摘要: 在保证建筑使用舒适度的情况下，为了实时监测和预测建筑能耗，本研究探索了基于物联网技术的建筑能耗感知与预测系统的构建方法，并探讨了建筑能耗感知与预测系统的构建方法。提出系统架构和相关配置。 描述该系统的典型应用，为能耗感知与预测系统的研发提供思路，有助于实现建筑运营过程中节约能耗、提高能源利用效率的目的，提高现代管理能力城市。
关键词：物联网技术； 建筑能耗预测； 能耗监控系统
1 简介
随着经济的发展和人口的增加，人们对能源的需求也迅速增加。 统计结果表明，全国建设全过程能源消耗和碳排放变化总体呈现出一致的阶段性特征。 2005年至2019年，我国建设全过程能耗从9.34亿吨标准煤增加到22.3亿吨标准煤，年均增长6.3%。 5.92%，其中，2019年建筑运营阶段碳排放量为21.3亿吨，占全国碳排放量的21.6%。 能源消耗监测与预警已成为众多学者的研究对象。 胡迎建[1]为了避免地下室布线困难等问题，开发了基于LoRa技术的建筑能耗监测系统； 陈辉[2]以建筑能耗特征为研究对象，从建筑节能标准中提取影响能耗。 主要影响因素，并建立神经网络算法来模拟建筑能耗，提高建筑能耗评估的智能化； 侯晓虎[3]利用物联网技术、传感器技术和软件开发技术在能耗监测应用系统的开发和应用中积累的经验，为某高校开发了校园能耗监测综合管理平台。 开发基于物联网技术的用电感知预测系统，实时预测和监测建筑用电量，存储历史数据，预测用电高峰和低谷时段，实现建筑用电的“削峰填谷”电力资源。 可以有效提高能源效率，减少能源浪费。
2 建筑能耗感知预测系统
2.1 物联网技术概述
21世纪以来，物联网技术快速发展，已成为我国信息产业的重要组成部分。 物联网技术主要通过前端设备的布局将采集到的信号与网络连接起来，通过有线或无线的方式实时传输信号[4]，实现对物体的有效定位和识别。 物联网的技术架构主要分为三层，即：感知层、网络层和应用层[4]。 感知层依靠安装在物体上的传感器设备来采集和发送物体信息。 网络层接收到信息后，利用互联网、无线网络等技术将信息传输到应用层，并通过应用层对信息进行智能处理。 实现对对象的实时监控或控制的智能管理系统。
物联网技术的发展和通信技术的进步加快了我国智慧城市的发展进程。 建筑能耗感知与预测作为智能建筑的重要分支，也将得到更加广泛的应用。
2.2 系统架构
建筑能耗感知与预测系统主要依托物联网技术和智慧城市管理平台（见图1）。 整体系统架构根据物联网的基本架构分为感知层、传输层和应用层三部分。 应用层是根据系统的实际应用而设计的。 功能分为两部分：能耗数据管理子系统和能耗预测子系统。
本文的研究对象是建筑物的能耗。 能耗管理子系统有效记录和存储建筑物内已发生的能耗情况。 预测方便楼宇管理人员有效控制能耗。
3 系统功能
3.1 能耗传感模块
物联网技术的本质是通过互联网实现物与物之间的互联，实现物与物之间的信息通信和交互[5]。 建筑能耗的实时感知取决于互联网设备的布局。 传感器设备采集能耗数据后，利用无线通信技术传输至服务器。 服务器对数据进行处理并存储在后台数据库中，并在能耗管理平台上显示能耗情况。 健康）状况。
传感器设备用于采集各种数据，包括能耗监测数据和环境监测数据。 能耗监测数据用于实时感知建筑能耗，环境监测数据用于能耗预测。 能耗传感模块将实时监测并比较房间的能耗情况。 当房间内能耗超过历史能耗高值时，会在系统页面提示楼宇管理人员。 楼宇管理人员不仅可以查看实时能耗数据，还可以对历史数据进行分类、筛选、搜索等操作，方便管理人员做出决策。
3.2 能耗预测模块
