多建筑能源实验平台物联网集成

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随着我国社会经济的高速发展,中国已经超越美国成为世界第一能源消费国。在我国能源消费结构中,建筑运行能耗占了较大的比重。降低建筑运行能耗的途径之一就是进行建筑能源管理,即对建筑运行能耗进行监测分析,并对建筑设备系统进行优化控制。但是,建筑能源系统具有系统异构、设备众多、数据庞大、控制策略复杂的特点,如何对其有效管理是保障建筑节能减排成效的关键。物联网是新一代信息技术,应用物联网技术的建筑能源管理平台能够轻松解决系统集成的难题。同时,建筑能源物联网平台能够结合BIM、云与大数据、人工智能等新技术,相较于传统平台更加智能化、绿色化。因此,本文基于物联网技术,搭建山东建筑大学的多建筑能源物联网平台。多建筑能源物联网平台包括太阳能辅助空气源热泵系统实验平台、多联机地源热泵系统实验平台、天然气分布式能源系统实验平台及高大空间全空气空调系统实验平台总计四个实验平台。由于各个实验平台之间是互不相同的能源系统形式,故首先对多建筑能源物联网平台进行应用背景研究。简述了不同能源系统的基本原理,介绍了主要机组设备及工艺流程,详细统计了感知层的监控点布置。其次,根据物联网平台的应用背景,设计多建筑能源物联网平台的四层架构。四层架构包括感知层、传输层、平台层及应用层。根据设计的架构,应用Niagara物联网框架技术完成了物联网平台的搭建。应用的硬件包括电表、热量表、温度变送器、二氧化碳变送器、变频器、电动阀门等监控设备和JACE8000控制器、IO模块、4G数据终端、管理平台主机等管理设备。应用的协议包括Modbus、MQTT及TCP/IP。接着,根据实际需求,进行多建筑能源物联网平台的基础功能软件开发。软件开发基于Niagara N4软件编程,通过通信集成实现底层硬件设备与统一的物联网平台之间进行数据交换。集成到物联网平台的数据,以文本、图片、图表等形式在Web前端页面中进行可视化交互。用户可以实时监测实验平台的运行数据或是根据时间访问平台的历史记录数据。同时也可以自动或手动控制机组设备的启停或是确认实验平台的故障报警信息。这些功能的设计大大提高了建筑运维的便利性,为建筑能源物联网平台的优化管理打下了基础。最后,在原软件功能基础上,引入人工智能技术为多建筑能源物联网平台赋予新动能。通过研究建筑能源负荷预测方法,搭建负荷预测模型。在Python软件中进行基于数据的神经网络计算,最终实现在线预测建筑能源的动态负荷并输出至物联网平台。该研究方法能够重用原平台的基础功能,大大减少了软件应用的开发流程。通过软件编程,可以结合实际系统自定义平台功能,有效提高了物联网平台的智能化程度,为物联网平台和人工智能技术结合提供了一种可行的思路。综上,本文研究了山东建筑大学多建筑能源实验平台的应用背景,设计了四层物联网框架,基于Niagara技术搭建了物联网平台,统一集成了各个能源系统,通过Niagara N4软件开发了基础功能应用,在此基础上进一步引入人工智能技术并结合Python软件编程,实现了建筑能源动态负荷的在线预测。
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