基于物聯(lián)網(wǎng)的綠色校園智能化節(jié)能系統(tǒng)

摘要：研究基于物聯(lián)網(wǎng)的綠色校園智能化節(jié)能系統(tǒng)，以高校綠色校園建設(shè)工作為出發(fā)點(diǎn)，探索如何在建筑物日常運(yùn)行管理中，在保持建筑物舒適、便利、高效的前提下，在建筑物節(jié)能減排與功能保障之間找到最佳平衡點(diǎn)，以人為本地實(shí)現(xiàn)綠色低碳校園建設(shè)目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);綠色建筑;智能化

碳達(dá)峰碳中和工作是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展的重要引擎，中國(guó)提高國(guó)家自主貢獻(xiàn)力度，力爭(zhēng)2030年前二氧化碳排放達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。這表明，需要在各行業(yè)持續(xù)深入地開展綠色低碳行動(dòng)。

本文針對(duì)高校校園特定的建筑使用場(chǎng)景，采用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)、暖通與空調(diào)等技術(shù)等，打造面向設(shè)備的、擁有人工智能的、高校校園一站式能耗管理云平臺(tái)，助力綠色校園的創(chuàng)建，向?qū)W生宣揚(yáng)健康、節(jié)約、綠色、環(huán)保的價(jià)值理念。

1、主要內(nèi)容

傳統(tǒng)上我國(guó)絕大部分建筑都屬于高能耗建筑，建筑物日常運(yùn)行消耗大量能源，綜合能耗是同緯度發(fā)達(dá)國(guó)家的三倍。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在普通高校校園建筑物的耗能構(gòu)成中，暖通空調(diào)耗能約占55%，照明耗能約占20%，插座及動(dòng)力耗能約占25%，建設(shè)綠色校園，主要就是開展對(duì)校園各類建筑的空調(diào)、照明等方面的能耗管控。

通過(guò)建設(shè)智能化“綠色校園能耗管理平臺(tái)”，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)校內(nèi)各主要建筑物的日常運(yùn)行進(jìn)行能耗監(jiān)控、節(jié)能控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑內(nèi)用電、照明、空調(diào)的智能化管控。建設(shè)堅(jiān)持以人為本，并不一味追求低能耗而采用一刀切的形式犧牲建筑物的舒適性與功能性，而是在提升使用者舒適度與工作效率的同時(shí)達(dá)到節(jié)能減排的效果，真正構(gòu)建綠色低碳智能化校園的建筑體系。

2、具體方案

本文研究校園建筑的空調(diào)、照明等方面的智能化能耗管控方法，以物聯(lián)網(wǎng)的基本框架為基礎(chǔ)建設(shè)動(dòng)態(tài)節(jié)能控制系統(tǒng)，具體設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了分體空調(diào)集中控制系統(tǒng)、智能照明控制系統(tǒng)、智能用電管理平臺(tái)系統(tǒng)。

（1）分體空調(diào)集中控制系統(tǒng)

分體式空調(diào)安裝方便、布置靈活，所以當(dāng)前高校教室、實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室、辦公室、宿舍樓等主要以分體式空調(diào)為主。在日常管理運(yùn)行中，較為常見的問(wèn)題主要是溫度設(shè)置過(guò)低、人走空調(diào)不關(guān)、門窗大開使用空調(diào)等，能源浪費(fèi)情況較為嚴(yán)重。

分體空調(diào)集中控制系統(tǒng)按照物聯(lián)網(wǎng)的基本架構(gòu)，分為感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。感知層由空調(diào)采集控制器及傳感器組成，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)獲取室內(nèi)當(dāng)前的環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù)，完成環(huán)境溫度、實(shí)時(shí)溫度、濕度、人體感應(yīng)、門窗狀態(tài)等參數(shù)采集，接受并執(zhí)行上層決策向調(diào)節(jié)設(shè)備發(fā)布的控制命令，從而控制調(diào)節(jié)設(shè)備，對(duì)室內(nèi)進(jìn)行環(huán)境調(diào)控;網(wǎng)絡(luò)層由TCP/IP、RS-485網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換器組成，完成RS-485與TCP/IP信號(hào)的轉(zhuǎn)換;應(yīng)用層是管理控制中心PC中的Web中心服務(wù)器。系統(tǒng)拓?fù)鋱D如下所示。

根據(jù)丹麥Fanger教授提出的PMV（熱舒適）方程：

影響人體熱舒適的因素有空氣溫度、空氣流速、相對(duì)濕度、平均輻射溫度、人體代謝率（活動(dòng)量）、服裝熱阻等六個(gè)因素，空調(diào)節(jié)能和舒適性的理想狀態(tài)的實(shí)質(zhì)就是找到人群的舒適性和節(jié)能之間一個(gè)相對(duì)合理的平衡點(diǎn)。

