Засоби підвищення енергоефективності будівель на базі концепції IoT
Вантажиться...
Дата
2025
Автори
Науковий керівник
Назва журналу
Номер ISSN
Назва тому
Видавець
КПІ ім. Ігоря Сікорського
Анотація
Актуальність теми
Енергоефективність будівель має велике економічне, екологічне та соціальне значення. Це пов’язано з наявністю великої кількості старих будівель, постійним зростанням цін на енергоресурси, потребою знизити забруднення навколишнього середовища та одночасно забезпечити комфортне і безпечне життя людей.
Розвиток технологій інтернету речей відкриває нові підходи до управління енергоспоживанням будівель: інтелектуальні системи спроможні автономно моніторити та управляти енергоспоживанням у реальному часі, оптимізовувати роботу опалення, вентиляції, кондиціювання, освітлення тощо, і, як наслідок, зменшувати пікові навантаження в енергомережі, економити енерговитрати, підвищувати комфорт людей і навіть продуктивність праці. Крім того, з’являється можливість збирати та аналізувати дані для виявлення тенденцій та закономірностей, створення сценаріїв енергоспоживання.
Існуючі в сфері технологій інтернету речей рішення для підвищення енергоефективності будівель можна поділити на три групи: прості розумні енергозберігаючі пристрої, енергомонітори та складні системи управління розумним будинком. Кожна з цих груп має свої недоліки. Прості розумні пристрої є доступними, але націлені лише на один напрямок енергоспоживання і не реалізують моніторинг мікроклімату та енерговитрат. Енергомонітори виконують лише функції контролю за енергоспоживанням і теж не здійснюють моніторинг якості мікроклімату. Комплексні системи розумного будинку хоч і мають широкий функціонал, однак їх придбання, інтеграція та експлуатація коштують занадто дорого. Крім того, частина їх функціоналу часто виявляється надлишковою, а складний інтерфейс вимагає від користувача технічної обізнаності. Таким чином, для споживачів із помірними статками витрати на таку систему значно перевищують потенційну економію на енергетичних ресурсах, а отже стають невиправданими. Перелічені недоліки показують необхідність розробки рішень з повноцінним функціоналом та водночас більш доступних широкому колу споживачів.
Мета роботи
Створення доступної широкому колу споживачів ефективної ІоТ-системи моніторингу та управління енергоспоживанням у приміщенні з повноцінним аналітичним функціоналом, що поєднуватиме моніторинг енергоспоживання з відстеженням параметрів якості внутрішнього середовища для підтримки оптимального балансу між економією енергії та комфортом, і матиме простий, інтуїтивно зрозумілий інтерфейс.
Для досягнення поставленої мети вирішуються такі задачі:
‒ визначення проблеми енергоефективності будівель та поняття «розумного» енергоспоживання;
‒ порівняльний аналіз існуючих пристроїв та систем інтернету речей, спрямованих на підвищення енергоефективності будівель, з метою виявлення недоліків та напрямів їх подальшого вдосконалення;
‒ визначення вимог до системи розумного енергоспоживання;
‒ розробка архітектури системи інтернету речей для моніторингу та управління енергоспоживанням;
‒ проєктування структурної та функціональної схем системи;
‒ створення прототипу системи;
‒ розробка серверної та клієнтської частин програмного забезпечення;
‒ тестування роботи системи.
Об’єкт дослідження – процеси моніторингу та управління енергоефективністю будівель.
Предмет дослідження – програмно-апаратні засоби та методи побудови системи моніторингу та управління енергоспоживанням з використанням технологій інтернету речей.
Методи дослідження
У роботі використовуються порівняльний аналіз, систематизація, аналогово-цифрове вимірювання електричних параметрів із фазовою корекцією, методи визначення показників мікроклімату (фотометричне, радіолокаційне, терморезистивне та інфрачервоне абсорбційне вимірювання), методи
моделювання, програмування, статистичного аналізу та візуалізації отриманих результатів.
Наукова новизна
Запропоновано структурну організацію системи моніторингу та управління енергоспоживанням, яка перевершує існуючі рішення тим, що поєднує такі переваги 4-рівневої архітектури, як низька вартість, простота розгортання та використання, з розширеними можливостями, які включають не лише моніторинг енергоспоживання, але й відслідковування параметрів якості внутрішнього середовища, зберігання великого обсягу статистичних даних без використання зовнішніх серверів, можливість заміни та калібрування датчиків, аналітичний функціонал та можливість налаштування сценаріїв використання електроприладів.
Практична цінність
Розроблено ефективну систему моніторингу та управління енергоспоживанням, яка спроможна збирати та зберігати у локальному сховищі дані про споживання електроенергії, параметри електромережі та якості внутрішнього середовища, автономно керувати навантаженням на основі визначених користувачем сценаріїв, представляти аналітику по зібраним даним у зручному форматі за допомогою веб-інтерфейсу для прийняття рішень щодо оптимізації енергоспоживання. Низька вартість впровадження та експлуатації системи робить її доступною широкому колу споживачів, а її використання у приміщеннях різного призначення підвищить їх енергоефективність.
Апробація результатів дисертації
Основні положення та результати роботи були представлені та обговорені на двух наукових конференціях, а саме: XVІІІ науковій конференції магістрантів та аспірантів «Прикладна математика та комп’ютинг» ПМК-2025 (Київ, 19-21 листопада 2025 р.) та V міжнародної наукової конференції «Інноваційна наука: пошук відповідей на виклики сучасності» (Кривий Ріг, 21 листопада 2025 р.).
Публікації
Основні результати досліджень викладені в 2 тезах доповідей у збірниках тез доповідей конференцій: Романкевич О. М., Орел І. В. Система моніторингу та управління енергоспоживанням в приміщенні на основі технологій інтернету речей. Прикладна математика та комп’ютинг ПМК 2025 : збірник тез доповідей XVIII наукової конференції магістрантів та аспірантів, 19-21 лист. 2025 р. Київ : КПІ, 2025; та Романкевич О. М., Орел І. В. Архітектура IoT-системи розумного енергоспоживанням. Інноваційна наука: пошук відповідей на виклики сучасності : збірник з матеріалами V міжнародної наукової конференції, 21 лист. 2025 р. Кривий Ріг : ГО «Міжнародний центр наукових досліджень», 2025.
Структура та обсяг роботи
Магістерська дисертація складається з вступу, трьох розділів, висновків по кожному розділу та загальних висновків по роботі в цілому, списку використаних літературних джерел (69 найменування). Повний обсяг дисертації – 152 сторінки, у тому числі 108 сторінок основного тексту, 52 рисунків, 8 таблиць.
Опис
Ключові слова
енергоефективність, інтернет речей, моніторинг, HVAC, освітлення, IEQ, BMS, ESP32, C++, JavaScript, SQLite3, energy efficiency, Internet of Things, monitoring, lighting
Бібліографічний опис
Орел, І. В. Засоби підвищення енергоефективності будівель на базі концепції IoT : магістерська дис. : 123 Комп'ютерна інженерія / Орел Ілля Вадимович. – Київ, 2025. – 119 с.