I. Giới thiệu về Hệ thống Tiết kiệm Năng lượng trong Phòng học HCMUTE
Đồ án tốt nghiệp "Thiết kế hệ thống tiết kiệm năng lượng trong phòng học" ứng dụng công nghệ Internet of Things (IoT) nhằm giải quyết vấn đề tiết kiệm năng lượng tại HCMUTE. Việt Nam hiện đang đối mặt với tình trạng lãng phí điện năng nghiêm trọng, tiêu thụ điện năng tăng nhanh hơn GDP. Giải pháp tiết kiệm năng lượng trong các trường học, đặc biệt là HCMUTE, là rất cần thiết. Đồ án tập trung vào thiết kế hệ thống điện tiết kiệm năng lượng trong phòng học, giảm thiểu tiêu thụ năng lượng và góp phần vào quản lý năng lượng trường học. Nghiên cứu tập trung vào mô hình tiết kiệm năng lượng phòng học, kết hợp các thiết bị tiết kiệm năng lượng trường học và công nghệ tiết kiệm năng lượng. Giảm tiêu thụ năng lượng phòng học là mục tiêu chính, đóng góp vào giáo dục tiết kiệm năng lượng và năng lượng tái tạo trường học.
1.1 Phân tích thực trạng tiêu thụ năng lượng tại HCMUTE
Tình trạng tiêu thụ năng lượng tại HCMUTE hiện nay chưa được đánh giá đầy đủ trong đồ án. Tuy nhiên, xu hướng tiết kiệm năng lượng toàn cầu và tình trạng lãng phí năng lượng tại Việt Nam được nêu ra. Việc sử dụng điện năng không hiệu quả ở các cơ quan nhà nước, trường học, và doanh nghiệp đang là vấn đề đáng báo động. Tiêu chuẩn tiết kiệm năng lượng Việt Nam cần được tuân thủ nghiêm ngặt hơn. Chi phí tiết kiệm năng lượng cần được tính toán kỹ lưỡng để đánh giá hiệu quả kinh tế. Đề án cần bổ sung số liệu cụ thể về tiêu thụ năng lượng tại các phòng học HCMUTE để làm cơ sở cho nghiên cứu tiết kiệm năng lượng trường học. Cần phân tích sâu hơn về các yếu tố ảnh hưởng đến tiêu thụ năng lượng phòng học, như: hệ thống chiếu sáng, điều hòa không khí, thiết bị điện tử... Ánh sáng tiết kiệm năng lượng phòng học và điều hòa không khí tiết kiệm năng lượng là hai yếu tố quan trọng cần được xem xét kỹ lưỡng. Giải pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả phải dựa trên cơ sở phân tích thực tế cụ thể.
1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu chính của đồ án là thiết kế hệ thống tiết kiệm năng lượng cho phòng học tại HCMUTE. Hệ thống thông minh tiết kiệm năng lượng được đề xuất sẽ bao gồm các thành phần: cảm biến nhiệt độ, cảm biến ánh sáng, cảm biến chuyển động, hệ thống điều khiển (NodeMCU ESP8266 và Raspberry Pi), và phần mềm quản lý (web server). Thiết kế hệ thống điện tiết kiệm năng lượng tối ưu hóa việc sử dụng điện năng trong phòng học. Phạm vi nghiên cứu bao gồm: thiết kế phần cứng, lập trình nhúng, phát triển web server, và đánh giá hiệu quả tiết kiệm năng lượng. Vật liệu tiết kiệm năng lượng cũng được xem xét trong quá trình thiết kế. Ứng dụng công nghệ trong tiết kiệm năng lượng được nhấn mạnh. Hệ thống quản lý năng lượng cho phép giám sát và điều chỉnh tiêu thụ năng lượng một cách hiệu quả. Mô hình tiết kiệm năng lượng phòng học được xây dựng và thử nghiệm. Đánh giá hiệu quả tiết kiệm năng lượng được thực hiện dựa trên số liệu đo đạc thực tế.
