摘要：為了保證建筑物的舒適性，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)建筑物的能耗，本研究探索了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的建筑能耗感知預(yù)測(cè)系統(tǒng)的施工方法，提出了系統(tǒng)架構(gòu)及相關(guān)配置，闡述了系統(tǒng)的典型應(yīng)用，為能耗感知預(yù)測(cè)系統(tǒng)的研發(fā)提供了思路，有助于節(jié)約能耗，提高建筑物運(yùn)行過(guò)程中的能源利用效率，提高現(xiàn)代城市管理能力。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；建筑能耗預(yù)測(cè)；能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1引言

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人口的增加，人們對(duì)能源的需求也在迅速增加。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，全國(guó)建筑能耗與碳排放的總體變化呈現(xiàn)出一致的階段性特征。從2005年到2019年，中國(guó)建筑全過(guò)程能耗從9.34億噸增加到22.3億噸，平均年增長(zhǎng)率為6.3%。建筑全過(guò)程碳排放量從22.34億噸增加到49.97億噸，平均年增長(zhǎng)率為5.92%。其中，2019年建筑運(yùn)行階段碳排放量為21.3億噸，占全國(guó)碳排放量的2.6%胡瑩堅(jiān)[1]開(kāi)發(fā)了基于LoRa技術(shù)的建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以避免地下室布線困難等問(wèn)題；陳輝[2]以建筑能耗特點(diǎn)為研究對(duì)象，從建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)中提取影響能耗的主要因素，建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法模擬建筑能耗，提高建筑能耗評(píng)估的智能性；侯驍虎[3]結(jié)合國(guó)內(nèi)外高校在能耗監(jiān)測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面積累的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、傳感器技術(shù)和軟件開(kāi)發(fā)技術(shù)，為高校開(kāi)發(fā)了一個(gè)全面的校園能耗監(jiān)測(cè)管理平臺(tái)。開(kāi)發(fā)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的電力能源消耗感知預(yù)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)建筑物的電力能源消耗，存儲(chǔ)過(guò)去的歷史數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)電力消耗的高峰期和低谷期，實(shí)現(xiàn)電力資源的“削峰填谷”，可以有效提高能源利用效率，減少能源浪費(fèi)。

2建筑物能耗感知預(yù)測(cè)系統(tǒng)

2.1物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述

自21世紀(jì)以來(lái)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速，已成為中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要通過(guò)前端設(shè)備的布局將收集到的信號(hào)與網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，并通過(guò)有線或無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸信號(hào)[4]，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物體的有效定位和識(shí)別。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)架構(gòu)主要分為三個(gè)層次，即感知層、網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層[4]。感知層依靠安裝在物體上的傳感器設(shè)備來(lái)收集和發(fā)送物體信息。網(wǎng)絡(luò)層收到信息后，利用互聯(lián)網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和其他技術(shù)將信息傳輸?shù)綉?yīng)用層

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和通信技術(shù)的進(jìn)步加速了中國(guó)智慧城市的發(fā)展。作為智能建筑的重要分支，建筑能耗感知和預(yù)測(cè)也將得到更廣泛的應(yīng)用。

2.2系統(tǒng)架構(gòu)

建筑能耗感知預(yù)測(cè)系統(tǒng)主要依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智慧城市管理平臺(tái)（見(jiàn)圖1）。根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)，整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)分為三個(gè)部分：感知層、傳輸層和應(yīng)用層。根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用功能，應(yīng)用層分為兩部分：能耗數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)和能耗預(yù)測(cè)子系統(tǒng)。

本文的研究對(duì)象是建筑物的能耗。能耗管理子系統(tǒng)有效記錄和儲(chǔ)存建筑物的能耗。能耗預(yù)測(cè)子系統(tǒng)根據(jù)傳感器設(shè)備收集的預(yù)測(cè)指標(biāo)預(yù)測(cè)建筑物的能耗，便于建筑管理人員有效控制能耗。1684827728186

3系統(tǒng)功能

3.1能耗感知模塊

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的本質(zhì)是通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物與物之間的相互連接，實(shí)現(xiàn)物與物之間的信息聯(lián)系和交互[5]。建筑能耗的實(shí)時(shí)感知取決于互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的布局。通過(guò)傳感器設(shè)備收集能耗數(shù)據(jù)后，利用無(wú)線通信技術(shù)將其傳輸?shù)椒?wù)器。服務(wù)器處理后，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中，并在能耗管理平臺(tái)上顯示能耗。

