摘要：為了營(yíng)造低碳綠色校園，營(yíng)造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建校園建筑能耗智能監(jiān)控平臺(tái)，特別是空調(diào)節(jié)能困難。通過(guò)設(shè)計(jì)空調(diào)監(jiān)控子系統(tǒng)，構(gòu)建空調(diào)監(jiān)控模型，實(shí)現(xiàn)空調(diào)等智能硬件設(shè)備根據(jù)環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度和濕度等多種控制模式，從而節(jié)能、降耗、降低成本。智能監(jiān)控云平臺(tái)的設(shè)計(jì)使用戶監(jiān)控電力數(shù)據(jù)和能耗信息，從而實(shí)現(xiàn)真正的節(jié)能、高效、安全和低消耗。

關(guān)鍵字：物聯(lián)網(wǎng)；建筑能耗；智能監(jiān)控；遠(yuǎn)程管理；網(wǎng)關(guān)；能源消耗；

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活質(zhì)量不斷提高，因此人們?cè)絹?lái)越重視生活和工作的智能環(huán)境。目前，人們對(duì)建筑消費(fèi)的重點(diǎn)已經(jīng)從“硬件(裝飾和耐用消費(fèi)品)"消費(fèi)轉(zhuǎn)向“軟件(功能和環(huán)境質(zhì)量)"消費(fèi)。如何降低保證室內(nèi)空氣質(zhì)量所需的能耗(空調(diào)、通風(fēng)、供暖、熱水供應(yīng))成為關(guān)注的焦點(diǎn)。狹義的建筑能耗，即建筑的運(yùn)行能耗，是指人們?nèi)粘Ｊ褂玫哪芎?，如供暖、空調(diào)、照明、烹飪、洗衣等。，這是建筑能耗的重要組成部分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在建筑能耗中占比例。

近年來(lái)，隨著校園的不斷合并和擴(kuò)建，中國(guó)校園空調(diào)的持有量不斷增加，相應(yīng)的能耗也不斷增加。如果空調(diào)原有的能效得到維持，預(yù)計(jì)到2050年，中國(guó)校園空調(diào)的能耗將翻倍以上。因此，建設(shè)節(jié)能校園是低碳綠色城市建設(shè)的重要環(huán)節(jié)之一。校園建筑能耗智能監(jiān)控平臺(tái)，包括校園建筑能耗智能監(jiān)控平臺(tái)的整體設(shè)計(jì)和校園建筑能耗空調(diào)監(jiān)控模型的建設(shè)和子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)控制和傳感等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)智能消耗監(jiān)控，進(jìn)一步提高校園建筑效率。

1校園建筑能耗存在的問(wèn)題

學(xué)校是中國(guó)公共建筑節(jié)能和綠色建筑的重要領(lǐng)域。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布的《建筑節(jié)能與綠色建筑發(fā)展“十三五"規(guī)劃》多次提到綠色節(jié)能校園建設(shè)。在的大力支持和學(xué)校的積極響應(yīng)下，目前所有學(xué)校都在努力建設(shè)綠色節(jié)能校園。然而，目前學(xué)校的節(jié)能工作仍然面臨著巨大的挑戰(zhàn)，存在以下問(wèn)題

（1）隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快和國(guó)家對(duì)教育領(lǐng)域的大力支持和投入，隨著校園建筑面積的擴(kuò)大和空調(diào)、學(xué)生電腦等插電式設(shè)備的使用，能耗問(wèn)題變得更加嚴(yán)重，造成建筑能源的巨大浪費(fèi)。

（2）現(xiàn)有耗電設(shè)備智能化程度低。由于節(jié)能意識(shí)薄弱，一些學(xué)生離開(kāi)教室或公共場(chǎng)所時(shí)往往不關(guān)閉空調(diào)等耗電設(shè)備。但這些耗電設(shè)備不會(huì)根據(jù)環(huán)境變化自動(dòng)調(diào)整時(shí)間段、需求和人數(shù)，也不會(huì)根據(jù)溫度、濕度和光照度的變化調(diào)整各種控制模式，造成大量能耗浪費(fèi)。

（3）現(xiàn)有校園建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)技術(shù)水平不高。在平臺(tái)設(shè)計(jì)中，能耗信息與建筑信息關(guān)聯(lián)較少，數(shù)據(jù)可視化程度不高，能耗預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用較少，無(wú)法達(dá)到節(jié)能、低消耗、安全和控制的目的。

近年來(lái)，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展，考慮到學(xué)校巨大的建筑能耗，構(gòu)建校園建筑能耗智能監(jiān)控平臺(tái)，構(gòu)建綠色節(jié)約校園勢(shì)在必行。

2校園建筑能耗智能監(jiān)控平臺(tái)整體設(shè)計(jì)

通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)通信技術(shù)的高效數(shù)字信號(hào)采集技術(shù)，構(gòu)成了智能監(jiān)控平臺(tái)，主要包括智能用電單相模塊、智能插座、智能網(wǎng)關(guān)、云平臺(tái)等。支持遠(yuǎn)程管理和控制，聯(lián)動(dòng)管理可以按照控制策略進(jìn)行。校園建筑能耗智能監(jiān)控平臺(tái)整體設(shè)計(jì)如圖1所示。

