簡談基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的校園能耗智慧監(jiān)控平臺的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

時(shí)間：2024-04-08作者：安科瑞電子商務(wù)（上海）有限公司瀏覽：18

摘 要：為打造低碳校園，營造良好的學(xué)習(xí)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(jì)空調(diào)監(jiān)控子系統(tǒng)，搭建空調(diào)監(jiān)控模型實(shí)現(xiàn)了空調(diào)等智能硬件設(shè)備根據(jù)環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)溫濕度等多種控制模式，從而達(dá)到節(jié)能、降耗與降目的。智慧監(jiān)控云平臺的設(shè)計(jì)使用戶對電量數(shù)據(jù)、能耗信息等進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了真正的節(jié)能、、和低耗。

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

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(dāng)下，人們對建筑消費(fèi)的已從“硬件（裝修和的消費(fèi)品）”消費(fèi)轉(zhuǎn)向“軟件（功能和環(huán)境品質(zhì)）”消費(fèi)，如何降低室內(nèi)空氣品質(zhì)所需的能耗（空調(diào)、通風(fēng)、采暖、熱水供應(yīng)）成為關(guān)注熱點(diǎn)。狹義的建筑能耗，即建筑的運(yùn)行能耗，指人們?nèi)粘Ｓ媚埽绮膳?、空調(diào)、照明、炊事、洗衣等，是建筑能耗的重要組成。據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(yùn)輸能耗稱為民生能耗，我國空調(diào)能耗約占總能耗的22%。

隨著近幾年校園的不斷合并與擴(kuò)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(jì)到2050年，我國校園空調(diào)能耗將增長一倍以上。因此，建設(shè)建筑節(jié)能型校園是低碳城市建設(shè)的重要環(huán)節(jié)之一。通過結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)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(jì)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(jì)，從而實(shí)現(xiàn)智慧監(jiān)控，進(jìn)一步提高校園建筑能耗空調(diào)的運(yùn)行效率，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。

1 校園建筑能耗存在的問題

學(xué)校是我國公建節(jié)能和建筑的重要領(lǐng)域，住建部發(fā)布的《建筑節(jié)能與建筑發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中多次提及節(jié)能校園建設(shè)。在大力支持與學(xué)校的積響應(yīng)下，目前各學(xué)校都著力建設(shè)節(jié)能型校園。但當(dāng)前學(xué)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(jìn)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(kuò)大，以及空調(diào)、學(xué)生電腦等插電設(shè)備的使用，使得能耗問題變得較為嚴(yán)重，

造成能源的很大浪費(fèi)。

（2）現(xiàn)有的耗電設(shè)備智能化程度低，部分學(xué)生因節(jié)能意識薄弱，時(shí)常在離開教室或公共場所時(shí)不關(guān)空調(diào)等耗電設(shè)備，而這些耗電設(shè)備不會(huì)根據(jù)環(huán)境的變化按時(shí)段、按需求和按人數(shù)等進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，也不會(huì)根據(jù)溫濕度、光照度的變化進(jìn)行多種控制模式的調(diào)節(jié)，導(dǎo)致浪費(fèi)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(jì)中較少把能耗信息與信息相關(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(shí)現(xiàn)節(jié)能、低耗、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(jì)算技術(shù)等的快速發(fā)展，考慮到學(xué)校的建筑能耗，建設(shè)校園建筑能耗智慧監(jiān)控平臺，打造節(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(jì)

通過數(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(yuǎn)程管理和控制，可根據(jù)控制策略實(shí)施聯(lián)動(dòng)管理。校園建筑能耗智慧監(jiān)控平臺總體設(shè)計(jì)如圖1所示。

該平臺的設(shè)計(jì)采用物聯(lián)網(wǎng)三層架構(gòu)體系與云數(shù)據(jù)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(jìn)行采集，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)，建立各類策略，對異常狀態(tài)及時(shí)報(bào)警，運(yùn)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(shí)現(xiàn)了在無人或人少的情況下，按時(shí)段、按需求、按環(huán)境等對智能設(shè)備進(jìn)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(yùn)轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)空調(diào)根據(jù)環(huán)境自動(dòng)調(diào)節(jié)溫濕度等多種控制模式，達(dá)到節(jié)能降耗要求。云平臺對電量數(shù)據(jù)、能耗信息進(jìn)行了長期存儲(chǔ)，方便查詢，便于用戶了解用電量，實(shí)現(xiàn)對校園建筑能耗的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

