2020年第11期信息通信2020
泥浆护壁成孔聚酰亚胺纤维(总第215期)INFORMATION&COMMUNICATIONS(Sum.No215)
学生证制作
刘进军
(上海科技馆，上海200127)
摘要：为使环境监测参教更具针对性，文章对该系统传感器监测参数的确定依据进行了分析，并在众多组网方式中从系统稳定性和管理等方面对WIFI局域网组网方式和广域网云平台化方案进行了此较，以期到优化组网方案。文章也从直接挫制难度和可能产生的问题角度探析了环境监測系统独立于BAS空调系统的原因。 关键词：环境监测系统；传感器；监测参数;BAS;BMS
中图分类号:TP29文献标识码:B文章编号:1673-1131(2020)11-0109-02
0引盲
室内空气质量的概念于20世纪60年代由欧美国家提出，之后美国、德国、日本等国家先后制定了本国的环境质量标准，并不断开展空气质量监测和控制方面的研究。随着我国经济、社会的不断发展，人们对环境保护和健康的重视程度也越来越高，尤其室内环境作为人们工作、学习和生活的主要场所，室内空气质量的好坏直接影响着人体健康。因此，我国于2002年发布并于2003年实施了《室内空气质量标准》，对影响室内空气质量的TVOC、甲醛、二氧化碳等多种空气中常见的有害污染物含量标准做出了具体规定叭
特别是对于博物馆类公共建筑而言，空间相对封闭，从而主要依靠空调和新风系统调节空气状况，而且大客流会进一步加剧空气状况的恶化。如何为游客和工作人员创造一个健康、舒适的室内环境是一个重要课题。例如国外研究表明，室内TVOC、苯、甲苯、乙苯等污染物的高水平会增加哮喘患病的危险性，苯、甲苯含量每增高10R g/m3，哮喘患病增高2~3倍叭而室内甲醛浓度的升高同样有加重哮喘患者夜间呼吸系统症状的凤险叭因此，实现对室内尤其是人流量大的公共场馆等的重点区域空气质量的在线监测，发现超限状况及时报警、及时处理十分必要。
1环境监测系统的构成和功能
环境监测系统即是指线监测室内空气中各主要污染物含量及其他与人体监控相关物理量的系统，它由传感器、服务器、显示屏、软件管理和操作系统、数据库等部分构成。各层级骨理人员可以根据职责
分工和相应权限快捷高效的对数据库进行操作，进行数据分析，查看相关报表等。不同单位可能有不同的査看和操作需求，可以根据自身需要定制符合自身状况的系统。访问终端也可根据不同层级、不同地点、不同分工等的使用需求设置多种形式，譬如通过手机或平面电脑APP或者对接OA网的小程序等实时查看系统推送的环境监测数据，通过个人PC网页服务器，通过集中工作站，通过独立或者与安防系统共用的拼接大屏等皆可访问。其中工作站是指机电设备监控平台BMS，该平台高于楼宇自控系统(BAS)，同时对BAS、环境监测系统、公共广播系统、无线覆盖系统等各种机电系统进行统一管理，环境监测系统的只是该平台监控内容的一部分，各系统设备及各种信息可以通过加载可视化的BIM+GIS实现可视化管理，信息的更新、查询非常方便。有的设计将BMS平台做到到信息化大平台之下，实现更广泛、更智能的设备管控与信息收集处理能力。表1为BMS之下环境监测系统可实现的常见功能列表： 表1环境曲测系统的建议功能
功能模块功能細项
设备监控
•实时衣看不同空间的环境质磺数堀、变化曲线
・分级显示各参数监测数据
•设备远程控制.包括启动、设定工作时间、保存日志
蔦.
