Αυτόνομο και ασύρματο σύστημα παρακολούθησης και αξιολόγησης μονάδων θέρμανσης και ψύξης κτιρίων μέσω μετρήσεων περιβαλλοντικών και ηλεκτρικών παραμέτρων
Date Issued
2026
Author(s)
Μητσάκης, Κωνσταντίνος
Advisor
Abstract
Η ενεργειακή κατανάλωση των κτηρίων αποτελεί έναν από τους σημαντικότερους τομείς κατανάλωσης ενέργειας σε παγκόσμιο επίπεδο, καθώς σημαντικό ποσοστό της συνολικής ενεργειακής ζήτησης συνδέεται με τη λειτουργία συστημάτων θέρμανσης, αερισμού και κλιματισμού (HVAC). Η αυξανόμενη ανάγκη για θερμική άνεση, σε συνδυασμό με το κόστος της ηλεκτρικής ενέργειας και τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις της κατανάλωσής της, καθιστούν ιδιαίτερα σημαντική τη βελτίωση της ενεργειακής αποδοτικότητας των συστημάτων αυτών. Παρά τη σημασία τους, η συνεχής παρακολούθηση της πραγματικής λειτουργίας και της ενεργειακής συμπεριφοράς οικιακών μονάδων HVAC παραμένει περιορισμένη, κυρίως λόγω της έλλειψης απλών, οικονομικών και εύχρηστων συστημάτων καταγραφής και αξιολόγησης.
Η παρούσα πτυχιακή εργασία επικεντρώνεται στη σχεδίαση και υλοποίηση ενός ασύρματου συστήματος παρακολούθησης και αξιολόγησης της λειτουργίας οικιακών μονάδων θέρμανσης και ψύξης. Το προτεινόμενο σύστημα βασίζεται στον μικροελεγκτή ESP32 και έχει τη δυνατότητα να καταγράφει βασικές περιβαλλοντικές παραμέτρους, όπως τη θερμοκρασία και τη σχετική υγρασία του εσωτερικού χώρου, καθώς και ηλεκτρικά μεγέθη που σχετίζονται με τη λειτουργία της μονάδας HVAC, όπως η τάση και το ρεύμα.
Για την καταγραφή των περιβαλλοντικών συνθηκών χρησιμοποιείται ο αισθητήρας DHT22, ενώ η μέτρηση του ηλεκτρικού ρεύματος πραγματοποιείται μέσω του μη παρεμβατικού αισθητήρα SCT013 30A / 1V, ο οποίος επιτρέπει την καταγραφή του ρεύματος χωρίς διακοπή του αγωγού τροφοδοσίας. Η μέτρηση της εναλλασσόμενης τάσης πραγματοποιείται με τη χρήση του αισθητήρα ZMPT101B, ο οποίος παρέχει κατάλληλο αναλογικό σήμα προς επεξεργασία από τον μικροελεγκτή. Τα δεδομένα των αισθητήρων επεξεργάζονται τοπικά από τον ESP32, ώστε να προσδιορίζονται τα αντίστοιχα ηλεκτρικά μεγέθη και να πραγματοποιείται ο υπολογισμός της ενεργειακής κατανάλωσης σε συνάρτηση με τον χρόνο λειτουργίας.
Η μετάδοση των δεδομένων πραγματοποιείται ασύρματα μέσω δικτύου Wi-Fi και του πρωτοκόλλου MQTT. Ο ESP32 λειτουργεί ως συσκευή δημοσίευσης δεδομένων, αποστέλλοντας τις μετρήσεις σε δημόσιο MQTT broker, από τον οποίο λαμβάνονται από το διαδικτυακό περιβάλλον παρακολούθησης. Μέσω του συστήματος αυτού, ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να παρακολουθεί απομακρυσμένα τη θερμοκρασία, τη σχετική υγρασία, την τάση, το ρεύμα, την ηλεκτρική ισχύ και τη συσσωρευμένη ενεργειακή κατανάλωση της μονάδας HVAC. Η διαδικτυακή διεπαφή επιτρέπει την πρόσβαση στις πληροφορίες μέσω συσκευής που διαθέτει φυλλομετρητή, χωρίς να απαιτείται φυσική παρουσία στον χώρο εγκατάστασης.