能耗预测模块配合能源管理系统，根据历史数据准确预测建筑未来能耗，合理优化用电配置，减少建筑用电浪费和碳排放。 本研究基于物联网技术收集能耗预测所需的指标，构建BP（Back ）神经网络来预测建筑能耗。 采集到的信息传输到管理平台，对模型数据进行拟合后得到建筑能耗预测结果，并将结果返回到用户界面。 BP神经网络算法是一种多层前馈神经网络，基于下降法[6]求解，可以模拟人类思维模式进行学习机制，广泛应用于能源消耗预测中。建筑领域。
测量。
BP神经网络包括输入层、隐藏层和输出层。 本研究中输入层指标包括建筑面积、室外温度、空调维修温度、人员密度等。 拟合后得到建筑功耗结果，即输出层神经元数量为1，而隐藏层神经元数量在算法训练过程中通过不断调整进行优化。
本研究算法的训练数据是天津中新生态城某幼儿园的历史数据。 数据集温度覆盖-8%至32℃，基本满足全年所有工况。 算法训练完成后进行打包，在进行能耗预测时将建筑面积、室外温度、空调维修温度、人员密度四个指标输入到算法中。 算法拟合计算后，得到建筑能耗预测结果，并将结果返回到用户界面，如图2结果输出部分所示。
4 系统典型应用
4.1 信息存储功能
智慧城市管理平台后台内置数据库存储建筑能耗历史数据，方便管理者查询和使用，可用于算法训练和优化迭代。
4.2 信息查询功能
可按时间段查询、过滤能耗数据。 同时，还可以根据能源消耗情况对数据进行过滤，方便管理者分析历史数据，合理制定能源使用策略。
4.3 能耗异常预警功能
系统可以实时感知能耗并与历史平均数据进行比较。 如果出现过高或过低的异常情况，管理平台上会显示报警，提示楼宇管理人员调查楼宇或房间的能耗情况。
4.4 能耗预测功能
构建BP神经网络，利用物联网设备采集相关指标，自动预测用电量，获得某个房间或建筑的预测能耗，为建筑管理人员做出能源分配决策提供指导。
5 Acrel-EIOT能源物联网云平台
(1 概述
Acrel-EIoT能源物联网开放平台是基于物联网数据中心的平台，建立统一的上下行数据标准，为互联网用户提供能源物联网数据服务。 用户只需购买安科瑞物联网传感器、选择网关、安装并扫描二维码，即可使用手机、电脑获取所需的行业数据服务。
平台提供数据驾驶舱、用电安全监测、电能质量分析、用电管理、预付费管理、充电桩管理、智能照明管理、异常事件报警与记录、运维管理等功能，支持多平台、多平台-语言，多终端数据访问。
（二）申请地点
该平台适用于公寓租户、小型连锁超市、小型工厂、楼宇管理系统集成商、小型物业、智慧城市、变电站、楼宇、通信基站、工业能耗、智慧灯塔、电力运维等。
（三）平台架构
（四）平台功能
电力采集
电量采集模块可实现各种监测数据的查询、分析、预警和综合显示，确保配电室环境友好。 智能化方面，实现供配电监控系统的遥测、遥信、远程控制，并对系统进行全面检测和统一管理； 在数据资源管理方面，可以显示或查询供配电室各种设备的运行情况（包括历史和实时参数，并根据实际情况查询或打印日报、月报、年报） ，提高工作效率，节省人力资源。
变压器监控
分布图
能耗分析
能耗分析模块采用自动化和信息化技术，实现从能源数据采集、过程监控、能源介质消耗分析、能耗管理等全过程的自动化和科学化管理，使能源管理全过程、能源生产与使用有机结合，利用先进的数据处理和分析技术进行离线生产分析和管理，实现全厂能源系统的统一调度，优化能源介质平衡，有效利用能源，提高能源质量，降低能源消耗，实现节能降耗。 提高整体能源管理水平的目的。
能源消耗概况
预付费管理
1）登录管理：管理操作员账号及权限分配、查看系统日志等功能；
2）系统配置：配置建筑物、通讯管理机、仪表及默认参数；
3）用户管理：对店铺用户进行开户、注销、远程开户、批量操作、记录查询等操作；
4）售电管理：对已开户电表进行远程售电、退款、更正、记录查询等操作；
5）售水管理：对已开户的账户进行远程售水、退水、记录查询等操作；
