浅析基于物联网技术的校园能耗智慧监控平台的设计及应用

摘要：为了营造低碳绿色校园，营造良好的学习环境，采用物联网技术，构建校园建筑能耗智能监控平台，特别是空调节能困难。通过设计空调监控子系统，构建空调监控模型，实现空调等智能硬件设备根据环境自动调节温度和湿度等多种控制模式，从而节能、降耗、降低成本。智能监控云平台的设计使用户监控电力数据和能耗信息，从而实现真正的节能、高效、安全和低消耗。

关键字：物联网；建筑能耗；智能监控；远程管理；网关；能源消耗；

引言

随着社会经济的快速发展，人们的生活质量不断提高，因此人们越来越重视生活和工作的智能环境。目前，人们对建筑消费的重点已经从“硬件(装饰和耐用消费品)"消费转向“软件(功能和环境质量)"消费。如何降低保证室内空气质量所需的能耗(空调、通风、供暖、热水供应)成为关注的焦点。狭义的建筑能耗，即建筑的运行能耗，是指人们日常使用的能耗，如供暖、空调、照明、烹饪、洗衣等。，这是建筑能耗的重要组成部分。据统计，在建筑能耗中占比例。

近年来，随着校园的不断合并和扩建，中国校园空调的持有量不断增加，相应的能耗也不断增加。如果空调原有的能效得到维持，预计到2050年，中国校园空调的能耗将翻倍以上。因此，建设节能校园是低碳绿色城市建设的重要环节之一。校园建筑能耗智能监控平台，包括校园建筑能耗智能监控平台的整体设计和校园建筑能耗空调监控模型的建设和子系统的设计，通过结合物联网、自动控制和传感等技术，实现智能消耗监控，进一步提高校园建筑效率。

1校园建筑能耗存在的问题

学校是中国公共建筑节能和绿色建筑的重要领域。住房和城乡建设部发布的《建筑节能与绿色建筑发展“十三五"规划》多次提到绿色节能校园建设。在的大力支持和学校的积极响应下，目前所有学校都在努力建设绿色节能校园。然而，目前学校的节能工作仍然面临着巨大的挑战，存在以下问题

（1）随着我国城市化进程的加快和国家对教育领域的大力支持和投入，随着校园建筑面积的扩大和空调、学生电脑等插电式设备的使用，能耗问题变得更加严重，造成建筑能源的巨大浪费。

（2）现有耗电设备智能化程度低。由于节能意识薄弱，一些学生离开教室或公共场所时往往不关闭空调等耗电设备。但这些耗电设备不会根据环境变化自动调整时间段、需求和人数，也不会根据温度、湿度和光照度的变化调整各种控制模式，造成大量能耗浪费。

（3）现有校园建筑能耗监测平台技术水平不高。在平台设计中，能耗信息与建筑信息关联较少，数据可视化程度不高，能耗预测和监测技术实际应用较少，无法达到节能、低消耗、安全和控制的目的。

近年来，随着物联网技术、传感技术和云计算技术的快速发展，考虑到学校巨大的建筑能耗，构建校园建筑能耗智能监控平台，构建绿色节约校园势在必行。

2校园建筑能耗智能监控平台整体设计

通过物联网相关通信技术的高效数字信号采集技术，构成了智能监控平台，主要包括智能用电单相模块、智能插座、智能网关、云平台等。支持远程管理和控制，联动管理可以按照控制策略进行。校园建筑能耗智能监控平台整体设计如图1所示。

该平台采用物联网三层架构系统与云数据中心连接，采集人、温度、湿度等环境数据。通过无线传感模块，利用智能电源控制器实时、正确地掌握空调等智能硬件设备的工作状态，建立各种安全策略，及时报警异常状态，利用ZigBee技术访问智能物联网网关，采用4G、5G、WiFi，以太网等网络通信技术可以访问云平台，实现智能设备的控制，无人或人少，按时间段、需求、环境等。，避免无人空调未关闭、温度和湿度适宜、空调仍高速运行等现象。，从而实现空调根据环境自动调节温度和湿度等多种控制模式，满足节能降耗的要求。云平台长期存储电力数据和能耗信息，便于查询，方便用户了解用电量，实现校园建筑能耗的实时监控。

3校园建筑能耗空调监控子系统设计

根据现有校园的特点，温度和湿度控制有两种方式，即通过智能风扇控制终端管理风扇的速度和运行，允许远程调节风扇档位，或者通过温度和湿度感知、环境智能控制终端和空调形成温度和湿度控制系统，如图2所示。

3.1空调监控子系统

智能温湿度环境系统(空调)主要包括温湿度智能感知模块、环境智能控制终端、无线控制模块(可控空调和自学功能)、由学校现有的空调组成，可以扩大网关连接到智能环境控制平台，支持移动终端和PC终端设备的远程控制和管理。高速高精度检测环境温度和湿度后，将数据传输到环境智能控制终端。环境智能控制终端根据手动或远程配置的控制策略控制空调的运行；无线控制模块负责无线控制空调设备。子系统构成如图3所示。

利用云计算技术，控制空调等智能硬件设备产生的监控数据，通过云平台实现传感模块实时数据的长期存储和正确显示，便于长期管理。

3.2空调监控子系统功能要求

（1）支持在特定情况下手动设定运行温度控制目标，设备自动控制环境温度和湿度，直至达到手动设定目标值，根据环境的真实测量值；

（2）教室环境的温度和湿度可以自动识别，空调的运行可以根据设定的目标参数自动调节，空调的制热、制冷、除湿可以控制，保证教室环境始终处于恒定舒适状态；

（3）支持空调等设备的远程管理，可远程配置空调管理策略，如温度达到32℃后打开空调，设置时间关闭空调等；

（4）在保证环境舒适度的前提下，利用收集的环境数据进行自动分析，不断优化环境控制条件，节约能源，优化人力维护和管理成本；实现风扇速度的调节和控制，支持风扇远程关闭和开启。

3.3校园建筑能耗空调监控模式建设

根据建筑空调子系统的特点和原理，结合校园建筑的实际情况和用户使用空调的行为习惯，采用物联网等技术实现数据采集。

模糊控制器是根据空调的运行原理设计的，通过对历史数据进行分析，并与相关数据进行比较，建立知识库，对可能出现的问题进行预警，对用户产生的数据进行诊断和预测，有效地降低建筑能耗，达到校园建筑节能的目的。

4高校综合能效解决方案

校园电力监控与运维；物流收费管理；能源管理系统；智能消防系统

5平台部署硬件选择

6结束语

为解决校园建筑能耗大、空调节能困难等问题，采用物联网技术搭建校园建筑能耗智能监控平台，搭建空调监控模型，设计空调监控子系统，实现节能降耗效果和显著成本优势。云监控平台的应用实现了用户电力数据和能耗信息的控制。校园建筑物联网的巨大优势有助于实现节能、高效、安全、低消耗的真正目标，满足国家建设节能社会的要求。

【参考文献】

【1】 朱静宜.基于物联网技术的校园建筑能耗智慧监管平台设计[J]浙江建设职业技术学院，2020,(8):38-40.

【2】 龙惟定.建筑节能与建筑能效管理[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

【3】 高校综合能效解决方案2022.5版.

【4】 企业微电网设计与应用手册2022.05版.