中国建筑2013年技术交流会论文集
楼顶绿化温度监测系统的设计与实现
王军，韦永斌，后超
(中国建筑股份有限公司技术中心，北京，101300)
摘要： 为了监测屋顶绿化的节能效果，设计并实现了屋顶绿化温度监测系统。该系统可以实现现场数据的
实时采集，并且采用无线数据传输模块，可以对屋顶绿化的热工性能远程监测，通过该系统可以得到种植
不同植物屋顶的热工参数。 采用多项式最小二乘法对温度传感器的模拟量信号与温度值间的关系进行拟合，
提高了系统的采样精度。
关键词： 屋顶绿化，温度监控，远程数据传输
1 引言
随着城市化进程的加速，城市热岛效应、城市内涝等诸多城市问题日益凸显。屋顶绿化
作为一项新型的建筑技术逐渐受到人们的重视， 以屋顶绿化作为应对和解决上述城市问题的
重要举措之一的呼声愈来愈高。我国的屋顶绿化研究，尤其是其对建筑热工性能影响的研究
较晚，且该方面研究大多在南方地区，目前我国北方地区在该方面的研究较少
[1]。另外，目
前已有的相关研究多侧重于有绿化屋顶与无绿化屋顶的简单对比， 对不同类型的植物材料对
建筑降温效果缺乏深入研究。在实际工程应用中，缺少以屋顶绿化实际节能效果测量为依据
的节能评价。根据屋顶绿化节能检测需要，研制出“楼屋顶热工性能温度湿度监测系统” ，
通过检测数据为屋顶绿化的效果提供支持。
2 系统构成
2.1主要目标、任务及内容
对比无绿化屋顶、不同植物类型的绿化屋顶，研究三种屋顶的热工性能，进而计算不同
绿化屋顶的降温隔热效果与节能效果，从而为我国北方地区的屋顶绿化发展提供实际依据。
观测记录屋顶内外各观测点的温度变化情况、基质含水量、屋顶内表面的热流变化情况和三
个房间内各自的空调耗电量，分析不同屋顶的热工性能，计算不同形式屋顶绿化的实际降温
效果与节能效果。同时进行屋顶绿化的降温隔热机理研究。
2.2 总体设计
基于上述要求，系统构成如图 1所示。
图 1. 系统结构图
为了获得屋顶植物对建筑物节能效果的贡献， 系统需记录室内温度，室内楼板表面温度，
楼顶表面温度，楼顶植物土壤温度，土壤表面温度，植物顶端温度，植物顶端上方二十厘米
处大气温度，植物顶端上方五十厘米处大气温度，周边空气温度。监测室内空调使用量，记
录空调用电量。在土壤中安装湿度传感器，可以实现与智能灌溉系统的结合，根据植物的习
性自动灌溉。采用高精度的 16位模拟量采集模块记录温度、湿度传感器和智能电表返回的
数据。数据通过采集模块的 RS485接口连接到 3G DTU 无线模块，可以将采集到的全部数据
通过无线网络传送到主控计算机，主控计算机分析各项数据，可以远程控制灌溉系统，对植
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物进行灌溉。手机终端可以通过无线网络查看各项数据。
2.3 3G 数据传输模块
3G 网络是第三代移动通信技术，是指支持高速数据传输的蜂窝移动通讯技术 [3]。3G 服
务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百 kbps以上。 DTU是数据传输单元，是专
门用于将串口数据转换为 IP数据或将 IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的
终端设备。 将两者集合，可以实现海量数据的无线传输。考虑到温度变化速率很慢，土
壤和空气温度不会瞬间骤升骤降，所以采用 UDP传输协议， 提高数据发送的频率，即使
偶尔丢失一两个数据包，也不会对接收结果产生太大影响。
3. 系统软件设计
软件界面如图 2所示，分为菜单区，采集模块选择区，模块通道选择区，报警及错误提
示区，曲线显示区。
图 2. 软件界面
系统软件由四部分组成，软件结构如图 3所示。
图 3. 软件结构图
系统维护模块：用户可以根据工程实际情况设定工程的相关信息；用户权限
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