浅析物联网技术在建筑能耗预测系统中的应用

摘要：为了保证建筑物的舒适性，实时监测和预测建筑物的能耗，本研究探索了基于物联网技术的建筑能耗感知预测系统的施工方法，提出了系统架构及相关配置，阐述了系统的典型应用，为能耗感知预测系统的研发提供了思路，有助于节约能耗，提高建筑物运行过程中的能源利用效率，提高现代城市管理能力。

关键词：物联网技术；建筑能耗预测；能耗监测系统

1引言

随着经济的发展和人口的增加，人们对能源的需求也在迅速增加。统计数据显示，全国建筑能耗与碳排放的总体变化呈现出一致的阶段性特征。从2005年到2019年，中国建筑全过程能耗从9.34亿吨增加到22.3亿吨，平均年增长率为6.3%。建筑全过程碳排放量从22.34亿吨增加到49.97亿吨，平均年增长率为5.92%。其中，2019年建筑运行阶段碳排放量为21.3亿吨，占全国碳排放量的2.6%胡莹坚[1]开发了基于LoRa技术的建筑能耗监测系统，以避免地下室布线困难等问题；陈辉[2]以建筑能耗特点为研究对象，从建筑节能标准中提取影响能耗的主要因素，建立神经网络算法模拟建筑能耗，提高建筑能耗评估的智能性；侯骁虎[3]结合国内外高校在能耗监测应用系统开发应用方面积累的经验，结合物联网技术、传感器技术和软件开发技术，为高校开发了一个全面的校园能耗监测管理平台。开发基于物联网技术的电力能源消耗感知预测系统，实时预测和监测建筑物的电力能源消耗，存储过去的历史数据，预测电力消耗的高峰期和低谷期，实现电力资源的“削峰填谷”，可以有效提高能源利用效率，减少能源浪费。

2建筑物能耗感知预测系统

2.1物联网技术概述

自21世纪以来，物联网技术发展迅速，已成为中国信息产业的重要组成部分。物联网技术主要通过前端设备的布局将收集到的信号与网络连接起来，并通过有线或无线实时传输信号[4]，从而实现对物体的有效定位和识别。物联网技术架构主要分为三个层次，即感知层、网络层和应用层[4]。感知层依靠安装在物体上的传感器设备来收集和发送物体信息。网络层收到信息后，利用互联网、无线网络和其他技术将信息传输到应用层

物联网技术的发展和通信技术的进步加速了中国智慧城市的发展。作为智能建筑的重要分支，建筑能耗感知和预测也将得到更广泛的应用。

2.2系统架构

建筑能耗感知预测系统主要依托物联网技术和智慧城市管理平台（见图1）。根据物联网的基本结构，整个系统架构分为三个部分：感知层、传输层和应用层。根据系统的实际应用功能，应用层分为两部分：能耗数据管理子系统和能耗预测子系统。

本文的研究对象是建筑物的能耗。能耗管理子系统有效记录和储存建筑物的能耗。能耗预测子系统根据传感器设备收集的预测指标预测建筑物的能耗，便于建筑管理人员有效控制能耗。1684827728186

3系统功能

3.1能耗感知模块

物联网技术的本质是通过互联网实现物与物之间的相互连接，实现物与物之间的信息联系和交互[5]。建筑能耗的实时感知取决于互联网设备的布局。通过传感器设备收集能耗数据后，利用无线通信技术将其传输到服务器。服务器处理后，将数据存储在后台数据库中，并在能耗管理平台上显示能耗。

传感器用于收集各种数据，包括能源消耗监测数据和环境监测数据。能源消耗监测数据用于实时感知建筑能源消耗，环境监测数据用于预测能源消耗。能源消耗感知模块将实时监测和比较房间的能源消耗。当房间内的能耗超过历史能耗的高值时，建筑管理人员会在系统页面上提示建筑管理人员，建筑管理人员不仅可以查看实时能耗数据，还可以对历史数据进行分类、筛选、搜索等操作，方便管理人员决策。

3.2能耗预测模块

能源消耗预测模块与能源消耗管理系统相结合，根据历史数据准确预测建筑物未来的能源消耗，合理优化电力配置，减少建筑物广泛的电力浪费和碳排放。本研究基于物联网技术收集能源消耗预测所需的指标，构建BP（Backpropagation反向传播）神经网络进行建筑能源消耗预测。其基本流程如图2所示。通过传感器收集室外温度等所需信息，将收集到的信息传输到管理平台。模型数据拟合后，可获得建筑能源消耗预测结果，并返回用户界面。BP神经网络算法测。

BP神经网络包括输入层、隐含层和输出层。在本研究中，输入层指标包括四个指标：建筑面积、室外温度、空调维护温度和人员密度。拟合后，建筑物的功耗结果，即输出层，其神经元数为1，而隐含层中的神经元数在算法训练过程中不断调整。

本研究中算法的培训数据是天津市中新生态城市一所幼儿园的历史数据。数据集温度覆盖-8%至32℃，基本满足全年所有工作条件。算法培训完成后，包装并输入四个指标：建筑面积、室外温度、空调维护温度和人员密度。拟合计算后，该算法得到了建筑能耗预测结果，并将结果返回到用户界面。

4系统的典型应用

信息存储功能；信息查询功能；能耗异常预警功能；能耗预测功能；

5Acrel-EIOT能源物联网云平台

（1）概述

Acrel-EIoT能源物联网开放平台是一个基于物联网数据中心的平台，为互联网用户提供能源物联网数据服务，建立统一的上下行数据标准。用户只需购买安科瑞物联网传感器，选择网关，自行安装后扫描代码，即可使用手机和计算机获得所需的行业数据服务。

该平台提供多平台、多语言、多终端数据访问功能，包括数据驾驶舱、电气安全监控、电能质量分析、电力管理、预付款管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警和记录、运维管理等。

（2）应用场所

该平台适用于公寓出租人、连锁超市、小工厂、建筑管理系统集成商、小物业、智慧城市、变配电站、建筑、通信基站、工业能源消耗、智能灯塔、电力运维等领域。

（3）平台结构

（4）系统硬件配置

6结论

综上所述，随着物联网技术的进步和智慧城市的发展，基于物联网技术构建建筑能耗感知预测系统，可以可视化建筑能耗，存储历史数据，提高城市管理水平，提高建筑管理能力和能源利用效率。

参考文献

[1] 于佳怡，周锐，钟伟.物联网技术在建筑能耗感知预测系统中的应用探析

[1] 胡莹坚.基于LoRa技术的建筑物能耗监测系统在人防地下室中的实现[J].现代建筑电气，2020，11（8）：28-30.

[2] 陈辉.基于神经网络分析的建筑物耗能仿真模型分析[J]. 佳木斯大学学报(自然科学版)，2022，40（1）：13- 15+138.

[3] 侯骁虎 . 高校校园能耗监测综合管理平台的设计与实现

[4] 企业微电网设计与应用手册2022.05版.