使用MSR385WD迷你數(shù)據(jù)記錄儀有助于節(jié)省能源

無論是公共汽車，電車還是火車：通過將乘客車廂內(nèi)的溫度降低幾度，便可以大大降低當(dāng)?shù)毓步煌ǖ墓┡杀?。為了科學(xué)地節(jié)省能源，Applied Sciences Rapperswil大學(xué)正在通過MSR385WD型小型無線數(shù)據(jù)記錄儀確定乘客車廂供暖合適的電力需求。

作者：Sven Strebel，蘇黎世應(yīng)用科學(xué)大學(xué)（Zurich University of Applied Sciences）“可再生能源”研究組研究助理。以下文章已發(fā)布在德國(guó)的“messtec drives Automation” trade journal, Sonderheft traffic (traffic special edition) 03/2018.

電動(dòng)火車可以通過節(jié)能的車輛和設(shè)施（例如軌道系統(tǒng)，安全系統(tǒng)，火車站）以及使用現(xiàn)代牽引系統(tǒng)的創(chuàng)新火車運(yùn)行來節(jié)省電力。車隊(duì)的現(xiàn)代化，制動(dòng)能量的回收和節(jié)能駕駛減少了能耗。盡管近年來已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了牽引動(dòng)力效率的提高，但是用于車廂加熱的節(jié)省潛力，特別是對(duì)于現(xiàn)有車隊(duì)的節(jié)省潛力尚未耗盡。

1、本地電力客運(yùn)的巨大節(jié)省潛力

在公共交通中，乘客在車內(nèi)停留的時(shí)間相對(duì)較短；因此，我們可以假設(shè)他們穿著與天氣相適應(yīng)的衣服。因此，室內(nèi)和室外氣候之間的溫差過大，可能會(huì)對(duì)乘客的熱舒適性產(chǎn)生負(fù)面影響，同時(shí)導(dǎo)致高度的能源需求。為了給車廂提供所需的供暖熱量，出于效率方面的考慮，公共交通中的電動(dòng)車輛使用傳統(tǒng)的電阻加熱器（在建筑物和公寓中有一段時(shí)間未使用的電動(dòng)“夜間儲(chǔ)藏加熱器”）。另外，由于其相對(duì)緊湊的設(shè)計(jì)，與建筑物相比，本地公共交通工具的隔熱值相對(duì)較差。因此，需要較高的熱量來給乘客車廂供暖。

通過適當(dāng)降低電車的室內(nèi)溫度，使得在節(jié)省能源的同時(shí)保證客戶乘坐的舒適感成為了可能，這主要是由于乘客在車艙內(nèi)停留的時(shí)間短。除此之外，與此相關(guān)的不同研究表明，用于加熱電動(dòng)汽車的能源需求占總能源需求的10％至50％。

在Applied Sciences Rapperswil大學(xué)的MSE（工程學(xué)碩士學(xué)位）碩士學(xué)位課程的碩士論文里，于冬季作業(yè)期間對(duì)Verkehrsbetriebe Zürich（蘇黎世的公共交通運(yùn)營(yíng)商）的“有軌電車”的特定熱能需求進(jìn)行了檢查。為此，檢查了：在有軌電車正常運(yùn)行期間用于加熱乘客艙的電力需求、通過窗戶輸入的太陽熱、來自乘客和設(shè)備的廢熱以及乘客車廂與環(huán)境之間的溫度差。

圖1丨電車

2、用于無線氣候測(cè)量的帶有無線傳感器的數(shù)據(jù)記錄儀

為了測(cè)量室內(nèi)氣候，必須找到一種折衷辦法，以測(cè)量相關(guān)區(qū)域（就座椅和站立區(qū)域）的空氣溫度，同時(shí)以一種在操作過程中不能對(duì)其進(jìn)行操作或拆卸的方式來安裝傳感器。此外，必須考慮電車內(nèi)部的不同區(qū)域（腳和頭部，靠近門等）以及五個(gè)車廂部分；因此測(cè)量點(diǎn)必須分布在整個(gè)車輛上。

由瑞士測(cè)量技術(shù)公司MSR Electronics GmbH制造的小型傳感器模塊和數(shù)據(jù)記錄儀已經(jīng)在工業(yè)，交通，物流和機(jī)器等領(lǐng)域的一系列應(yīng)用中取得了成功，并為這些領(lǐng)域所需的測(cè)量技術(shù)提供了重要的幫助。

由于在內(nèi)部連接傳統(tǒng)溫度傳感器會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間和精力，因此使用了該公司生產(chǎn)的帶有MSR385SM發(fā)射模塊的無線溫度傳感器和MSR385WD系列的無線數(shù)據(jù)記錄儀。整個(gè)車輛上共分配了20個(gè)傳感器；中央無線數(shù)據(jù)記錄儀安裝在電車的中央，并通過其移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)路由器將數(shù)據(jù)上傳到MSR云。傳感器由電池提供了足夠的電力。為了補(bǔ)充測(cè)量結(jié)果，在車頂上安裝了一個(gè)空氣溫度傳感器和幾個(gè)太陽輻射傳感器，以便記錄室外溫度和太陽輻射對(duì)車窗表面的影響。

