校園建筑能耗智慧監(jiān)控平臺設(shè)計

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摘要：為打造低碳綠色校園，營造良好的學習環(huán)境，針對目前校園建筑能耗大，特別是空調(diào)節(jié)能困難等問題，特采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建校園建筑能耗智慧監(jiān)控平臺。通過設(shè)計空調(diào)監(jiān)控子系統(tǒng)，搭建空調(diào)監(jiān)控模型實現(xiàn)了空調(diào)等智能硬件設(shè)備根據(jù)環(huán)境自動調(diào)節(jié)溫濕度等多種控制模式，從而達到節(jié)能、降耗與降低成本目的。智慧監(jiān)控云平臺的設(shè)計使用戶對電量數(shù)據(jù)、能耗信息等進行監(jiān)控，實現(xiàn)了真正的節(jié)能、高效、安全和低耗。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；建筑能耗；智慧監(jiān)控；遠程管理；網(wǎng)關(guān)；能耗

引言

隨著社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，人民生活質(zhì)量不斷提高，由此人們對生活和工作的智能化環(huán)境關(guān)注度也越來越高。當下，人們對建筑消費的重點已從“硬件（裝修和耐用的消費品）”消費轉(zhuǎn)向“軟件（功能和環(huán)境品質(zhì)）”消費，如何降低保障室內(nèi)空氣品質(zhì)所需的能耗（空調(diào)、通風、采暖、熱水供應(yīng)）成為關(guān)注熱點。狹義的建筑能耗，即建筑的運行能耗，指人們?nèi)粘Ｓ媚?，如采暖、空調(diào)、照明、炊事、洗衣等，是建筑能耗的重要組成[1]。據(jù)統(tǒng)計，在建筑能耗中，空調(diào)能耗占較高比例，約為2/3，建筑能耗與工業(yè)能耗、農(nóng)業(yè)能耗及交通運輸能耗稱為民生能耗，我國空調(diào)能耗約占總能耗的22%[2]。隨著近幾年校園的不斷合并與擴建，我國校園空調(diào)持有量持續(xù)上升，相應(yīng)的能耗也隨之上漲。倘若維持空調(diào)原有能效，預(yù)計到2050年，我國校園空調(diào)能耗將增長一倍以上[3]。因此，建設(shè)建筑節(jié)能型校園是低碳綠色城市建設(shè)的重要環(huán)節(jié)之一。通過結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、自動控制和傳感等技術(shù)，建設(shè)校園建筑能耗智慧監(jiān)控平臺，包括校園建筑能耗智慧監(jiān)控平臺的總體設(shè)計和校園建筑能耗空調(diào)監(jiān)控模型的搭建與子系統(tǒng)的設(shè)計，從而實現(xiàn)智慧監(jiān)控，進一步提高校園建筑能耗空調(diào)的運行效率，實現(xiàn)節(jié)能減排。

1校園建筑能耗存在的問題

學校是我國公建節(jié)能和綠色建筑的重要領(lǐng)域，住建部的《建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中多次提及綠色節(jié)能校園建設(shè)[4]。在政府大力支持與學校的積極響應(yīng)下，目前各學校都著力建設(shè)綠色節(jié)能型校園。但當前學校節(jié)能工作仍然面臨著很大挑戰(zhàn)，存在以下問題。（1）隨著我國城市化進程不斷加快，以及國家對教育領(lǐng)域的大力支持與投入，隨著校園建筑面積的擴大，以及空調(diào)、學生電腦等插電設(shè)備的使用，使得能耗問題變得較為嚴重，造成建筑能源的極大浪費。（2）現(xiàn)有的耗電設(shè)備智能化程度低，部分學生因節(jié)能意識薄弱，時常在離開教室或公共場所時不關(guān)空調(diào)等耗電設(shè)備，而這些耗電設(shè)備不會根據(jù)環(huán)境的變化按時段、按需求和按人數(shù)等進行自動調(diào)整，也不會根據(jù)溫濕度、光照度的變化進行多種控制模式的調(diào)節(jié)，導(dǎo)致浪費大量能耗。（3）現(xiàn)有校園建筑能耗監(jiān)控平臺技術(shù)水平不高。在平臺的設(shè)計中較少把能耗信息與建筑信息相關(guān)聯(lián)，且數(shù)據(jù)可視化程度不高，真正對能耗的預(yù)測與監(jiān)控技術(shù)應(yīng)用較少，無法實現(xiàn)節(jié)能、低耗、安全和管控等目的。近幾年隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感技術(shù)與云計算技術(shù)等的快速發(fā)展，考慮到學校巨大的建筑能耗，建設(shè)校園建筑能耗智慧監(jiān)控平臺，打造綠色節(jié)約型校園勢在必行。