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

根據(jù)現(xiàn)有校園的特點(diǎn)，提供兩種方式進(jìn)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(yùn)行，允許遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)風(fēng)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*習(xí)功能）、學(xué)?，F(xiàn)有空調(diào)組成，可以擴(kuò)充網(wǎng)關(guān)接入智慧環(huán)境管控平臺，支持移動(dòng)端和 PC 端設(shè)備遠(yuǎn)程控制和管理。溫濕度智能感知模塊高速、地環(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(dòng)或遠(yuǎn)程配置好的控制策略進(jìn)行空調(diào)運(yùn)行控制 ；無線控制模塊負(fù)責(zé)對空調(diào)設(shè)備進(jìn)行無線控制。子系統(tǒng)組成如圖 3 所示。

利用云計(jì)算技術(shù)通過云平臺實(shí)現(xiàn)對傳感模塊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的 長期存儲(chǔ)與正確顯示，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(jìn)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(dòng)設(shè)置運(yùn)行溫度控制目標(biāo)，設(shè)備根據(jù)環(huán)境的真實(shí)測量值，自動(dòng)控制環(huán)境溫濕度直至達(dá)到手動(dòng)設(shè)定的目標(biāo)值 ；

（2）能夠自動(dòng)識別教室環(huán)境的溫度、濕度，根據(jù)設(shè)置好的目標(biāo)參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)空調(diào)運(yùn)行，控制空調(diào)的制熱、制冷、，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(yuǎn)程管理，可以遠(yuǎn)程配置空調(diào)管理策略，如溫度達(dá)到 32 ℃后打開空調(diào)，設(shè)置時(shí)間段關(guān)閉空調(diào)等 ；

（4）利用采集的環(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(hù)和管理成本 ；

（5）實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇速度調(diào)節(jié)和控制，支持風(fēng)扇遠(yuǎn)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(shí)際情況與用戶使用空調(diào)的行為習(xí)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(shí)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(yùn)行原理設(shè)計(jì)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(jìn)行比較后建立知識庫，對可能產(chǎn)生的問題進(jìn)行預(yù)警，并對用戶產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行診斷與預(yù)測，有效降低建筑能耗，實(shí)現(xiàn)校園建筑節(jié)能目標(biāo)。

4 高校綜合能效解決方案

4.1校園電力監(jiān)控與運(yùn)維

集成設(shè)備所有數(shù)據(jù)，綜合分析、協(xié)同控制、優(yōu)化運(yùn)行，集中調(diào)控，集中監(jiān)控，數(shù)字化巡檢，移動(dòng)運(yùn)維， 班組重新優(yōu)化整合，減少人力配置。

4.2后勤計(jì)費(fèi)管理

采用的網(wǎng)絡(luò)抄表付費(fèi)管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)電、水、氣等能源綜合計(jì)費(fèi)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表、費(fèi)率設(shè)置、 賬單統(tǒng)計(jì)匯總等，支持微信、支付寶、一卡通等充值支付方式，可設(shè)置補(bǔ)貼方案。通過能源付費(fèi)管理方式，培養(yǎng)用能群體和部門的節(jié)能意識。

4.2.1宿舍用電管理

針對學(xué)生宿舍用電進(jìn)行管理控制：可批量下發(fā)基礎(chǔ)用電額度和定時(shí)通斷功能；可進(jìn)行惡性負(fù)載識別，檢測違規(guī)電氣，并可違規(guī)用電跳閘記錄。

4.2.2商鋪水電收費(fèi)

針對校園市、商鋪、食堂及其他針對個(gè)體的水電用能進(jìn)行預(yù)付費(fèi)管理。

4.2.3充電樁管理平臺

充電樁在“源、網(wǎng)、荷、儲(chǔ)、充”信息能源結(jié)構(gòu)中是必不可缺的。充電樁應(yīng)用管理同樣是校園生活服務(wù)中必不可缺的一部分。

