建筑節能運行和改造需建立在獲取照明、消防、空調等建筑用能信息的基礎之上，在接收到數據進行分析之前，各類用能數據的傳輸是一個關鍵問題。傳輸主要采用綜合布線，在建筑內布設大量線纜實現傳輸，此方式存在施工復雜、代價高、影響建筑內部美觀等缺點，這是有線傳輸方式固有缺陷所決定的，而采用無線傳輸方式則能有效克服。相較于CDMA、GPRS、WLAN等傳統的無線傳輸方式，作為物聯網基礎組成的WSN（wireless sensor network，傳感網">無線傳感網）技術更適合于建筑用能信息傳輸的應用場合。

WSN是wireless sensor network的簡稱，即無線傳感器網絡。無線傳感器網絡（Wireless Sensor Network, WSN）就是由部署在監測區域內大量的廉價微型傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的一個多跳的自組織的網絡系統，其目的是協作地感知、采集和處理網絡覆蓋區域中被感知對象的信息，并發送給觀察者。傳感器、感知對象和觀察者構成了無線傳感器網絡的三個要素。

WSN在建筑能耗監測中的適用性

建筑能耗監測平臺的組網總體結構圖如圖1所示，在系統的數據采集端采用WSN技術進行組網。整個WSN網絡由若干個終端采集器以及一個匯聚采集器構成。通常將WSN的終端采集器稱為采集節點，將匯聚采集器成為匯聚節點。采集節點負責數據的采集和傳送，以及根據匯聚節點的控制命令設置相應的工作模式等；匯聚節點是網絡的中心，起到協調器和網關節點的作用，匯聚節點負責整個區域網絡的維護與數據的匯集，再將數據通過Internet/GSM/CDMA上傳到上級數據中心或中轉站。系統最大特點就是基于WSN技術進行信息采集，利用WSN節點與電表等與用能設備連接，通過無線自組網方式自動采集分散在各處的電、水、氣、冷熱量等實時數據，使用戶隨時監測現場耗能設備的運行數據，為今后實施節能反饋控制系統的研發提供基礎，以達到優化能源供應、提高能源管理水平、提高能源利用效益、減少能源損耗、節約能源成本的目的。

基于WSN技術的建筑能耗監測系統屬于WSN與節能的交叉領域，以WSN和計算機信息處理為技術核心，建設先進、功能強大的信息采集處理平臺。該系統適用于各種既有和新建建筑，系統組網方便，不占空間，無需綜合布線施工，項目實施快速方便。

在各種無線傳感網技術中，ZigBee的自組網能力以及高容量特性使其非常適合建筑能耗監測系統的應用，在節點分散、數量眾多、低速率傳輸的能耗監測采集端建設中，有明顯的優勢，是當前最適合建筑能耗監測系統數據傳輸的技術。

除了組網方便、安全、可靠，ZigBee還有低傳輸速率、低功耗、高容量、低成本等特點。ZigBee非常適合有大量終端設備的網絡，如能耗監測、樓宇自動化等場合。

WSN建筑能耗動態監測系統簡介

為落實全國建筑能耗動態監測平臺的建設，配合浙江省省級能耗監測平臺的搭建，杭州家和智能控制有限公司研發了一整套基于無線傳感網技術的建筑能耗動態監測系統，可以實現建筑能耗數據的實時采集、傳輸、初步分析、定時定點上傳等基本功能，并具有較強的擴展性。本系統還可以實現室內溫濕度的遠程監測，分析房間內的實時溫濕度變化，配合節能運行管理。系統具有如下幾大功能：

