；(3)设置排气道及排气孔，可以使得保温层中水分充分蒸发，从而有效治理防水层粘结不牢、存有水分和气体造成气泡、起鼓、开裂、漏水现象；(4)保温层施工完成后，应及时施工找平层。注意洒水养护，避免出现砼干缩裂纹。

屋面保温节能设计方式还有：蓄水、架空、覆土种植。屋面绿化与墙体垂直绿化相结合，在美化建筑、充分利用雨水、遮挡东西向日晒的同时，水分的蒸发还可以净化空气，调节屋面及室内温度，缓解城市“热岛效应”。

三、门窗工程

建筑门窗占建筑围护结构总能耗的50％，可见门窗节能施工技术研究对建筑耗降低起到至关重要的作用。

门窗进场应具有产品出厂质量合格证明文件以及当地建筑节能管理机构颁发的产品认证备案证明，并委托具备相应检测条件的检测机构对建筑外窗的气密性、水密性、抗风压性能、传热系数，中空玻璃露点进行抽查复检。

门窗工程施工工艺：(1)沿建筑物全高用经纬仪或大线坠引测门窗，在每层外窗处弹线标记，并逐层抄测外窗洞口距外窗边线实际距离，需要进行处理的应记录和标识；(2)外窗的水平位置应以楼层室内+0.5m的水平线为准向上反测出窗下皮标高，弹线找直，每层必须保持窗下皮标高一致；(3)墙厚方向的安装位置应按设计要求和窗台板的宽度确定；(4)外窗洞口偏位、不垂直、不方正的要进行剔凿或抹灰处理；(5)根据划好的外窗定位线，安装外窗框，然后用木楔临时固定；(6)外窗与墙体的固定用固定片连接，固定片用不小于1.5mm厚的镀锌板，长度根据现场需要进行加工；(7)外窗框与墙体洞口的连接要牢固、可靠，固定点的间距：框边应不大于500mm，转角处不应大于180mm；(8)五金配件与外窗连接用镀锌螺钉，安装的五金配件应结实牢固，使用灵活，窗侧面及顶面打孔后工艺孔帽安装前应用密封胶封严；(9)门窗安装固定后，先清净缝隙中的杂物，然后进行隐蔽工程验收，合格后及时用聚氨酯发泡剂填充外窗框与墙体之间的的缝隙，表面采用密封胶密封。密封胶粘结牢固，表面光滑、顺直、无裂纹。玻璃密封条与玻璃及玻璃槽口的接缝平整，不得卷边、脱槽。

在满足采光的前提下，采用较小的窗墙比，采用中空隔热玻璃、外遮阳技术，对降低建筑运营中的能耗起到了重要作用。窗户(包括阳台门上部透明部分)面积不宜过大，若超过不同朝向的窗墙面积比，则应调整外墙和屋顶等围护结构的传热系数，使建筑物耗热量指标达到规定要求。节能门窗采用的玻璃应符合国家现行有关标准的要求。中空玻璃安装注意事项：(1)施工应在不低于5℃的环境中进行；(2)在窗框或窗扇的四个角连接部位处，以及窗扇和中空玻璃的接触间隙部位，应进行良好的密封；(3)在窗扇和中空玻璃接触部位进行打胶，安放缓冲垫块，中空玻璃的中心和窗扇的中心保持一致；(4)中空玻璃在安装的窗槽中不应出现水平移动。设置外遮阳是减少太阳辐射热进入室内的一个有效措施。夏季透过窗户进入室内的太阳辐射热构成了空调负荷的主要部分，冬季透过窗户进入室内的太阳辐射热可以减少采暖负荷，所以外窗设活动式遮阳措施比较合理。

四、结语

专家预测：温室气体排放，全球气候变暖，会导致所有热带雨林的破坏和北冰洋的溶解，给人类的生存与发展带来了严峻的挑战。发展低碳建筑，努力从改善建筑围护结构的热工性能入手，通过全寿命周期中各环节实现节能、降耗，缓解地球变暖，造福子孙后代。

参考文献

[1]住宅性能评定技术标准(GB／T50362-2005)[S]北京：中国建 筑工业出版杜，2005

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关键词：ZigBee技术；低能耗；水质监测系统

DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2017.12.065

1 引言

众所周知，水是生命之源，所有生物均离不开水，从而可以看出，水质的好坏将直接影响到人和动植物的生存。

目前，随着水污染越来越严重，人们越来越重视水的安全，特别是饮用水。对于水质的好坏，基本采用水质探测器对水质进行检测，而现有的水质检测是采用多种传感器同时进行探测工作，各个传感器的工作得不到很好协调，其中，有些传感器可能不需要进行长时间工作，因此，电能浪费较大，若采用太阳能供电，其自身电能本身就存在局限，从而对水质监测工作带来不便[1-3]。