・短信功能
台账符理
•设备基木信息、设給安装及使用说明、设給施工蓝圏、
设备的运行及维保僖息'设珞的増删等各类息告警骨理
・实时推送告警异常信息
・自定义设置告警条件
eva母
统计分析
・区域及整体环境质佩：评价
-统计、谡询、打印各类监测数据
-
根据空气丿贞罐监测数据及台账荷息给出设张运行及维
保建议
系统管理
・设雄系统參数.包括权限、设备、常飛、在线列表和
监控源类型鄒
2环境监测系统传感器监测参数的选择
随着社会和家庭对于青少年科技文化素养的日趋重视，科技馆等场馆经常人员爆满，这也容易导致室内环境中CO2水平、温湿度等的升高；建筑体和机电设备老化更新改造，展品展项不断更新，办公区计算机、打印设备等的开机工作等都会导致建筑和装饰材料、家电、家具、清洁剂、油漆、涂料和胶粘剂等挥发排放PM2.5,TVOC等；标本、藏品等可能释放甲醛到空气中。这些有害物质逐渐积聚增多，如不及时处理会影响到游客的体感舒适度和参观体验，严重的还会影响到广大游客和工作人员的身体健康。因此，博物馆类公共建筑可以主要选择温度、湿度、二氧化碳、甲醛、TVOC、PM2.5等主要参数作为监测对象。当然，不同建筑类型有害物质的种类和含量也是有差异的，具体选择监测哪些参数即所选传感器类型是由安装场所的具体情况决定的，可视需要追加监测一氧化碳、二氧化硫、
二氧化氮、臭氧、氯、氨气、PMl、PM10、光照度、噪音、大气压、空气流速、新风量、菌落总数等参数。
3环境监测系统传感器布置问题
传感器的布置应该根据空间规模、空间分割状况、人流动线、气流组织等因素综合考量，对于博物馆类建筑而言，展区、藏品区及办公区等应是监测的重点区域，至于具体布置方式和密度，不同的厂商会根据设备灵敏度及设计理念等提供有差异的方案，比如传感器安装在较小空间的中央，较大空间采
收稿日期：2020-08・20
作者简介：刘进军(1980-)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向：弱电智能化与信息化、人工神经网络。109
信息通信刘进军：环境监测系统设计及与空调系统的关系
用对角线式、梅花式布置等。对使用单位而言，需要从需求和成本角度予以把关，并非越多越好。一般设计时适度考虑竣工后可能的扩容需求，不过还是应选择在设计阶段充分测算，尽量避免事后扩容，因为这可能导致既有建筑或装饰材料的破坏，重复施工等，造成重复投资。
4环境监测系统的组网方式
环境监测系统是一个多层次的综合性公共建筑室内环境质量监测系统，通过底层监测仪器层的采集设备获取各类环境参数，通过数据预处理后，存储到数据库层的相应数据库之中，各客户机通过权限访问网页服务器，调用数据库信息，从而实现在线浏览和和授权操作。类似系统还有小到智能家居，大到监测城市环境及污染源的环境监测信息管理系统(EMIS)等，本系统则聚焦于一栋公共建筑物，实现方式不同于智能家居和EMIS。
csilv与安装监测单一指标的传感器如温湿度传感器、甲醛传感器等相比，釆用可综合监测多种参数的传感器具有安装简单，设备和管线用量更少等优点。其中在智能家居等领域，有集成多类型传感器、微处理器和显示屏等的产品，可以就地查看本地的空气质量状况，并可通过手机APP红外控制空气净化器、家用空调等设备，改善家庭空气质量。从实现远程、集中和智能监控的角度考虑，公共场馆的室内环境监测系统的传感器和显示设备是分立的，而且需要设置专门服务器和软件管理系统。
传感器一般默认具备可切换的RJ45接口有线网络和WIFI无线通信方式，通信协议可选HJT212，或者釆用RS485通信接口，通信协议一般是Modbus.需设置的内容有主动、被动数据上传模式，上传频率等等。无线通信除WIFI#，还有Zigbee、蓝牙、Lora、NB-IoT等多种方式，最近有基于5G的物联网和云平台的应用尝试叫由于公共建筑内有人活动的区域一般都有完备的WIFI覆盖，传感器只要通过WIFI接入并完成设备的网络配置即可实现组网，通常不必布线，不必再建其他无线连接网络，避免重复建设。从场馆实际情况角度出发可能还存在着一些问题要解决，比如游客网、业务网和设备网通常是分
