用于电车气候测量的无线数据记录仪

使用MSR385WD迷你数据记录仪有助于节省能源

无论是公共汽车，电车还是火车：通过将乘客车厢内的温度降低几度，便可以大大降低当地公共交通的供暖成本。为了科学地节省能源，Applied Sciences Rapperswil大学正在通过MSR385WD型小型无线数据记录仪确定乘客车厢供暖合适的电力需求。

作者：Sven Strebel，苏黎世应用科学大学（Zurich University of Applied Sciences）“可再生能源”研究组研究助理。以下文章已发布在德国的“messtec drives Automation” trade journal, Sonderheft traffic (traffic special edition) 03/2018.

电动火车可以通过节能的车辆和设施（例如轨道系统，安全系统，火车站）以及使用现代牵引系统的创新火车运行来节省电力。车队的现代化，制动能量的回收和节能驾驶减少了能耗。尽管近年来已经实现了牵引动力效率的提高，但是用于车厢加热的节省潜力，特别是对于现有车队的节省潜力尚未耗尽。

电动火车可以通过节能的车辆和设施（例如轨道系统，安全系统，火车站）以及配备现代牵引系统的创新型火车来节省电力。现代化的车队，通过制动能量的回收和节能驾驶减少了能耗。尽管近年来已经实现了牵引动力效率的提高，但是车厢供暖系统的节省潜力，特别是对于现有车队的节省潜力尚未耗尽。

本地电力客运的巨大节省潜力

在公共交通中，乘客在车内停留的时间相对较短；因此，我们可以假设他们穿着与天气相适应的衣服。因此，室内和室外气候之间的温差过大，可能会对乘客的热舒适性产生负面影响，同时导致高度的能源需求。为了给车厢提供所需的供暖热量，出于效率方面的考虑，公共交通中的电动车辆使用传统的电阻加热器（在建筑物和公寓中有一段时间未使用的电动“夜间储藏加热器”）。另外，由于其相对紧凑的设计，与建筑物相比，本地公共交通工具的隔热值相对较差。因此，需要较高的热量来给乘客车厢供暖。

通过适当降低电车的室内温度，使得在节省能源的同时保证客户乘坐的舒适感成为了可能，这主要是由于乘客在车舱内停留的时间短。除此之外，与此相关的不同研究表明，用于加热电动汽车的能源需求占总能源需求的10％至50％。

在Applied Sciences Rapperswil大学的MSE（工程学硕士学位）硕士学位课程的硕士论文里，于冬季作业期间对Verkehrsbetriebe Zürich（苏黎世的公共交通运营商）的“有轨电车”的特定热能需求进行了检查。为此，检查了：在有轨电车正常运行期间用于加热乘客舱的电力需求、通过窗户输入的太阳热、来自乘客和设备的废热以及乘客车厢与环境之间的温度差。

图1 电车

用于无线气候测量的带有无线传感器的数据记录仪

为了测量室内气候，必须找到一种折衷办法，以测量相关区域（就座椅和站立区域）的空气温度，同时以一种在操作过程中不能对其进行操作或拆卸的方式来安装传感器。此外，必须考虑电车内部的不同区域（脚和头部，靠近门等）以及五个车厢部分；因此测量点必须分布在整个车辆上。

由瑞士测量技术公司MSR Electronics GmbH制造的小型传感器模块和数据记录仪已经在工业，交通，物流和机器等领域的一系列应用中取得了成功，并为这些领域所需的测量技术提供了重要的帮助。

由于在内部连接传统温度传感器会花费大量时间和精力，因此使用了该公司生产的带有MSR385SM发射模块的无线温度传感器和MSR385WD系列的无线数据记录仪。整个车辆上共分配了20个传感器；中央无线数据记录仪安装在电车的中央，并通过其移动网络路由器将数据上传到MSR云。传感器由电池提供了足够的电力。为了补充测量结果，在车顶上安装了一个空气温度传感器和几个太阳辐射传感器，以便记录室外温度和太阳辐射对车窗表面的影响。

小尺寸的温度传感器模块，由其内置的电池供电，能够持续自主操作足够长的时间，并且能够通过该公司提供的MSR云解决方案，轻松实现配置和监测测量值，最终定制出一个全面的标准化系统。

图2：集成ISM频段接收器的MSR385WD无线数据记录仪

图3：在ABS外壳中的MSR385SM发射器模块

从传感器模块到云

MSR385WD无线数据记录仪可用于永久记录不同测量点并且工作环境温度在-20°C至+125°C内的温度，湿度和压力，并且无论您身在何处都可以对其进行监测。这些功能使该记录仪成为电车测量任务中的理想选择。数据记录仪具有集成的868 MHz ISM频段接收器模块，该模块可从多达十个MSR385SM传感器发射模块接收数据并进行记录。这些发射模块通过传感器记录温度曲线，湿度和压力，并将测量值发送到ISM频段中的数据记录仪，无需许可证即可使用。根据测量和无线电传输的频率，向发射模块供电的时长为五年。由于其热阻，发射模块（根据外壳类型的不同）计量应用方面变得便利，即使是在高达+125

°C的高工作温度下。发射模块的测量和传输间隔可以如下调整：1 s，10 s，1 min，15 min，1 h。根据选择的情况的类型，通过可充电的260 mAh锂聚合物电池或800 mAh的Li-SOCl2电池为发射模块供电。经过优化的电源管理可确保（取决于测量和无线电传输的频率）微型发射模块的电量能够长达五年。这种紧凑型的发射模块配备了最小的外壳，重量约为25 g，外部尺寸仅为35 x 55 x 25 mm。因此，在这种情况下，它甚至可以放置在平时无法接近的位置。同时，集成的闪存功能可在断电时保护数据的安全。

图4：MSR SmartCloud

数据记录仪记录的测量值可以通过USB接口读取，并使用MSR PC软件进行进一步处理及数据分析。此外，GSM模块有助于将MSR385WD连接到“ MSR SmartCloud”，这是基于Web的服务，用于MSR Electronics进行移动数据监测。无线数据记录仪配备有彩色OLED显示屏，可立即查看数据。屏幕分辨率高，即使在完全黑暗的情况下，也几乎可以从任何角度观看，并轻松读取测量值。

有意义的结果

测量的主要目的是调查电车的节能潜力。在此背景下，此处显示的图表显示了在两个多月的调查期内，传感器和记录仪记录的有轨电车的室内温度，室外空气温度和苏黎世（Zurich）市区以上的平均气温的变化情况。

此外，另一张图表显示了调查期间每天来自不同热源的热量输入（加热，通过窗户的太阳能输入等）。请注意，数据不是标准化的，取决于当天电车的使用时间。在热量输入非常低（<50 kWh /天）的日子里，车辆无法正常运行。该图表明，最大百分比的热量输入是由电加热提供。根据电车的使用情况和环境温度，每天每辆电车的测量功率在100至800 kWh之间。相比之下，一个典型的2人家庭的平均电力需求约为每年4500kWh。

基于这些气候测量，有轨电车的年加热能量需求可以估算为约72 MWh。如果将室内温度降低2摄氏度，已经可以节省大约25％。假设Verkehrsbetriebe Zürich（苏黎世的公共交通运营商）的所有的电车都具有相同的热能需求，则将每年节省约3.3 GWh的电力。这相当于约730个单户住宅的电力需求。与其他措施（例如优化隔热效果或安装更高效的加热器）相比，从技术和财务角度来看，降低室内温度是降低能耗的相对简单措施。

图5：电车室内温度，室外空气温度和苏黎世（Zurich）市区以上的平均气温

图6：不同热源的热能输入情况

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