2 系统介绍

基于ZigBee网络的节能型水质监测系统，它包括上位机、服务器终端和若干个监测单元，上位机通过互联网接收服务器终端发送的信号，监测单元包括温度传感器、PH值传感器、溶氧传感器、浊度传感器、ZigBee芯片、无线通讯模块和用于电源供给的电源模块。

（1）温度传感器和无线通讯模块与ZigBee芯片连接， ZigBee芯片通过无线通讯模块与服务器终端进行数据通讯，PH值传感器、溶氧传感器和浊度传感器分别通过PH值信号调理电路、溶解氧信号调理电路和浊度信号调理电路与ZigBee芯片连接。

（2）电源模块包括太阳能板、蓄电池和模拟控制器，太阳能板通过电压调节电路与蓄电池连接，蓄电池的正极依次连接有稳压/升压模块、第一电压转换器和第二电压转换器，稳压/升压模块、第一电压转换器和第二电压转换器均与模拟控制器连接，第二电压转换器还与ZigBee芯片连接，模拟控制器与温度传感器、PH值传感器、溶氧传感器、浊度传感器、ZigBee芯片、无线通讯模块、PH值信号调理电路、溶解氧信号调理电路和浊度信号调理电路连接。

（3）电压调节电路包括变压器、整流桥和第一三极管，变压器的初级线圈与太阳能板连接，变压器的次级线圈与整流桥并联，整流桥通过第一电容接地并与第一三极管的集电极连接，第一三极管的集电极和基极并联有第一电阻，第一三极管的基极通过稳压二极管接地，第一三极管的发射极与蓄电池连接并通过第二电阻和第三电阻接地。

（4）ZigBee芯片为CC2530芯片，模拟控制器为ADG1414。

3 具体应用

该低能耗水质监测系统工作主要通过若干个监测单元进行实现，利用监测单元可以对水质进行大范围监测，监测到的水质参数，则利用ZigBee网络发送至服务器终端，服务器终端则接受若干个监测单元反馈回的信号并将信号通过互联网发送至上位机，其中，用户可通过上位机将控制信号发送至服务器终端，服务器终端则将信号反馈给对应的监测单元。

（1）监测单元具体工作时，是由温度传感器、PH值传感器、溶氧传感器、浊度传感器实现水质参数的检测，检测到的参数信号则输入至ZigBee芯片进行整理，其中对于PH值传感器、溶氧传感器、浊度传感器所检测到参数信号的要求更高，则需利用PH值信号调理电路、溶解氧信号调理电路和浊度信号调理电路进行信号调理。

（2）监测单元的电能供给，则通过电源模块进行控制，具体通过太阳能板将太阳能转换成系统所需能源，并利用蓄电池进行存储，而稳压/升压模块14、第一电压转换器和第二电压转换器对蓄电池输出的电压进行转换，即利用稳压/升压模块将信号进行稳压和升压处理使电压为9V，利用9V电压为PH值信号调理电路、溶解氧信号调理电路和浊度信号调理电路进行供电；随后利用第一电压转换器将电压转换为5V电压，利用5V电压为温度传感器、PH值传感器、溶氧传感器和浊度传感器供电；最后，利用第二电压转换器将5V电压转换为3.3V电压，利用3.3V电压为ZigBee芯片和无线通讯模块供电。

（3）为上述器件供电时，采用模拟控制器进行控制，即利用模块控制器可控制温度传感器、PH值传感器、溶氧传感器、浊度传感器、ZigBee芯片、无线通讯模块、PH值信号调理电路、溶解氧信号调理电路和浊度信号调理电路的电能供给，现灵活控制电能，避免未需要工作的单元进行能源消耗，如温度传感器和溶氧传感器，在非特定的检测时，可选择不进行工作。同时，ZigBee芯片与模拟控制器连接时，时利用ZigBee芯片的I/O口与模拟控制器连接，因此，可通过ZigBee芯片对模拟控制器进行控制。

