基于物聯網的綠色校園智能化節能系統

摘要：研究基于物聯網的綠色校園智能化節能系統，以高校綠色校園建設工作為出發點，探索如何在建筑物日常運行管理中，在保持建筑物舒適、便利、高效的前提下，在建筑物節能減排與功能保障之間找到最佳平衡點，以人為本地實現綠色低碳校園建設目標。

關鍵詞：物聯網;綠色建筑;智能化

碳達峰碳中和工作是推動經濟社會高質量發展的重要引擎，中國提高國家自主貢獻力度，力爭2030年前二氧化碳排放達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。這表明，需要在各行業持續深入地開展綠色低碳行動。

本文針對高校校園特定的建筑使用場景，采用計算機網絡技術、物聯網技術、傳感器技術、暖通與空調等技術等，打造面向設備的、擁有人工智能的、高校校園一站式能耗管理云平臺，助力綠色校園的創建，向學生宣揚健康、節約、綠色、環保的價值理念。

1、主要內容

傳統上我國絕大部分建筑都屬于高能耗建筑，建筑物日常運行消耗大量能源，綜合能耗是同緯度發達國家的三倍。據統計，在普通高校校園建筑物的耗能構成中，暖通空調耗能約占55%，照明耗能約占20%，插座及動力耗能約占25%，建設綠色校園，主要就是開展對校園各類建筑的空調、照明等方面的能耗管控。

通過建設智能化“綠色校園能耗管理平臺”，采用物聯網技術對校內各主要建筑物的日常運行進行能耗監控、節能控制，實現對建筑內用電、照明、空調的智能化管控。建設堅持以人為本，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達到節能減排的效果，真正構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、照明等方面的智能化能耗管控方法，以物聯網的基本框架為基礎建設動態節能控制系統，具體設計和實現了分體空調集中控制系統、智能照明控制系統、智能用電管理平臺系統。

（1）分體空調集中控制系統

分體式空調安裝方便、布置靈活，所以當前高校教室、實驗實訓室、辦公室、宿舍樓等主要以分體式空調為主。在日常管理運行中，較為常見的問題主要是溫度設置過低、人走空調不關、門窗大開使用空調等，能源浪費情況較為嚴重。

分體空調集中控制系統按照物聯網的基本架構，分為感知層、網絡層和應用層。感知層由空調采集控制器及傳感器組成，通過傳感器實時獲取室內當前的環境質量數據，完成環境溫度、實時溫度、濕度、人體感應、門窗狀態等參數采集，接受并執行上層決策向調節設備發布的控制命令，從而控制調節設備，對室內進行環境調控;網絡層由TCP/IP、RS-485網絡轉換器組成，完成RS-485與TCP/IP信號的轉換;應用層是管理控制中心PC中的Web中心服務器。系統拓撲圖如下所示。

根據丹麥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、相對濕度、平均輻射溫度、人體代謝率（活動量）、服裝熱阻等六個因素，空調節能和舒適性的理想狀態的實質就是找到人群的舒適性和節能之間一個相對合理的平衡點。

我們為江南地區高校各類建筑物在不同條件下設定PMV方程相應的數據模型，通過軟件分析計算，可以得出每種建筑物在不同季節條件、不同功能場景、不同時間段下，兼顧舒適性、低能耗、環境健康等因素的最佳溫濕度設定值。

另外通過微波雙鑒探測器、門磁探測器和窗磁探測器等，可以有效判斷現場是否有人員活動、是否關閉門窗等，有效杜絕人走不關空調、開空調大開門窗等浪費能源的行為。

（2）智能照明控制系統

高校校園里，由于燈光控制仍主要采用手動開關、定時器等傳統控制方式，因此經常出現空教室燈常亮、辦公室實驗室下班后不關燈、白天光線很好走廊等公共區域卻亮著燈、食堂就餐人不多卻整個大廳開著燈、巨大體育館或操場沒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致的電能的浪費，以及同步產生的燈具使用壽命的損耗，經濟損失相當可觀，是綠色校園的建設過程中必須解決的問題。

本文研究基于物聯網技術的智能照明控制系統，采用現代化數字控制技術和網絡技術，集成了多種照明控制方式。系統采用光照度傳感器解決公共區域白天亮燈問題;采用微波雙鑒探測器解決教室/辦公室人離開不關燈的問題;采用人流量統計攝像機與熱成像動態檢測技術解決大型場館/操場燈光閑置問題;采用DALI技術以數字控制方式解決燈光按需自動調節強弱的問題，DALI能實時反饋每個燈光節點的健康狀況從而解決燈具報修不及時影響正常使用的問題。

以高校圖書館閱覽室智能燈控為例，通過研究圖書館閱覽室讀者的行為習慣，提出了基于讀者行為習慣的圖書館照明節能控制系統設計方案，力求在達到節能、高效的綠色照明要求的同時，用以人為本的理念為讀者提供方便、舒適的照明環境。

（3）智能用電管理平臺系統

高校校園智能用電管理平臺采用個性化定制首頁，校園數據、綜合能耗數據分析圖表等信息綜合地進行展示，直觀展示校園能耗情況、反映節能效果。根據校區地圖搭建模型，采用3D技術對校區進行多維可視化展示，將復雜抽象的數據信息以直觀的視覺元素及視角去呈現，便于管理者宏觀掌握校園能耗情況。

平臺將實時監測校內用電設備的運行狀態，實時采集設備相關能耗數據，針對異常狀態和異常數據實時預警。告警信息實時推送展示，便于管理人員第一時間定位報警源頭、排查異常問題。

平臺將從分戶分項分類多個維度展示能耗數據，大數據分析能耗走勢，優化節能改進思路、改善能耗現狀認知、減少能耗管理盲區、避免能源浪費、提升節能效果、提高管理效率。

3、小結

“綠色校園智能化節能系統”積極響應國家“碳達峰、碳中和”行動目標，積極響應教育部關于“綠色學校創建”等一系列政策號召，采用物聯網技術對校園建筑物的日常運行進行能耗監控、節能控制，實現對建筑內用電、照明、空調的智能化管控，能夠在保障好師生日常工作生活前提下，極大降低建筑物運行能耗，經濟和社會效益巨大。

參考文獻：

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作者簡介：李博，1980年10月，男，漢族，籍貫：江西省，學歷：研究生，職稱：講師，研究方向：建筑智能化工程技術。