2校園建筑能耗智慧監(jiān)控平臺的總體設(shè)計

通過高效數(shù)字化信號采集技術(shù)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)通信技術(shù)，構(gòu)成了校園建筑能耗智慧監(jiān)控平臺，主要包括智慧用電單相模塊、智能插座、智能網(wǎng)關(guān)以及云平臺等，支持遠程管理和控制，可根據(jù)控制策略實施聯(lián)動管理。校園建筑能耗智慧監(jiān)控平臺總體設(shè)計如圖1所示。該平臺的設(shè)計采用物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)體系與云數(shù)據(jù)中心相連，通過無線傳感模塊對是否有人、溫濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)進行采集，利用智能電源控制器實時精準地掌握空調(diào)等智能硬件設(shè)備的工作狀態(tài)，建立各類安全策略，對異常狀態(tài)及時報警，運用ZigBee技術(shù)接入智能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，采用4G，5G，WiFi，以太網(wǎng)等網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)接入云平臺，實現(xiàn)了在無人或人少的情況下，按時段、按需求、按環(huán)境等對智能設(shè)備進行控制，避免無人空調(diào)未關(guān)、溫濕度適宜空調(diào)仍高速運轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，實現(xiàn)空調(diào)根據(jù)環(huán)境自動調(diào)節(jié)溫濕度等多種控制模式，達到節(jié)能降耗要求。云平臺對電量數(shù)據(jù)、能耗信息進行了長期存儲，方便查詢，便于用戶了解用電量，實現(xiàn)對校園建筑能耗的實時監(jiān)控。

3校園建筑能耗空調(diào)監(jiān)控子系統(tǒng)的設(shè)計

根據(jù)現(xiàn)有校園的特點，提供兩種方式進行溫濕度控制，即通過智能電扇控制終端來管理電扇的速度以及運行，允許遠程調(diào)節(jié)風扇檔位，或通過溫濕度感知、環(huán)境智控終端及空調(diào)構(gòu)成一套溫濕度控制系統(tǒng)，如圖2所示。

3.1空調(diào)監(jiān)控子系統(tǒng)

智慧溫濕度環(huán)境系統(tǒng)（空調(diào)）主要由溫濕度智能感知模塊、環(huán)境智控終端、無線控制模塊（可控制空調(diào)并帶有自學習功能）、學?，F(xiàn)有空調(diào)組成，可以擴充網(wǎng)關(guān)接入智慧環(huán)境管控平臺，支持移動端和PC端設(shè)備遠程控制和管理。溫濕度智能感知模塊高速、高精度地檢測環(huán)境溫濕度后將數(shù)據(jù)傳送給環(huán)境智控終端。環(huán)境智控終端根據(jù)手動或遠程配置好的控制策略進行空調(diào)運行控制；無線控制模塊負責對空調(diào)設(shè)備進行無線控制。子系統(tǒng)組成如圖3所示。利用云計算技術(shù)通過云平臺實現(xiàn)對傳感模塊實時數(shù)據(jù)的長期存儲與精準顯示，控制空調(diào)等智能硬件設(shè)備產(chǎn)生的監(jiān)測數(shù)據(jù)，方便對其進行長期管理。