6）报表中心：提供售电、售水财务报表、能耗报表、报警报表等查询。 本系统所有报表及记录查询均支持excel格式导出。
预付费看板
充电桩管理
通过物联网技术，对系统连接的充电桩站点以及每个充电桩进行持续采集和监控。 同时对充电器过温保护、充电器输入输出过压、欠压、绝缘检测故障等一系列故障进行预警。 云平台囊括了充电充电和充电桩运营的全部功能，包括城市级大屏、交易管理、财务管理、变压器监控、运行分析、基础数据管理等功能。
智能照明
智能照明利用物联网技术，持续监测安装在城市各个区域的室内照明、城市路灯等照明电路的用电状态。 还可以实现定时开关策略配置、后台远程管理和移动管理等，可以提高设施的维护难度和成本，提高管理水平智能照明楼宇自控能耗监测，达到一定的节能降挂效果。
监控页面
用电安全
安全用电采用自主研发的剩余电流互感器、温度传感器、电气火灾探测器，对引起电气火灾的主要因素（电线温度、电流、剩余电流）进行不间断的数据跟踪和统计分析，将各类隐患信息及时推送给企业管理人员，指导企业第一时间实现排查处理，消除电气火灾安全隐患，实现“防患于未然”的目的。
智能消防
通过云平台进行数据分析、挖掘和趋势分析，有助于实现火灾科学预警、网格化管理、落实多方职责监管的目标。 填补了“九小场所”和危险化学品生产企业无法有效监控的空白，适用于所有公共和私人建筑，实现无人值班智慧消防，实现“自动化”和“智能化”智慧消防、用电管理“系统化”、“精细化”。
(五)系统硬件配置
六，结论
综上所述，随着物联网技术的进步和智慧城市的发展，构建基于物联网技术的建筑能耗感知与预测系统，可以实现建筑能耗可视化、存储历史数据、赋能城市管理、提高城市管理水平。建筑性能。 管理能力和能源效率。
随着技术的不断迭代更新，变频器也在不断实现创新突破。 在这篇文章中，我们将详细阐述逆变器的物联网应用案例。 这是一套应用于物联网平台的逆变器技术解决方案，适合物联网的工作场景。
应用场景
随着我国国民经济的不断提高，暖通空调系统已经进入公园、办公楼等各个领域。 常规的暖通空调系统是按照最大冷热负荷来选型和设计的，但在实际使用中，全年最热和最冷的天气只有几十天，所以大部分时间系统都在额定温度以下单位的。 带负荷运行，即部分负荷运行，造成电能的极大浪费。 随着科学技术的发展，变频器的出现极大地改善了这个问题。 其价格便宜，技术成熟。 已在暖通空调领域得到广泛推广。 在HVAC系统中应用变频器控制风机和水泵是当今最有效的节能方法，并且具有重要的保护功能，包括过流保护、过压保护和过载保护。
1. 背景 为什么我们要实现碳中和？
地球上的生命很大程度上取决于气候系统的微妙平衡。 工业化以来，人类活动排放的各类温室气体特别是二氧化碳急剧增加，超过了大自然的吸收能力，导致地球温度升高，引发气候变化，对地球造成不可挽回的损害。生态系统。 保护地球，控制温室气体排放是关键。 世界各国应对气候挑战的共同行动中形成了《联合国气候变化框架公约》、《京都议定书》、《巴黎协定》等一系列具有法律约束力的减排文件。 2015年签署的《巴黎协定》设定了将全球平均气温较工业化前时期升高幅度控制在远低于2摄氏度的目标，并努力将气温升高限制在1.5摄氏度以内。 对于岛国来说，1.5°C的上升是生死攸关的问题。 目前，全球已有130多个国家提出了“零碳”或“碳中和”的气候目标。
2020年，中国提出力争2030年前二氧化碳排放达峰，力争2060年前实现碳中和。加快技术创新和产业升级，形成绿色可持续的新经济发展模式。 碳中和并不意味着零排放，而是指温室气体排放与自然吸收之间的平衡、气温上升不发生变化以及地球生态系统的完整性。
2. 碳中和目标的战略规划