小尺寸的溫度傳感器模塊，由其內(nèi)置的電池供電，能夠持續(xù)自主操作足夠長(zhǎng)的時(shí)間，并且能夠通過該公司提供的MSR云解決方案，輕松實(shí)現(xiàn)配置和監(jiān)測(cè)測(cè)量值，最終定制出一個(gè)全面的標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)。

圖2丨集成ISM頻段接收器的MSR385WD無線數(shù)據(jù)記錄儀

圖3丨在ABS外殼中的MSR385SM發(fā)射器模塊

3、從傳感器模塊到云

MSR385WD無線數(shù)據(jù)記錄儀可用于永久記錄不同測(cè)量點(diǎn)并且工作環(huán)境溫度在-20°C至+125°C內(nèi)的溫度，濕度和壓力，并且無論您身在何處都可以對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這些功能使該記錄儀成為電車測(cè)量任務(wù)中的理想選擇。數(shù)據(jù)記錄儀具有集成的868 MHz ISM頻段接收器模塊，該模塊可從多達(dá)十個(gè)MSR385SM傳感器發(fā)射模塊接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行記錄。這些發(fā)射模塊通過傳感器記錄溫度曲線，濕度和壓力，并將測(cè)量值發(fā)送到ISM頻段中的數(shù)據(jù)記錄儀，無需許可證即可使用。根據(jù)測(cè)量和無線電傳輸?shù)念l率，向發(fā)射模塊供電的時(shí)長(zhǎng)為五年。由于其熱阻，發(fā)射模塊（根據(jù)外殼類型的不同）計(jì)量應(yīng)用方面變得便利，即使是在高達(dá)+125°C的高工作溫度下。發(fā)射模塊的測(cè)量和傳輸間隔可以如下調(diào)整：1 s，10 s，1 min，15 min，1 h。根據(jù)選擇的情況的類型，通過可充電的260 mAh鋰聚合物電池或800 mAh的Li-SOCl2電池為發(fā)射模塊供電。經(jīng)過優(yōu)化的電源管理可確保（取決于測(cè)量和無線電傳輸?shù)念l率）微型發(fā)射模塊的電量能夠長(zhǎng)達(dá)五年。這種緊湊型的發(fā)射模塊配備了最小的外殼，重量約為25 g，外部尺寸僅為35 x 55 x 25 mm。因此，在這種情況下，它甚至可以放置在平時(shí)無法接近的位置。同時(shí)，集成的閃存功能可在斷電時(shí)保護(hù)數(shù)據(jù)的安全。

圖4丨MSR SmartCloud

數(shù)據(jù)記錄儀記錄的測(cè)量值可以通過USB接口讀取，并使用MSR PC軟件進(jìn)行進(jìn)一步處理及數(shù)據(jù)分析。此外，GSM模塊有助于將MSR385WD連接到“ MSR SmartCloud”，這是基于Web的服務(wù)，用于MSR Electronics進(jìn)行移動(dòng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)。無線數(shù)據(jù)記錄儀配備有彩色OLED顯示屏，可立即查看數(shù)據(jù)。屏幕分辨率高，即使在完全黑暗的情況下，也幾乎可以從任何角度觀看，并輕松讀取測(cè)量值。

4、有意義的結(jié)果

測(cè)量的主要目的是調(diào)查電車的節(jié)能潛力。在此背景下，此處顯示的圖表顯示了在兩個(gè)多月的調(diào)查期內(nèi)，傳感器和記錄儀記錄的有軌電車的室內(nèi)溫度，室外空氣溫度和蘇黎世（Zurich）市區(qū)以上的平均氣溫的變化情況。

此外，另一張圖表顯示了調(diào)查期間每天來自不同熱源的熱量輸入（加熱，通過窗戶的太陽能輸入等）。請(qǐng)注意，數(shù)據(jù)不是標(biāo)準(zhǔn)化的，取決于當(dāng)天電車的使用時(shí)間。在熱量輸入非常低（<50 kWh /天）的日子里，車輛無法正常運(yùn)行。該圖表明，最大百分比的熱量輸入是由電加熱提供。根據(jù)電車的使用情況和環(huán)境溫度，每天每輛電車的測(cè)量功率在100至800 kWh之間。相比之下，一個(gè)典型的2人家庭的平均電力需求約為每年4500kWh。

基于這些氣候測(cè)量，有軌電車的年加熱能量需求可以估算為約72 MWh。如果將室內(nèi)溫度降低2攝氏度，已經(jīng)可以節(jié)省大約25％。假設(shè)Verkehrsbetriebe Zürich（蘇黎世的公共交通運(yùn)營(yíng)商）的所有的電車都具有相同的熱能需求，則將每年節(jié)省約3.3 GWh的電力。這相當(dāng)于約730個(gè)單戶住宅的電力需求。與其他措施（例如優(yōu)化隔熱效果或安裝更高效的加熱器）相比，從技術(shù)和財(cái)務(wù)角度來看，降低室內(nèi)溫度是降低能耗的相對(duì)簡(jiǎn)單措施。

圖5丨電車室內(nèi)溫度，室外空氣溫度和蘇黎世（Zurich）市區(qū)以上的平均氣溫

圖6丨不同熱源的熱能輸入情況