Developing an environmental key performance indicators monitoring and control system for educational smart laboratories
Loading...
Date
2026
Authors
Savchenko, Tetiana
Lutska, Nataliia
Vlasenko, Lidiia
Zahorulko, Andrii
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
The object of research is a set of processes for monitoring and intelligent control of energy consumption and the state of the SMART laboratory environment, aimed at improving its environmental safety.The research problem is aimed at implementing integrated automated systems based on: monitoring, forecasting and adaptive control in real time of SMART laboratories. The research used methods for synthesis and analysis of energy consumption monitoring systems, microclimate control, CO2 concentration forecasting and algorithms for adaptive control of educational environment resources.Basic and extended key performance indicators (KPIs) have been formed for the SMART laboratory monitoring subsystem, which take into account the state of the microclimate and comfort, energy, environmental and operational indicators, and are the basis of modern eco-maps of the premises. The adaptive control subsystem uses adaptive control logic based on a predictive model. The developed open software and hardware architecture based on Node-RED integrates automation and environmental audit tools into a single analytical platform adapted to different types of educational locations. The adaptive automatic control system for SMART laboratories based on integrated predictive ML models contributes to a controlled reduction in energy consumption by more than 40%, in particular by reducing the average power from 4.1 kW to 2.4 kW. While traditional operating modes of laboratory equipment without adaptation are characterized by a high level of carbon intensity. According to the results of the LCA analysis, the total carbon footprint at the operational stage decreased from 1.85 to 0.47 kg CO2/hour. The use of the proposed monitoring and control system for SMART laboratories forms a modern technical and software solution that meets the criteria of sustainable development.
Description
Об’єктом дослідження є сукупність процесів моніторингу та інтелектуального управління енергоспоживанням і станом середовища SMART-лабораторії, спрямованих на підвищення її екологічної безпеки. Проблематика досліджень спрямована на впровадження інтегрованих автоматизованих систем на основі: моніторингу, прогнозування та адаптивного керування у реальному часі SMART-лабораторіями. В дослідженнях використані методи синтезу та аналізу систем моніторингу енергоспоживання, контролю мікроклімату, прогнозування концентрації CO2 та алгоритмів адаптивного керування ресурсами освітнього середовища. Для підсистеми моніторингу SMART-лабораторії сформовано базові та розширені ключові показники ефективності (KPIs), які враховують стан мікроклімату та комфорту, енергетичні, екологічні та експлуатаційні показники, і є основою сучасних еко-карт приміщення. Підсистема адаптивного керування використовує адаптивну логіку керування на основі прогнозної моделі. Розроблена відкрита програмно-апаратна архітектура на базі Node-RED інтегрує інструменти автоматизації та екологічного аудиту в єдину аналітичну платформу, адаптовану до різнотипних освітніх локацій. Адаптивна автоматична система керування SMART-лабораторіями на основі інтегровано-прогнозованих ML-моделей сприяє контрольованому зниженню енергоспоживання понад 40%, зокрема за рахунок зменшенням середньої потужності з 4,1 kW до 2,4 kW. Тоді, як традиційні режими експлуатації обладнання лабораторій без адаптації характеризуються високим рівнем вуглецевої інтенсивності. Згідно з результатами LCA-аналізу, загальний вуглецевий слід на експлуатаційній стадії скоротився з 1,85 до 0,47 kg CO2/hour. Використання запропонованої системи моніторингу та керування SMART-лабораторіями формує сучасне технічне та програмне рішення, що відповідає критеріям сталого розвитку.
Keywords
SMART laboratory, Eco-KPI, microclimate monitoring, adaptive control, CO2 forecasting, LCA analysis, article, SMART-лабораторія, Eco-KPI, моніторинг мікроклімату, адаптивне управління/control, прогнозування CO₂, LCA-аналіз
Citation
Developing an environmental key performance indicators monitoring and control system for educational smart laboratories / Tetiana Savchenko, Nataliia Lutska, Lidiia Vlasenko, Andrii Zahorulko // Technology audit and production reserves. - 2026. - Vol. 2, No. 3. - P. - 28-37. - https://doi.org/10.15587/2706-5448.2026.358804