4.2.4智能照明管理

通過對高校路燈的全局監(jiān)測，提供對路燈靈活智能的管理，實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)任路，任一個(gè)路燈的定時(shí) 開關(guān)、強(qiáng)制開關(guān)、亮度調(diào)節(jié)，以及定時(shí)控制方案靈活設(shè)置，確保路燈照明的智能控制和節(jié)能。

4.3能源管理系統(tǒng)

針對校園水、電、氣等各類接入能源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，包含同比分析、環(huán)比分分析、損耗分析等。了解用能總量和能源流向。

按校園建筑的分類進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)的各類耗電數(shù)據(jù)。如辦公類耗電、教學(xué)類建筑耗電、學(xué)生宿舍耗電等，對數(shù)據(jù)分門別類的分析，提供決策，提高管理效能。

構(gòu)建符合校園節(jié)能監(jiān)管內(nèi)容及要求的數(shù)據(jù)庫，能自動(dòng)完成能耗數(shù)據(jù)的采集工作，自動(dòng)生成各種形式的報(bào)表、圖表以及系統(tǒng)性的能耗審計(jì)報(bào)告，能夠監(jiān)測能耗設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，設(shè)置控制策略，達(dá)到節(jié)能目的。

4.4智慧消防系統(tǒng)

智慧消防云平臺基于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等現(xiàn)代信息技術(shù)，將分散的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備、電氣火災(zāi)監(jiān)控設(shè)備、智慧煙感探測器、智慧消防用水等設(shè)備連接形成網(wǎng)絡(luò)，并對這些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行智能化感知、識別、定位，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)消防信息，通過云平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助實(shí)現(xiàn)科學(xué)預(yù)警火災(zāi)、網(wǎng)格化管理、落實(shí)多元責(zé)任監(jiān)管等目標(biāo)。實(shí)現(xiàn)了無人化值守智慧消防，實(shí)現(xiàn)智慧消防“自動(dòng)化”、“智能化”、“系統(tǒng)化”需求。從火災(zāi)預(yù)防，到火情報(bào)警，再到控制聯(lián)動(dòng)，在統(tǒng)一的系統(tǒng)大平臺內(nèi)運(yùn)行，用戶、安保人員、監(jiān)管單位都能夠通過平臺直觀地看到每一棟物中各類消防設(shè)備和傳感器的運(yùn)行狀況，并能夠在出現(xiàn)細(xì)節(jié)隱患、發(fā)生火情等緊急和非緊急情況下，在幾秒時(shí)間內(nèi)，相關(guān)報(bào)警和事件信息通過手機(jī)短信、語音電話、郵件提醒和APP推送等手段，就能夠通知到達(dá)相關(guān)人員。