Η συνδυασμένη παρακολούθηση περιβαλλοντικών και ηλεκτρικών παραμέτρων επιτρέπει την πληρέστερη αξιολόγηση της λειτουργίας μιας μονάδας HVAC, καθώς καθίσταται δυνατή η συσχέτιση της μεταβολής των συνθηκών του χώρου με την αντίστοιχη ηλεκτρική απαίτηση και την ενεργειακή κατανάλωση. Με τον τρόπο αυτό, το προτεινόμενο σύστημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένα χαμηλού κόστους εργαλείο παρακολούθησης της ενεργειακής συμπεριφοράς οικιακών συστημάτων θέρμανσης και ψύξης και να αποτελέσει βάση για περαιτέρω ανάπτυξη λειτουργιών, όπως η αποθήκευση ιστορικών δεδομένων, η δημιουργία ειδοποιήσεων και η υποστήριξη αποφάσεων για αποδοτικότερη χρήση της ενέργειας.
Η παρούσα πτυχιακή εργασία επικεντρώνεται στη σχεδίαση και υλοποίηση ενός ασύρματου συστήματος παρακολούθησης και αξιολόγησης της λειτουργίας οικιακών μονάδων θέρμανσης και ψύξης. Το προτεινόμενο σύστημα βασίζεται στον μικροελεγκτή ESP32 και έχει τη δυνατότητα να καταγράφει βασικές περιβαλλοντικές παραμέτρους, όπως τη θερμοκρασία και τη σχετική υγρασία του εσωτερικού χώρου, καθώς και ηλεκτρικά μεγέθη που σχετίζονται με τη λειτουργία της μονάδας HVAC, όπως η τάση και το ρεύμα.
Για την καταγραφή των περιβαλλοντικών συνθηκών χρησιμοποιείται ο αισθητήρας DHT22, ενώ η μέτρηση του ηλεκτρικού ρεύματος πραγματοποιείται μέσω του μη παρεμβατικού αισθητήρα SCT013 30A / 1V, ο οποίος επιτρέπει την καταγραφή του ρεύματος χωρίς διακοπή του αγωγού τροφοδοσίας. Η μέτρηση της εναλλασσόμενης τάσης πραγματοποιείται με τη χρήση του αισθητήρα ZMPT101B, ο οποίος παρέχει κατάλληλο αναλογικό σήμα προς επεξεργασία από τον μικροελεγκτή. Τα δεδομένα των αισθητήρων επεξεργάζονται τοπικά από τον ESP32, ώστε να προσδιορίζονται τα αντίστοιχα ηλεκτρικά μεγέθη και να πραγματοποιείται ο υπολογισμός της ενεργειακής κατανάλωσης σε συνάρτηση με τον χρόνο λειτουργίας.
Η μετάδοση των δεδομένων πραγματοποιείται ασύρματα μέσω δικτύου Wi-Fi και του πρωτοκόλλου MQTT. Ο ESP32 λειτουργεί ως συσκευή δημοσίευσης δεδομένων, αποστέλλοντας τις μετρήσεις σε δημόσιο MQTT broker, από τον οποίο λαμβάνονται από το διαδικτυακό περιβάλλον παρακολούθησης. Μέσω του συστήματος αυτού, ο χρήστης έχει τη δυνατότητα να παρακολουθεί απομακρυσμένα τη θερμοκρασία, τη σχετική υγρασία, την τάση, το ρεύμα, την ηλεκτρική ισχύ και τη συσσωρευμένη ενεργειακή κατανάλωση της μονάδας HVAC. Η διαδικτυακή διεπαφή επιτρέπει την πρόσβαση στις πληροφορίες μέσω συσκευής που διαθέτει φυλλομετρητή, χωρίς να απαιτείται φυσική παρουσία στον χώρο εγκατάστασης.
Η συνδυασμένη παρακολούθηση περιβαλλοντικών και ηλεκτρικών παραμέτρων επιτρέπει την πληρέστερη αξιολόγηση της λειτουργίας μιας μονάδας HVAC, καθώς καθίσταται δυνατή η συσχέτιση της μεταβολής των συνθηκών του χώρου με την αντίστοιχη ηλεκτρική απαίτηση και την ενεργειακή κατανάλωση. Με τον τρόπο αυτό, το προτεινόμενο σύστημα μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως ένα χαμηλού κόστους εργαλείο παρακολούθησης της ενεργειακής συμπεριφοράς οικιακών συστημάτων θέρμανσης και ψύξης και να αποτελέσει βάση για περαιτέρω ανάπτυξη λειτουργιών, όπως η αποθήκευση ιστορικών δεδομένων, η δημιουργία ειδοποιήσεων και η υποστήριξη αποφάσεων για αποδοτικότερη χρήση της ενέργειας.
Affiliation
Cyprus University of Technology
File(s)![Thumbnail Image]()
Name
Μητσάκης Κωνσταντίνος.bsc.2026.abstract.pdf
Size
245.2 KB
Format
Adobe PDF
Checksum (MD5)
d9988759ca7390908ad5ad945d764f00