該平臺(tái)采用物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)系統(tǒng)與云數(shù)據(jù)中心連接，采集人、溫度、濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)。通過(guò)無(wú)線傳感模塊，利用智能電源控制器實(shí)時(shí)、正確地掌握空調(diào)等智能硬件設(shè)備的工作狀態(tài)，建立各種安全策略，及時(shí)報(bào)警異常狀態(tài)，利用ZigBee技術(shù)訪問(wèn)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)可以訪問(wèn)云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智能設(shè)備的控制，無(wú)人或人少，按時(shí)間段、需求、環(huán)境等。，避免無(wú)人空調(diào)未關(guān)閉、溫度和濕度適宜、空調(diào)仍高速運(yùn)行等現(xiàn)象。，從而實(shí)現(xiàn)空調(diào)根據(jù)環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度和濕度等多種控制模式，滿足節(jié)能降耗的要求。云平臺(tái)長(zhǎng)期存儲(chǔ)電力數(shù)據(jù)和能耗信息，便于查詢，方便用戶了解用電量，實(shí)現(xiàn)校園建筑能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

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

根據(jù)現(xiàn)有校園的特點(diǎn)，溫度和濕度控制有兩種方式，即通過(guò)智能風(fēng)扇控制終端管理風(fēng)扇的速度和運(yùn)行，允許遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)風(fēng)扇檔位，或者通過(guò)溫度和濕度感知、環(huán)境智能控制終端和空調(diào)形成溫度和濕度控制系統(tǒng)，如圖2所示。

3.1空調(diào)監(jiān)控子系統(tǒng)

智能溫濕度環(huán)境系統(tǒng)(空調(diào))主要包括溫濕度智能感知模塊、環(huán)境智能控制終端、無(wú)線控制模塊(可控空調(diào)和自學(xué)功能)、由學(xué)?，F(xiàn)有的空調(diào)組成，可以擴(kuò)大網(wǎng)關(guān)連接到智能環(huán)境控制平臺(tái)，支持移動(dòng)終端和PC終端設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和管理。高速高精度檢測(cè)環(huán)境溫度和濕度后，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)江h(huán)境智能控制終端。環(huán)境智能控制終端根據(jù)手動(dòng)或遠(yuǎn)程配置的控制策略控制空調(diào)的運(yùn)行；無(wú)線控制模塊負(fù)責(zé)無(wú)線控制空調(diào)設(shè)備。子系統(tǒng)構(gòu)成如圖3所示。

利用云計(jì)算技術(shù)，控制空調(diào)等智能硬件設(shè)備產(chǎn)生的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，通過(guò)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)傳感模塊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期存儲(chǔ)和正確顯示，便于長(zhǎng)期管理。

3.2空調(diào)監(jiān)控子系統(tǒng)功能要求

（1）支持在特定情況下手動(dòng)設(shè)定運(yùn)行溫度控制目標(biāo)，設(shè)備自動(dòng)控制環(huán)境溫度和濕度，直至達(dá)到手動(dòng)設(shè)定目標(biāo)值，根據(jù)環(huán)境的真實(shí)測(cè)量值；

（2）教室環(huán)境的溫度和濕度可以自動(dòng)識(shí)別，空調(diào)的運(yùn)行可以根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)，空調(diào)的制熱、制冷、除濕可以控制，保證教室環(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(yuǎn)程管理，可遠(yuǎn)程配置空調(diào)管理策略，如溫度達(dá)到32℃后打開(kāi)空調(diào)，設(shè)置時(shí)間關(guān)閉空調(diào)等；

（4）在保證環(huán)境舒適度的前提下，利用收集的環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)分析，不斷優(yōu)化環(huán)境控制條件，節(jié)約能源，優(yōu)化人力維護(hù)和管理成本；實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇速度的調(diào)節(jié)和控制，支持風(fēng)扇遠(yuǎn)程關(guān)閉和開(kāi)啟。

3.3校園建筑能耗空調(diào)監(jiān)控模式建設(shè)

根據(jù)建筑空調(diào)子系統(tǒng)的特點(diǎn)和原理，結(jié)合校園建筑的實(shí)際情況和用戶使用空調(diào)的行為習(xí)慣，采用物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。

模糊控制器是根據(jù)空調(diào)的運(yùn)行原理設(shè)計(jì)的，通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并與相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，建立知識(shí)庫(kù)，對(duì)可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行預(yù)警，對(duì)用戶產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷和預(yù)測(cè)，有效地降低建筑能耗，達(dá)到校園建筑節(jié)能的目的。

4高校綜合能效解決方案

校園電力監(jiān)控與運(yùn)維；物流收費(fèi)管理；能源管理系統(tǒng)；智能消防系統(tǒng)

5平臺(tái)部署硬件選擇

6結(jié)束語(yǔ)

為解決校園建筑能耗大、空調(diào)節(jié)能困難等問(wèn)題，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建校園建筑能耗智能監(jiān)控平臺(tái)，搭建空調(diào)監(jiān)控模型，設(shè)計(jì)空調(diào)監(jiān)控子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗效果和顯著成本優(yōu)勢(shì)。云監(jiān)控平臺(tái)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了用戶電力數(shù)據(jù)和能耗信息的控制。校園建筑物聯(lián)網(wǎng)的巨大優(yōu)勢(shì)有助于實(shí)現(xiàn)節(jié)能、高效、安全、低消耗的真正目標(biāo)，滿足國(guó)家建設(shè)節(jié)能社會(huì)的要求。

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