我們?yōu)榻系貐^(qū)高校各類建筑物在不同條件下設(shè)定PMV方程相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，通過(guò)軟件分析計(jì)算，可以得出每種建筑物在不同季節(jié)條件、不同功能場(chǎng)景、不同時(shí)間段下，兼顧舒適性、低能耗、環(huán)境健康等因素的最佳溫濕度設(shè)定值。

另外通過(guò)微波雙鑒探測(cè)器、門磁探測(cè)器和窗磁探測(cè)器等，可以有效判斷現(xiàn)場(chǎng)是否有人員活動(dòng)、是否關(guān)閉門窗等，有效杜絕人走不關(guān)空調(diào)、開空調(diào)大開門窗等浪費(fèi)能源的行為。

（2）智能照明控制系統(tǒng)

高校校園里，由于燈光控制仍主要采用手動(dòng)開關(guān)、定時(shí)器等傳統(tǒng)控制方式，因此經(jīng)常出現(xiàn)空教室燈常亮、辦公室實(shí)驗(yàn)室下班后不關(guān)燈、白天光線很好走廊等公共區(qū)域卻亮著燈、食堂就餐人不多卻整個(gè)大廳開著燈、巨大體育館或操場(chǎng)沒(méi)人鍛煉卻開著很多高功率金鹵燈......等等在照明方面由于管理不善導(dǎo)致的電能的浪費(fèi)，以及同步產(chǎn)生的燈具使用壽命的損耗，經(jīng)濟(jì)損失相當(dāng)可觀，是綠色校園的建設(shè)過(guò)程中必須解決的問(wèn)題。

本文研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能照明控制系統(tǒng)，采用現(xiàn)代化數(shù)字控制技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，集成了多種照明控制方式。系統(tǒng)采用光照度傳感器解決公共區(qū)域白天亮燈問(wèn)題;采用微波雙鑒探測(cè)器解決教室/辦公室人離開不關(guān)燈的問(wèn)題;采用人流量統(tǒng)計(jì)攝像機(jī)與熱成像動(dòng)態(tài)檢測(cè)技術(shù)解決大型場(chǎng)館/操場(chǎng)燈光閑置問(wèn)題;采用DALI技術(shù)以數(shù)字控制方式解決燈光按需自動(dòng)調(diào)節(jié)強(qiáng)弱的問(wèn)題，DALI能實(shí)時(shí)反饋每個(gè)燈光節(jié)點(diǎn)的健康狀況從而解決燈具報(bào)修不及時(shí)影響正常使用的問(wèn)題。

以高校圖書館閱覽室智能燈控為例，通過(guò)研究圖書館閱覽室讀者的行為習(xí)慣，提出了基于讀者行為習(xí)慣的圖書館照明節(jié)能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，力求在達(dá)到節(jié)能、高效的綠色照明要求的同時(shí)，用以人為本的理念為讀者提供方便、舒適的照明環(huán)境。

（3）智能用電管理平臺(tái)系統(tǒng)

高校校園智能用電管理平臺(tái)采用個(gè)性化定制首頁(yè)，校園數(shù)據(jù)、綜合能耗數(shù)據(jù)分析圖表等信息綜合地進(jìn)行展示，直觀展示校園能耗情況、反映節(jié)能效果。根據(jù)校區(qū)地圖搭建模型，采用3D技術(shù)對(duì)校區(qū)進(jìn)行多維可視化展示，將復(fù)雜抽象的數(shù)據(jù)信息以直觀的視覺元素及視角去呈現(xiàn)，便于管理者宏觀掌握校園能耗情況。

平臺(tái)將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)校內(nèi)用電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)時(shí)采集設(shè)備相關(guān)能耗數(shù)據(jù)，針對(duì)異常狀態(tài)和異常數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)預(yù)警。告警信息實(shí)時(shí)推送展示，便于管理人員第一時(shí)間定位報(bào)警源頭、排查異常問(wèn)題。

平臺(tái)將從分戶分項(xiàng)分類多個(gè)維度展示能耗數(shù)據(jù)，大數(shù)據(jù)分析能耗走勢(shì)，優(yōu)化節(jié)能改進(jìn)思路、改善能耗現(xiàn)狀認(rèn)知、減少能耗管理盲區(qū)、避免能源浪費(fèi)、提升節(jié)能效果、提高管理效率。

3、小結(jié)

“綠色校園智能化節(jié)能系統(tǒng)”積極響應(yīng)國(guó)家“碳達(dá)峰、碳中和”行動(dòng)目標(biāo)，積極響應(yīng)教育部關(guān)于“綠色學(xué)校創(chuàng)建”等一系列政策號(hào)召，采用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)校園建筑物的日常運(yùn)行進(jìn)行能耗監(jiān)控、節(jié)能控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑內(nèi)用電、照明、空調(diào)的智能化管控，能夠在保障好師生日常工作生活前提下，極大降低建筑物運(yùn)行能耗，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益巨大。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：李博，1980年10月，男，漢族，籍貫：江西省，學(xué)歷：研究生，職稱：講師，研究方向：建筑智能化工程技術(shù)。