响应“3060”时间表，《中共中央 国务院关于全面准确全面贯彻新发展理念做好碳峰值碳中和工作的意见》提出推进实现碳中和的目标。 到2025年，绿色低碳、循环发展的经济体系初步形成，重点行业能源利用效率大幅提高。 单位GDP能耗比2020年下降13.5%； 单位国内生产总值二氧化碳排放比2020年下降18%； 非化石能源消费比重达到20%左右； 森林覆盖率达到24.1%，森林蓄积量达到180%亿立方米，为实现碳达峰和碳中和奠定坚实基础。
到2030年，经济社会发展全面绿色转型取得明显成效，重点耗能行业能源利用效率达到国际先进水平。 单位GDP能耗大幅下降； 单位GDP二氧化碳排放量比2005年下降65%以上； 非化石能源消费比重达到25%左右，风电、太阳能总装机容量达到12亿千瓦以上； 森林覆盖率 森林蓄积量达到190亿立方米，二氧化碳排放量达到峰值并实现稳步下降。
2060年，形成绿色低碳循环经济体系和清洁低碳、安全高效的能源。
3. 实现碳中和的路径
网易Blast平台瞄准楼宇暖通行业，开发物联网+ABB暖通专用变频器产品解决方案，赋能双碳社会。 建筑业的直接碳排放量占我国年碳排放总量的7%，但建筑业运营阶段的能源消耗却很高。 2018年达到10亿吨标准煤，约占全国能源消费总量的21%。
如何降低建筑能耗，提高能源利用效率，满足绿色建筑标准，是实现建筑业低碳目标的关键一环。 在建筑设计阶段楼宇自控冷水机组监控参数，可采用绿色设计理念，根据地理条件合理安装太阳能供暖、热水发电装置、风力发电装置、水地源热泵等，从而充分利用环境提供的天然可再生能源。
同时，可采用节能的围护结构和设备，采用适应当地气候条件的平面形式和总体布局。 在施工阶段，通过快速施工技术、清洁施工技术、循环施工技术、保温施工技术等手段可以提高能源利用效率，节约能源，提高材料利用率。
在运行阶段，供暖和制冷是建筑物的主要能源消耗部分。 绿色建筑中的暖通空调系统和热水系统可以通过采用可再生能源、高性能冷热源机组、物联网逆变器等多种节能技术来提高其系统能效比。 绿色建筑的照明和电气设备可以采用高效设备和先进的控制策略来提高能源利用率。
基于网易海峰物联网平台，ABB变频器集成物联网应用，可实现暖通空调设备远程诊断，及时发现故障，从而保证设备稳定高效运行，降低运维成本。
4. 创建物联网生命形式的碳中和园区
基于网易海风平台的物联网技术和ABB建筑暖通专用变频器，园区成为有温度的物联网生命体，是实现低碳发展的有效捷径。 未来，网易爆炸的物联网平台和智慧能源管理系统将全面掌握园区能源生产、使用和碳排放情况，实现生产、传输、存储和存储等环节的全过程可视化、智能分析。消耗，并自动提供能量用于能源消耗。 园区企业管理碳资产配额并完成碳汇交易。
5、建筑暖通行业面临挑战
1、重点资源：建筑供暖、制冷能耗占全社会能源消耗的近60%。 到2030年，随着城市化水平不断攀升，能源消耗比例预计将增至65%，以满足供暖和制冷的需求。 能源是一种有限的资源，因此优化其使用至关重要。 建筑供暖和制冷是一项刚性的长期运营成本，在运营成本中占比很高。 利用新技术对于保持竞争力和将运营成本降至最低至关重要。
2、高效、可持续：网易海峰平台物联网技术结合ABB变频器的解决方案是实现低碳发展的有效捷径。 为了实现大规模推广使用，必须满足以下条件： 1）技术团队需要在暖通空调领域有丰富的经验； 2）当解决方案实施时，配置一个开放的、可互操作的、支持物联网的系统，支持边缘控制和能源分析； 3）另外，解决方案在实际运行过程中，强调能源管理，实现可持续发展。
3、暖通空调行业设备情况：
1、冷却水泵变频控制