5.平臺部署硬件選型

5.1電力監(jiān)控與運(yùn)維平臺

應(yīng)用場合	產(chǎn)品	型號	功能
變電所運(yùn)維云平臺		AcrelCloud-1000	AcrelCloud-1000變電所運(yùn)維云平臺基于互聯(lián)網(wǎng)＋、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)通訊等技術(shù)開發(fā)的云端管理平臺，滿足用戶或運(yùn)維公司監(jiān)測眾多變電所回路運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)、室內(nèi)環(huán)境溫濕度、電纜及母線運(yùn)行溫度、現(xiàn)場設(shè)備或環(huán)境視頻場景等需求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)一個(gè)，集中存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理，方便使用，支持具有權(quán)限的用戶通過電腦、手機(jī)、PAD等各類終端鏈接訪問、接收報(bào)警，并完成有關(guān)設(shè)備日常和定期巡檢和派單等管理工作。
智能網(wǎng)關(guān)		Anet系列	8個(gè)RS485串口 2kV隔離， 2個(gè)以太網(wǎng)接口，支持Modbus RTU、IEC-60870-5-101/103/ 104、CJ/T188、DL/T645等通訊協(xié)議設(shè)備的接入，支持Modbus RTU、Modbus TCP、IEC-60870-5 -104等上傳協(xié)議、支持多不同數(shù)據(jù)服務(wù)要求，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳，裝置電源:220V AC/DC。
		ANet-2E4SM	4路RS485 串口，光耦隔離，2路以太網(wǎng)接口，支持ModbusRtu、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、CJT188-2004、OPC UA、ModbusTCP（主、從）、104（主、從）、建筑能耗、SNMP、MQTT；（主模塊）輸入電源：DC 12 V ～36 V 。支持4G擴(kuò)展模塊，485擴(kuò)展模塊,可擴(kuò)展16路。
10KV進(jìn)/饋線		AM6-L	相間電流速斷保護(hù)，相間電流速斷保護(hù)（可帶低壓閉鎖），相間過電流保護(hù)（可帶低壓閉鎖），兩段式零序過流保護(hù)，反時(shí)限相間過流保護(hù)（可帶低壓閉鎖），零序反時(shí)限過流保護(hù)，過負(fù)荷保護(hù)，控制回路異常告警。
10/0.4KV變壓器		AML-S	分合閘位置、手車工作/試驗(yàn)位置、接地閘位置、硬接 點(diǎn)信號(保護(hù)跳閘、裝置告警、控制回路斷線、 裝置異常、未儲(chǔ)能、事故總等)、報(bào)文(過流、過負(fù)荷、溫報(bào)警、過溫報(bào)警、裝置告警、PT 斷線、CT 斷線、對時(shí)異常等) 、遙控 開關(guān)、故障波形分析(故障錄波、故障波形、故障記錄、 跳閘、故障電流電壓)等。
35kV/100kV/6kV 間隔智能操控、 35kV/10kV/ 6kV傳感器		ASD500	一次回路動(dòng)態(tài)模擬圖、彈簧儲(chǔ)能指示、高壓帶電顯示及閉鎖、驗(yàn)電、核相、自動(dòng)溫濕度控制及顯示（標(biāo)配一路強(qiáng)制加熱）、遠(yuǎn)方/就地旋鈕、分合閘旋鈕、儲(chǔ)能旋鈕、人體感應(yīng)、柜內(nèi)照明控制、RS485接口、高壓柜內(nèi)電氣接點(diǎn)無線測溫。
35kV/10kV/ 6kV傳感器			合金片固定，CT感應(yīng)取電，啟動(dòng)電流大于，測溫范圍-50-125℃，測量精度±1℃；無線傳輸距離空曠150米；
35kV/10kV/6kV 間隔電參量測量		APM810	三相（I、U、kW、kvar、kWh、kvarh、Hz、cosΦ），零序電流In；四象限電能；實(shí)時(shí)及需量；電流、電壓不平衡度；負(fù)載電流柱狀圖顯示；66種報(bào)警類型及外部事件（SOE）各16條事件記錄，支持SD卡擴(kuò)展記錄；2-63次諧波；2DI+2DO RS485/Modbus；LCD顯示；
變壓器接頭測溫低壓進(jìn)出線柜接頭測溫		ARTM-Pn	可至多配套60個(gè)ATE400測溫傳感器，無線溫度傳感器 ATE400 適用于手車式動(dòng)觸頭，電纜與母排搭接處，隔離閘搭接處等電氣搭接點(diǎn)的溫度測量，采用捆綁式安裝?？墒褂肁TC-400無線測溫接收數(shù)據(jù)。該終端可單安裝在高壓柜、低壓抽屜柜內(nèi)。
中低壓回路		WHD72-11	WHD溫濕度控制器產(chǎn)品主要用于中高壓開關(guān) 柜、端子箱、環(huán)網(wǎng)柜、箱變等設(shè)備內(nèi)部溫度和 濕度調(diào)節(jié)控制。工作電源：AC/DC 85～265V 工作溫度：-40.0℃～99.9℃ 工作濕度：0RH～99RH
		ADW300	三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，有功電能計(jì)量（正、反向）、四象限無功電能 、總諧波含量、分次諧波含量（2～31次） ；A、B、C、N四路測溫；1路剩余電流測量；支持RS485/LoRa/2G/4G/NB；LCD顯示；有功電能精度：0.5S級（改造項(xiàng)目）
		DTSD1352	三相電參量U、I、P、Q、S、PF、F測量，分相總有功電能，總正反向有功電能統(tǒng)計(jì)，總正反向無功電能統(tǒng)計(jì)；紅外通訊；電流規(guī)格：經(jīng)互感器接入3×1（6）A，直接接入3×10（80）A，有功電能精度0.5S級，無功電能精度2級


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• 賓館酒店消防安全綜合解決方案

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