开的，需要打通不同网络，共用这些网络的交换机，涉及到有线通信部分，使用既有的综合布线，或者部分区域必须釆用有线连接并配置交换机作为补充。WIFI组网方式的缺点是，要求建设单位提供包括服务器、数据库、管理系统等一整套设备，而且可能容易出现信号不稳定等情况。投资方面，主要是建设期一次性投入，除原有宽带费，无需另行付费，因此,WIFI方式综合投资成本较低。而从专业分工的角度而言，物联网解决方案是另一种可行模式，即由运营商提供带有物联网卡的传感器及后台云监测服务器系统等从硬件到软件的全套服务，建设单位只需提出监测参数和监控模式等个性化需求，终端通过延伸到室内的运营商5G信号接入网络，按流量或者时间计费。该方案的优点是信号稳定，由运营商提供全套服务，不必自备服务器等设备，占用机房空间资源少，减少了设备投资及部分机房建设投资的费用，也免去设备日常运维等工作，只需关注系统应用方面的工作即可。并且管理人员可以通过外网对系统进行访问和管理。而且5G新技术的应用也顺应了未来技术发展趋势，缺点是持续产生流量费用，从全生命周期看相较于WIFI接入的自建系统成本可能更高。因此，从成本角度甚至综合考虑，场馆可以优先选择WIFI方式组网。
5环境监测系统与楼宇自控系统(BAS)空调系统的关系
在智能家居领域，可监测多种环境参数的传感器(俗称空气盒子)可通过红外方式与空调、空气净化器等家用电器互联,
空气质量超限报警时，可以通过手机APP直接控制家用空调和空气净化器、加湿器等的启停以调节室内温度等。而公共建筑则一般是把环境监测系统的监测结果作为空气调节建议，而不直接控制空调和新风系统，该系统主要是用来监测和直观显示重点区域空气质量，参数指标超限报警等。超限情况下可以手动启动新风系统，以调节空气质量。而空调和新风系统的自动启停是通过专属BAS的温湿度、二氧化碳、PM2.5等的传感器来实现的。环境监测系统往往独立BAS，有几个方面的原因；
⑴因为空气盒子精度和感知器数量的不足，难以满足楼宇
空调系统的控制需求。(2)作为空调启停依据的空间温湿度指标采用多点加权计算得出，也有研究指出空间中总存在一个固定輕可以准确测量室内温度性该位置即为最佳舷传感器安装位置，可以通过GAMBIT,FLUENT等软件建模模拟到。但环境监测系统传感器因为要考虑多参数测量，安装位置未必遵循上述原则⑶如果将环境监测系统传感器监测数据输入到BAS系统，由于两者的传感器不在一个DDC控制器下协调，响应时间不满足系统要求。(4)如果用环境监测系统结果控制BAS 空调系统存在一定风险:①如果系统网络(包括环境监测和设备网)崩溃,BAS空调可能无法实现控制，而BAS空调应当在失去网络的情况下做到离线自控，这就需要有DDC来实现定时开闭和动态调节，以提高鲁棒性。②环境监测系统的BAS空调系统启停指令可能与BAS空调系统自身控制策略存在冲突。
6问题和展望
流水线称重
根据初步调研，公共建筑应用环境监测系统的案例不多，
市场普及率不高，因此定制化系统居多。这意味着该系统的
成熟度和备品可替代性较低、价格偏贵，导致投资可能得不到
预期回报。
不同实现方式的环境监测系统设计层出不穷，但由于存
在检测数据的准确性及系统稳定性有待提升等的问题，通常
并不将本系统直接对接空调或新风系统并对其进行直接控制，
而主要是将监测结果作为量化手段直观展示给管理人员，让
管理人员及时掌握各区域的量化空气质量变化状况，并作为
接下来釆取人为措施的参考依据，以更好的保障建筑物内人
员的健康。空调和新风系统的自动化启停控制可以由楼宇机
电控制系统即BAS的控制策略来实现，因为该系统具备整体系统更成熟，传感器测量精度更高、空间分布更广、控制策略更科学等优势。因此，环境监测系统可作为楼宇自动化系统的补充而存在，随着将来传感器技术，接口技术及云计算等配套软件技术的不断发展，各种主流设备数据格式和通信协议更趋统一，环境监测系统的测量精度和稳定性将会越来越好，并有望实现环境监测系统和BAS的成熟融合，进一步降低系统建设和日常管理成本。
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