中央空调冷水机进行热交换，冷却水泵将加热后的冷却水压入冷却塔，与冷却塔内的大气进行热交换，然后将冷却后的冷却水送回冷却塔。 冷却器。 从冷水机流出的冷冻水由冷水机泵抽入冷冻水管道，在各个房间内进行热交换，带走房间内的热量，降低房间内的温度。 冷却水泵的功率是根据空调制冷机组压缩机满负荷运行而设计的。 如果环境温度和各种外界因素使得制冷机组不需要打开所有压缩机组，则空调冷凝系统所需的制冷量也会相应。 此时，可以通过变频器调节冷却水泵的转速，降低冷却水的循环速度和流量，使冷却水的冷负荷能够被冷凝系统充分利用，从而达到节能的目的。 从变频器应用的实际情况来看，冷却水泵在低流量运行时可以大大节省电能。
2、冷却塔风机变频控制
冷却塔风机用于降低冷却塔水温，加速“回水”带回的热量散发到大气中。 如果风机功率小，省电不如水泵那么明显。 但风机的变频控制可以极大地促进冷却水的恒温，这对于冷却机组的恒温极为关键； 还可以稳定装置的溶液循环，获得最大程度的燃料节省。 冷却塔风机低速运行还可以大大减少水漂，节约用水，延缓水质恶化，减少水雾对周围环境的影响。 大功率风扇的节电效果还是很明显的。
3、变频器的其他功能
由于变频器的启停过程是渐强渐弱，可以消除电机启动对电网的冲击，并能避免因电机过载而引起的故障。 由于电机经常在低负载下运行，可以大大延长电机、水泵、风机的寿命。 同时，由于没有启动和停止的冲击，且流量的减少，管道上的压力和冲击力减小，因此管道上的压力减小。 、阀门、终端设备也起到保护作用。 另外，降低了设备的噪音和振动，保护了环境。
随着物联网技术的不断发展，越来越多的设备和传感器可以互联，变频器常用于远程监控或智能控制场景。 在网易双碳智能控制系统中，物联网技术集成了变频器、网关等设备和系统，实现更加智能化的控制和管理，帮助园区实现更加精细化、智能化、高效化的管理。
六、解决方案及案例
HVAC 专用变频器针对风机和泵负载专门优化了内部软件。 内置PFC宏（风机水泵控制宏）和SPFC宏（循环软启动宏），相当于安装了一个小型先进的PLC，可实现一台变频器控制多达7台电机，降低了初期成本，降低了成本。外部接线，运行可靠，故障率低。
同时，集中控制的实现，使操作更加简单，控制更加容易。 重要的是，根据运行数据计算，年综合节电率可达30%左右，节电潜力巨大。
逆变器支持的通信协议： 标准协议（EIA-485）：MS/TP、RTU 可选插件：/IP、TCP、-DP、、、、/IP、、 外部选件：用于远程监控的双端口适配器。
七、工作状态
目前，ABB逆变器物联网技术解决方案已在网易双碳智能控制系统中上线应用：
1. 确保两者通讯协议相同，连接逆变器和网关。
2、进行相关配置，设置网关地址等参数，实现网关的正常运行。
3、设置逆变器的相关参数，如逆变器型号、地址、通讯协议等，满足逆变器的正常连接和通讯要求。
4、建立数据通道，将逆变器的数据传输到网关，网关的数据传输到双碳智能控制系统。
5、通过系统实时查看逆变器的工作状态、工作参数、运行效率等，并随时进行远程控制和调整。
结语
万物互联时代，在物联网、大数据、人工智能等技术的支持下，远程智能控制、便捷管理、节能增效成为逆变器应用创新的重要方向。 这套逆变器物联网技术解决方案实现了逆变器和驱动设备的远程控制、设备运行状态在线实时监控、数据实时采集分析、故障报警和及时维护，最大限度地减少人员成本，提高工作效率，并延长设备的使用时间。 生活。 作为网易天工节能减碳开源社区生态合作伙伴，ABB逆变器物联网技术解决方案是基于物联网技术的双碳落地应用。 ABB将不断探索物联网等技术，在实际工作场景中不断运用新技术、完善新功能，通过网易天工能源-为生态合作伙伴提供节能、增效、自动智能控制的技术解决方案。节能减碳开源社区，帮助企业降本增效，实现双碳。 在本系列文章的后续文章中，我们将详细阐述更多变频器的新技术和应用，敬请期待。