II. Thiết kế hệ thống
Hệ thống bao gồm hai phần chính: phần cứng và phần mềm. Phần cứng gồm thiết bị tiết kiệm năng lượng trường học: NodeMCU ESP8266 thu thập dữ liệu từ các cảm biến, Raspberry Pi làm server trung tâm, và các thiết bị ngoại vi như đèn, quạt. Hệ thống chiếu sáng tiết kiệm năng lượng được tích hợp. Thiết kế phần cứng đảm bảo sự hoạt động ổn định và hiệu quả của hệ thống. Phần mềm gồm web server (PHP, MySQL) cho phép người dùng theo dõi, điều khiển hệ thống. Phần mềm quản lý năng lượng trực quan, dễ sử dụng. Quản lý năng lượng trường học được hỗ trợ bởi hệ thống này. Cổng giao tiếp giữa các thiết bị được thiết kế cẩn thận. Tiêu chuẩn tiết kiệm năng lượng được tuân thủ trong quá trình thiết kế. Việc sử dụng công nghệ tiết kiệm năng lượng được tối ưu hóa.
2.1 Thiết kế phần cứng
Phần cứng bao gồm: NodeMCU ESP8266, Raspberry Pi B+, cảm biến nhiệt độ DS18B20, cảm biến ánh sáng BH1750, cảm biến chuyển động PIR HC-SR501, module Relay, LCD 16x2. Thiết kế hệ thống điện tiết kiệm năng lượng được ưu tiên. Việc lựa chọn các thiết bị tiết kiệm năng lượng phù hợp là rất quan trọng. Sơ đồ kết nối giữa các thiết bị được minh họa rõ ràng trong đồ án. Cấu hình phần cứng cần được tối ưu để giảm thiểu tiêu thụ năng lượng. Thiết kế bền vững trường học được cân nhắc trong quá trình lựa chọn vật liệu. Công nghệ tiết kiệm năng lượng tiên tiến được áp dụng. Vật liệu tiết kiệm năng lượng được ưu tiên sử dụng.
2.2 Thiết kế phần mềm
Phần mềm bao gồm chương trình nhúng trên NodeMCU ESP8266 (Arduino IDE) và web server (PHP, MySQL). Chương trình nhúng thu thập dữ liệu từ các cảm biến và điều khiển thiết bị ngoại vi. Web server cho phép người dùng theo dõi dữ liệu, điều khiển hệ thống từ xa. Phần mềm quản lý năng lượng cung cấp giao diện người dùng thân thiện. Quản lý năng lượng trường học được đơn giản hóa nhờ phần mềm này. Cơ sở dữ liệu lưu trữ dữ liệu tiêu thụ năng lượng giúp cho việc phân tích hiệu quả hệ thống. An ninh mạng được xem xét trong quá trình thiết kế phần mềm. Việc sử dụng công nghệ tiết kiệm năng lượng trong phần mềm được tối ưu hóa. Hiệu quả tiết kiệm năng lượng của phần mềm được đánh giá dựa trên số liệu thực tế.
III. Kết quả và đánh giá
Đồ án trình bày kết quả mô hình và đánh giá hiệu quả tiết kiệm năng lượng. Số liệu đo đạc tiêu thụ năng lượng trước và sau khi áp dụng hệ thống được cung cấp. Đánh giá hiệu quả tiết kiệm năng lượng được thực hiện dựa trên các chỉ số cụ thể. Chi phí tiết kiệm năng lượng cũng được tính toán để đánh giá tính kinh tế của giải pháp. Giải pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả được chứng minh thông qua kết quả thực nghiệm. Mô hình tiết kiệm năng lượng phòng học đã được xây dựng và vận hành thành công. Những hạn chế và đề xuất cho các nghiên cứu sau được nêu ra.