（4）对于太阳能板与蓄电池之间还连接有电压调节电路，电压调节电路可采用包括变压器T1、整流桥D1和第一三极管Q1，变压器T1的初级线圈与太阳能板连接，变压器T1的次级线圈与整流桥D1并联，整流桥D1通过第一电容C1接地并与第一三极管Q1的集电极连接，第一三极管Q1的集电极和基极并联有第一电阻R1，第一三极管Q1的基极通过稳压二极管D2接地，第一三极管Q1的发射极与蓄电池连接并通过第二电阻R2和第三电阻R3接地。利用变压器T1实现电压转换，利用整流桥D1实现整流，利用第一三极管Q1控制蓄电池充电工作，利用稳压二极管D2实现稳压。

4 小结

采用若干个监测单元对水质进行检测，利用电源管理模块实现监测单元的电源供给，其中，利用太阳能板将太阳能转换为系统所需的电能，并利用蓄电池进行存储；同时，利用稳压/升压模块、第一电压转换器和第三电压转换器将蓄电池输出的电压进行转换，从而满足不同器件、不同电压的需求，此外，利用模拟控制器实现供电的控制，从而避免电能的浪费，其结构简单，操作方便，具有很强的实用性。

参考文献：

[1]李鑫星，王聪，田野，吕熊杰，傅泽田，张领先.基于ZigBee的多参数水质在线监测系统[J].农业机械学报，2015（S1）：168-173.

[2]严丽平，宋凯.基于ZigBee与GPRS的嵌入式水质监测系统设计[J].计算机工程与设计，2011（05）：1638-1640+1852.

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0引言

无线Mesh网络（Wireless Mesh Network， WMN） 作为下一代无线网络的关键技术近年来受到了广泛关注。WMN兼具无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）和移动自组网（Mobile AdHoc NETwork， MANET）的优点，具有组网灵活、部署方便、不依赖于基础设施的特点，其多跳转发的传输方式可以扩大网络覆盖范围。目前，WMN已成为解决“最后一公里”宽带接入的关键技术。以往有关WMN的研究主要关注于如何提升网络接入、吞吐量等方面的性能，随着全球对绿色网络和低碳节能问题的关注，WMN的节能已逐渐成为研究的热点问题[1]。

 

IEEE 802.11协议是基于WLAN的WMN的标准MAC层协议，但对于绿色WMN来说，IEEE 802.11协议的能耗问题严重，造成这一问题的主要原因有两个：一是使用固定发射功率发送数据，二是信道竞争中的信道监听。无线设备的能耗主要集中在数据的收发上，且无线节点的最大传输半径往往超出节点间的通信距离，因此控制数据发射功率是降低节点能耗的有效办法。BASIC算法[2]是最典型的功率控制算法，但是，它在降低功率消耗的同时，会提高隐藏终端冲突的概率。针对这一不足，李方敏等[3]提出PCM机制，令节点在冲突发生时逐步提高发射功率以达到抑制冲突发生的效果。但是，在逐步提高功率的过程中，如果无法配合网络环境的改变，节点可能要经历多次冲突，进而浪费更多的能量。因此，PCM机制对冲突的抑制过程存在能量的浪费。

 

除了利用功率控制来降低节点的能耗外，IEEE 802.11节能模式（Power Saving Mode， PSM）管理机制也是无线节能研究的热点。许多研究者利用数学模型划分网络中各节点的时间[4-5]，尽可能合理地使节点进入休眠，以降低能耗减少冲突。但当网络超过一定规模时，该类方法难以实现。另外，也有研究人员提出依据节点或网络的变化情况灵活地控制节点的休眠[6-8]，但此类方法在网络负载较重时所能降低的能耗十分有限。

 

目前，已有人开始研究利用太阳能/风能供电的Mesh路由器（Mesh Router， MR）来提供绿色无线接入的解决方案，该类绿色MR具有低能耗、低成本的特点，已有众多研究人员在此领域开展了很多有价值的研究工作[9-10]。但是，此类绿色MR的通信能量管理依然存在能量效率和成本方面的问题。例如，文献[9]忽略数据因生命周期耗尽而导致的重传，这是不明智的，因为大量的数据重传会浪费大量能量；文献[10]忽略了硬件的成本问题，因此难以得到推广。

 

关于WLAN和MANET的能耗研究，功率控制和PSM管理机制已受到许多关注，但是，将这两种方法结合起来用于绿色WMN的研究还较少。本文针对IEEE 802.11协议的能耗问题，提出一种适合于绿色WMN的低能耗MAC协议，即PCCA（Power Control and Collision Avoidance）协议。PCCA协议利用功率控制提高MR的能量效率，并利用休眠解决冲突问题，在降低能耗的同时，提高了分组投递率。