1. 能耗數據采集功能——對各種耗能設備的能耗數據進行實時自動采集；

2. 無線內網傳輸——采用無線內網傳輸連接數據采集、監控中心和用戶終端的媒介；

3. 數據顯示、統計、分析和預警功能——耗能設備運行數據以圖表等形式加以直觀顯示，自動生成實時曲線、實時數據報表、歷史曲線、日月年報表等資料；

4. 報表功能——根據《民用建筑能耗統計報表制度（試行）》輸出各種相關報表并打印；

5. 綜合評價功能——針對各耗能設備的分項能源資源消耗計量，并計算各分項計量系統的能效，得出耗能系統的綜合評價，通過分析對比實施能源優化配置。

WSN在建筑能耗動態監測系統優點

無線內網建筑能耗動態監測系統具有多重優點：

1. 內網組網靈活，可隨時增加或減少傳感節點；

2. 無需綜合布線，減少工程量與布線成本、提高安裝速度；

3. 與多種通信主干網融合，方便用戶實現遠程監控；

4. 無線傳感端機體積小、功耗低，價格低；

5. 根據無線傳感網協議自動組成通訊內部網絡；

6. 系統易于維護，任意節點的故障不會影響系統工作；

7. 具有本地數據存儲功能，確保數據完整性；

8. 減少建立建筑能耗及環境監測系統所帶來的施工量以及綜合布線對環境的影響，減少投資和工期，特別適用于既有建筑或設施

WSN建筑能耗監測對象

1. 首先是國家機關辦公建筑及大型公共建筑，大型公共建筑是指建筑面積在2萬平米以上且采用中央空調的公共建筑，或面積小于2萬平米，但能耗較高的公共建筑。此類建筑的特點之一是能耗密度高，根據統計數據，現階段我國大型公共建筑（包括政府辦公建筑），單位面積年耗電總量為住宅的10-20倍。公共建筑的環境監測也已列入議事日程，主要是室內的溫度、濕度及CO2濃度等，國家主管部門已強制規定，夏季室內溫度不得低于26oC，冬季不得高于20 oC。

自組網過程

對某個能耗監測區域而言，WSN網絡包含一個ZigBee匯聚節點和若干ZigBee采集節點。匯聚節點在通信狀態下，每隔一段時間發送一次時標幀，在匯聚節點通信范圍內的采集節點在偵聽狀態下偵聽到匯聚節點發送的時標幀，確定匯聚節點為目標父節點，并在下面的接入狀態向目標父節點發送接入請求之后組成一個WSN網絡。已經接入網絡的節點通過轉發時標幀，向周圍節點表明自己的存在，其他未入網的節點在偵聽狀態下，發現已經入網的節點并作為自身的目標父節點，然后在接入狀態下通過這些最先加入網絡的節點作為中繼加入網絡。依次類推，若干的ZigBee采集節點和一個ZigBee匯聚節點構成了WSN網絡。為了延長網絡生存時間，降低節點功耗，所有節點都會定時進入休眠階段，關閉射頻收發器，保持超低功耗工作，最大限度地節省節點能量，在定時器到期后節點被喚醒恢復正常工作狀態并開啟射頻收發器。WSN網絡中的所有節點定時在通信階段和休眠階段交替工作，以保證網絡的生存時間要求和通信要求。各WSN網絡數據再通過無線網由將采集數據推送到數據中心進行分析處理。

WSN實施優勢

內網組網靈活，可隨時增加或減少傳感節點；

無需綜合布線，減少工程量與布線成本、提高安裝速度；

與多種通信主干網融合，方便用戶實現遠程監控；

WSN端機體積小、功耗低，價格低；

根據WSN協議自動組成通訊內部網絡；

系統易于維護，任意節點的故障不會影響系統工作；

具有本地數據存儲功能，確保數據完整性；

減少建立建筑能耗及環境監測系統所帶來的施工量以及綜合布線對環境的影響，減少投資和工期，特別適用于既有建筑和設施。

設備改造方式

如果用戶已有電表、水表等，且帶有485口，則可直接接入采集器，如已有儀表不支持485口，則需要改造和更換設備。每戶的總表最后統一為帶485口的多功能表，外接帶無線傳感模塊的采集器，可以每15分鐘上送一次電量、電壓、電流、功率因素等數據。數據采集頻率可根據具體需要靈活設置，數據采集頻率可在15分鐘/次到1小時/次之間調整。

設備改造的原則：在一定投資成本和不改動已有配電線路的前提下，以最大程度地獲得能耗公示需求數據為目標，在既有配電支路上無拆換、無干擾方式安裝。

WSN與通信網的融合應用

在節點分散且數量眾多、需要低速率傳輸的組網要求下，運用ZigBee技術應是最佳解決之道。

WSN與基礎通信網的融合思路已經得到通信運營商的重視，目前中國移動正與上海微系統所合作研究該課題，希望通過基礎通信網絡與組網靈活的WSN網絡相結合實現更全面的網絡覆蓋，獲得網絡增值；在上海世博會場館建設中，中國移動與上海微系統所及諾基亞公司共同合作，利用該思路開展不同場館信息展示、參觀者追蹤等多方面的應用；此外，上海移動還將這種融合思路應用到智能停車位監控業務中，實現全上海停車位的預訂、統計、付費等功能。對于WSN等一些新興技術，示范應用非常重要，如果示范做得好，就能帶動一批類似項目出現，為通信運營商帶來更多的增值業務。