3.2空調(diào)監(jiān)控子系統(tǒng)功能需求

（1）支持特定情況下手動設(shè)置運行溫度控制目標，設(shè)備根據(jù)環(huán)境的真實測量值，自動控制環(huán)境溫濕度直至達到手動設(shè)定的目標值；（2）能夠自動識別教室環(huán)境的溫度、濕度，根據(jù)設(shè)置好的目標參數(shù)自動調(diào)節(jié)空調(diào)運行，控制空調(diào)的制熱、制冷、除濕，確保教室環(huán)境始終處于恒定舒適狀態(tài)；（3）支持空調(diào)等設(shè)備的遠程管理，可以遠程配置空調(diào)管理策略，如溫度達到32℃后打開空調(diào)，設(shè)置時間段關(guān)閉空調(diào)等；（4）利用采集的環(huán)境數(shù)據(jù)進行自動分析，不斷優(yōu)化環(huán)境的控制條件，在確保環(huán)境舒適度的前提下，節(jié)約能源，優(yōu)化人力維護和管理成本；（5）實現(xiàn)風扇速度調(diào)節(jié)和控制，支持風扇遠程關(guān)閉和開啟。

3.3校園建筑能耗空調(diào)監(jiān)控模型的搭建

結(jié)合校園建筑的實際情況與用戶使用空調(diào)的行為習慣，根據(jù)建筑空調(diào)子系統(tǒng)的特征和原理，采用物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。搭建的校園建筑能耗空調(diào)監(jiān)控模型如圖4所示。根據(jù)空調(diào)的運行原理設(shè)計模糊控制器，通過分析歷史數(shù)據(jù)并與相關(guān)數(shù)據(jù)進行比較后建立知識庫，對可能產(chǎn)生的問題進行預(yù)警，并對用戶產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行診斷與預(yù)測，有效降低建筑能耗，實現(xiàn)校園建筑節(jié)能目標。

4結(jié)語

為解決校園建筑能耗大，特別針對空調(diào)節(jié)能困難等問題，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建校園建筑能耗智慧監(jiān)控平臺，搭建空調(diào)監(jiān)控模型，并對空調(diào)監(jiān)控子系統(tǒng)進行設(shè)計，實現(xiàn)節(jié)能降耗效果與顯著的成本優(yōu)勢。云監(jiān)控平臺的應(yīng)用實現(xiàn)了對用戶電量數(shù)據(jù)、能耗信息的管控。物聯(lián)網(wǎng)在校園建筑節(jié)能中的巨大優(yōu)勢有助于實現(xiàn)真正的節(jié)能、高效、安全、低耗等目標，符合國家建設(shè)節(jié)約型社會的要求。

參考文獻

[1]龍惟定.建筑節(jié)能與建筑能效管理[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2005.

[4]《建設(shè)科技》編輯部.推進綠色節(jié)能校園建設(shè)[J].建設(shè)科技，2017（12）：1.

[5]周秋霞，楊春杰.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧圖書館監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計[J].自動化與儀器儀表，2018（11）.

[6]牛沖麗，王濤.基于物聯(lián)網(wǎng)的大型公共建筑能耗監(jiān)測與節(jié)能服務(wù)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2015，5（7）：29-31.

[7]李偉.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑智能用電系統(tǒng)的研究[D].濟南：山東建筑大學，2015.

[8]周巧儀，崔富義.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑能耗與環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)研究[J].智能建筑，2012（9）：48-50.

[9]周逸璇，李志強.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的校園智慧監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與研究：以云南司法警官職業(yè)學院為例[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用，2017（5）：103-104.

[10]趙翔.物聯(lián)網(wǎng)控制的智能建筑能源管理系統(tǒng)[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2018，8（11）：89-90.

作者：朱靜 單位：宜浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學院