物联网技术在建筑能耗预测系统中的应用

安科瑞陈伟 acrelchenwei

在保证建筑使用舒适度的情况下，为对建筑电力能耗情况实时监测与预测，本研究探索基于物联网技术的建筑能耗感知预测系统的建设方法，提出系统架构及相关配置情况，阐述系统的典型应用，为能耗感知预测系统的研发提供思路，助力实现建筑运行过程中节约能耗、提高能源使用效率的目的，提高现代化城市管理能力。

21世纪以来，物联网技术发展迅速，已经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置，将采集到的信号与网络进行连接，通过有线或者无线方式将信号实时传输[4] ，实现对物体的有效定位、识别等功能。物联网技术架构主要分为三层，即：感知层、网络层和应用层[4] 。感知层依靠安装布置在物体上的传感器设备，对物体信息采集与发送，网络层在接收到信息后，使用互联网、无线网络等技术将信息传送到应用层，通过应用层对信息进行智能处理，实现物体实时监控或控制的智能化管理体系。

建筑能耗感知预测系统主要依托于物联网技术以及智慧城市管理平台（见图1），整体系统架构根据物联网基本架构分为感知层、传输层和应用层三部分，应用层依据系统实际应用功能分为能耗数据管理子系统及能耗预测子系统两部分。

本文研究对象为建筑物的电力耗能，能耗管理子系统对建筑物已发生的耗能进行有效记录与存储，能耗预测子系统根据传感设备采集到的预测指标对建筑物能耗进行预测，便于建筑管理人员对能耗进行有效把控。

物联网技术的本质是通过互联网实现物与物之间的相互连接，并实现物与物之间的信息联通和交互[5] 。建筑物能耗的实时感知依赖互联网设备的布置，能耗数据通过传感器设备采集后，利用无线通信技术传输到服务器，服务器将数据进行处理后存储在后台数据库，并在能耗管理平台展示能耗情况。

传感装置用于采集各类数据，包括能耗监测数据和环境监测数据，能耗监测数据用于建筑物能耗实时感知，环境监测数据用于能耗预测。能耗感知模块会对房间的能耗实时监测对比，当房间内的耗能超过历史消耗能耗的高值时，则会在系统页面对建筑管理人员提示，建筑管理人员不仅可以查看能耗实时数据，还可对历史数据进行分类筛选、搜索等操作，便于管理人员的决策。

能耗预测模块配合能耗管理系统，根据历史数据对建筑物未来能耗进行准确预测，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采集能耗预测所需指标 ，构建 BP（Back propagation 反向传播）神经网络进行建筑物能耗预测，其基本流程如图2所示，通过传感器采集室外温度等所需信息，将采集到的信息传输到管理平台，将模型数据拟合后便得到建筑能耗预测结果，将结果返回用户界面。BP神经网络算法是一种多层前馈神经网络，基于下降法进行求解[6] ，能够模拟人的思维模式对机制进行学习，被广泛地应用于建筑领域的能耗预测。

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综上所述，随着物联网技术的进步和智慧城市的发展，基于物联网技术构建建筑物能耗感知预测系统，可以使建筑物能耗可视化、存储历史数据、赋能城市管理水平、提高建筑管理能力以及能源使用效率。