 

篇10

【关键词】心率；检测；STM32；低功耗；蓝牙

心血管病是国民第一位死亡原因，其高发病率、高患病率、高死亡率以及高疾病负担特点，已经成为我国面临的重大公共卫生问题[1-3]。中国正面临着越来越严重的老龄化，在年纪大的人群结构中心血管病的发病率也越高，加上严重失调的人医比例，解决问题迫在眉睫。监护仪是一种24小时连续监测病人的生理参数，检出变化趋势，并与已知设定值进行比较，检出变化趋势，指出临危情况，供医生应急处理和进行治疗的依据，使并发症减到最少达到缓解并消除病情的目的[4-5]。本设计利用TI公司最近推出的AD8232心电信号处理芯片，配合高性价比的STM32单片机，实现了心电信号的采集及信号处理，检测器使用低功耗OLED显示屏显示心电波形，并采用蓝牙4.0传输模块将数据上传到电脑上位机软件进行显示。

1 方案设计

本次研究的心电监护仪能实时的显示波形，并通过蓝牙将心电数据传给上位机，在上位机上同时显示心电波形。方案设计原理框图如图1所示。

整个方案可分为以下几个模块：

1）心电采集模块：采用了3导联的标准导联I方式，在做前端心电的滤波、陷波等采用了高度集成化芯片AD8232。

2）心电信号处理模块：采用了STM32F103做MCU，主要完成了心电数据的A/D转换、软件滤波、OLED显示、蓝牙传输。

3）蓝牙传输模块：采用了蓝牙4.0功能的低功耗的HC-05蓝牙主从一体机模块，具有传输速度快、稳定，而且功耗低的优点。

2 硬件设计

2.1 心电采集模块

AD8232中的仪表放大器设计用于施加增益并同时滤除近直流信号。这使得它能够将微小ECG信号放大100倍，同时抑制高达300毫伏的电极失调。为实现失调抑制，应在仪表放大器的输出端、HPSENSE和HPDRIVE之间连接一个RC网络，如图2所示。

2.2 蓝牙传输模块分析

本次研发选用了HC-05蓝牙主从一体机模块。HC-05是一款高性能的蓝牙传输模K，采用的是CSR主流蓝牙芯片BC417143，支持蓝牙V2.0协议标准，串口模块工作电压3.3伏，工作电流在配对时为30毫安，但在配对完成后在通信中电流降至8毫安，具有低功耗性能、尺寸小、抵抗干扰的能力强等优势。支持的蓝牙带宽宽，可以与蓝牙笔记本电脑、PDA等支持蓝牙2.0协议的设备进行无缝连接。HC-05主要应用于民用，包括一些汽车电子、智能家居和可穿戴式设备。如图3所示。

3 软件设计

STM32F103RBT6内部集成的12位ADC是一种逐次逼近型模拟数字转换器，通道多达18个，可以测量16个外部和2个内部信号源，这些通道的A/D转换可以单次、连续、扫描、间断模式执行，ADC的结果数据以左对齐或右对齐的形式保存在16位的数据寄存器中。ADC的输入时钟由PCLK2经分频产生，其时钟频率不得超过14兆赫兹。本次研发ADC模块数据主要通过DMA（直接内存存取）从心电数据缓存区ECG_DATA_buf中读取。ADC程序设计流程图如图4所示：

4 实验测试

在心电采集模块测试时将心电采集模块上的RL、RA、LA分别与心电模拟仪RL、RA、LA通过导联线相连，将心电采集模块的输出端与MCU核心板的心电模块预留接口相连，通过OLED能正常显示心电。如图5所示。

如图6所示为整体测试产品图：

5 结论

针对现有心电监护仪存在的不足及其实际要求，使用集成AD8232心电信号处理芯片实现心电的采集经微控制器STM32处理传到OLED显示，并采用蓝牙4.0传输模块将心电信号数据上传到电脑上位机软件进行显示。本次研发的心率检测器实现了低功耗，便于携带且可以蓝牙无线传输等优点，将其用于实际生活中取得了较满意的效果。

【参考文献】

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[2]薛诗静，高帅锋，周平.可穿戴式心电监护系统设计及实现[J].中国医疗设备， 2015，30（1）：6-9.

[3]梁金玉，杨巍，郭胭脂.新型心电监护仪设备管理带的研制与临床应用[J].重庆医学，2016，45（22）：3127-3128.