傳感器用于收集各種數(shù)據(jù)，包括能源消耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。能源消耗監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)用于實(shí)時(shí)感知建筑能源消耗，環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)用于預(yù)測(cè)能源消耗。能源消耗感知模塊將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和比較房間的能源消耗。當(dāng)房間內(nèi)的能耗超過(guò)歷史能耗的高值時(shí)，建筑管理人員會(huì)在系統(tǒng)頁(yè)面上提示建筑管理人員，建筑管理人員不僅可以查看實(shí)時(shí)能耗數(shù)據(jù)，還可以對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、篩選、搜索等操作，方便管理人員決策。

3.2能耗預(yù)測(cè)模塊

能源消耗預(yù)測(cè)模塊與能源消耗管理系統(tǒng)相結(jié)合，根據(jù)歷史數(shù)據(jù)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)建筑物未來(lái)的能源消耗，合理優(yōu)化電力配置，減少建筑物廣泛的電力浪費(fèi)和碳排放。本研究基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)收集能源消耗預(yù)測(cè)所需的指標(biāo)，構(gòu)建BP（Backpropagation反向傳播）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建筑能源消耗預(yù)測(cè)。其基本流程如圖2所示。通過(guò)傳感器收集室外溫度等所需信息，將收集到的信息傳輸?shù)焦芾砥脚_(tái)。模型數(shù)據(jù)擬合后，可獲得建筑能源消耗預(yù)測(cè)結(jié)果，并返回用戶界面。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法測(cè)。

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、隱含層和輸出層。在本研究中，輸入層指標(biāo)包括四個(gè)指標(biāo)：建筑面積、室外溫度、空調(diào)維護(hù)溫度和人員密度。擬合后，建筑物的功耗結(jié)果，即輸出層，其神經(jīng)元數(shù)為1，而隱含層中的神經(jīng)元數(shù)在算法訓(xùn)練過(guò)程中不斷調(diào)整。

本研究中算法的培訓(xùn)數(shù)據(jù)是天津市中新生態(tài)城市一所幼兒園的歷史數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)集溫度覆蓋-8%至32℃，基本滿足全年所有工作條件。算法培訓(xùn)完成后，包裝并輸入四個(gè)指標(biāo)：建筑面積、室外溫度、空調(diào)維護(hù)溫度和人員密度。擬合計(jì)算后，該算法得到了建筑能耗預(yù)測(cè)結(jié)果，并將結(jié)果返回到用戶界面。

4系統(tǒng)的典型應(yīng)用

信息存儲(chǔ)功能；信息查詢功能；能耗異常預(yù)警功能；能耗預(yù)測(cè)功能；

5Acrel-EIOT能源物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)

（1）概述

Acrel-EIoT能源物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放平臺(tái)是一個(gè)基于物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心的平臺(tái)，為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供能源物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)，建立統(tǒng)一的上下行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。用戶只需購(gòu)買安科瑞物聯(lián)網(wǎng)傳感器，選擇網(wǎng)關(guān)，自行安裝后掃描代碼，即可使用手機(jī)和計(jì)算機(jī)獲得所需的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

該平臺(tái)提供多平臺(tái)、多語(yǔ)言、多終端數(shù)據(jù)訪問(wèn)功能，包括數(shù)據(jù)駕駛艙、電氣安全監(jiān)控、電能質(zhì)量分析、電力管理、預(yù)付款管理、充電樁管理、智能照明管理、異常事件報(bào)警和記錄、運(yùn)維管理等。

（2）應(yīng)用場(chǎng)所

該平臺(tái)適用于公寓出租人、連鎖超市、小工廠、建筑管理系統(tǒng)集成商、小物業(yè)、智慧城市、變配電站、建筑、通信基站、工業(yè)能源消耗、智能燈塔、電力運(yùn)維等領(lǐng)域。

（3）平臺(tái)結(jié)構(gòu)

（4）系統(tǒng)硬件配置

6結(jié)論

綜上所述，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步和智慧城市的發(fā)展，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建建筑能耗感知預(yù)測(cè)系統(tǒng)，可以可視化建筑能耗，存儲(chǔ)歷史數(shù)據(jù)，提高城市管理水平，提高建筑管理能力和能源利用效率。

參考文獻(xiàn)

[1] 于佳怡，周銳，鐘偉.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在建筑能耗感知預(yù)測(cè)系統(tǒng)中的應(yīng)用探析

[1] 胡瑩堅(jiān).基于LoRa技術(shù)的建筑物能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在人防地下室中的實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代建筑電氣，2020，11（8）：28-30.

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