探究數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在建筑暖通領(lǐng)域中的應(yīng)用

李 杰

（太原學(xué)院 山西 太原 030032）

1 引言

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，特別是智能建筑控制系統(tǒng)和建筑能源管理系統(tǒng)方面，短時間內(nèi)就得到了廣泛的普及與深入應(yīng)用，加之建筑設(shè)施的增多，大量建筑設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)逐漸變得復(fù)雜化，暖通工程作為建筑高耗能部分，逐漸引起了人們的重視。建筑智能控制系統(tǒng)與能源管理系統(tǒng)作為建筑暖通系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的載體，其中存在大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)，具有十分高的數(shù)據(jù)價值。目前我國已成為高層建筑發(fā)展最快的國家，許多建筑為突出個性，結(jié)構(gòu)高度、平面立面布置等都逐漸復(fù)雜，建筑數(shù)據(jù)的規(guī)模與維度逐漸擴(kuò)大，需要新的技術(shù)與方法對建筑暖通領(lǐng)域進(jìn)行改革，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在建筑數(shù)據(jù)分析中便是最合適的現(xiàn)代技術(shù)。

2 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

數(shù)據(jù)挖掘是一項多學(xué)科技術(shù)，它結(jié)合了人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)可視化等多種現(xiàn)代化技術(shù)，指的是利用一定的算法從大規(guī)模、無規(guī)律、復(fù)雜的數(shù)據(jù)庫中通過聚類分析、預(yù)分析、關(guān)聯(lián)分析等方法，搜索發(fā)掘出其中有潛在價值信息的過程。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)具有海量性、相對性等特點，可以有效解決大量數(shù)據(jù)的有效分類與信息挖掘，在許多領(lǐng)域都發(fā)揮出了充分的優(yōu)勢。比如在互聯(lián)網(wǎng)IT行業(yè)，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)可以幫助該行業(yè)實現(xiàn)對電子商務(wù)類大規(guī)模數(shù)據(jù)的高效處理，得出對企業(yè)有價值的結(jié)果，幫助企業(yè)做出科學(xué)正確的營銷決策，最終實現(xiàn)精準(zhǔn)推送與營銷[1]。

數(shù)據(jù)挖掘在建筑暖通空調(diào)領(lǐng)域的應(yīng)用主要分為數(shù)據(jù)挖掘框架流程、預(yù)處理與具體應(yīng)用等，目前主要包含對建筑能耗數(shù)據(jù)的分析、對故障的診斷與檢測以及數(shù)據(jù)和系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行與控制等。在建筑管理中，存在建筑的能源管理與自動控制等系統(tǒng)，其中可以存儲大量的建筑運(yùn)行數(shù)據(jù)，為該領(lǐng)域的相關(guān)研究提供數(shù)據(jù)依據(jù)與基礎(chǔ)，而數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的融合，則是為研究提供計算工具與方法，通過借助數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，發(fā)掘出暖通系統(tǒng)的運(yùn)行規(guī)律，促進(jìn)研究進(jìn)度與科學(xué)發(fā)展。

3 數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在建筑暖通領(lǐng)域中的具體應(yīng)用

3.1 基于數(shù)據(jù)挖掘的能耗數(shù)據(jù)分析

在建筑能耗數(shù)據(jù)分析方面，數(shù)據(jù)挖掘主要包括建筑能耗分析與量化、建筑能耗與空調(diào)負(fù)荷預(yù)測、能耗異常檢測與診斷三個方面[2]。首先，在建筑能耗的影響因素分析與量化方面，建筑能耗監(jiān)測系統(tǒng)的重要作用是存儲建筑能耗數(shù)據(jù)，通過對建筑能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘出影響建筑能耗總量居高不下的相關(guān)因素，進(jìn)而針對性地提出相應(yīng)的節(jié)能措施；其次，建筑能耗分析是實現(xiàn)能源需求側(cè)管理的核心，對建筑能耗進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測得出數(shù)據(jù)結(jié)論，可以為能源供應(yīng)調(diào)度提供重要依據(jù)，準(zhǔn)確的負(fù)荷預(yù)測是建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能管理與控制的核心，而數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)則是實現(xiàn)建筑能耗與空調(diào)負(fù)荷預(yù)測的核心預(yù)測技術(shù)體現(xiàn)，為建筑能耗分析提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)；最后，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)在對異常數(shù)據(jù)檢測與診斷方面也有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢，從能耗數(shù)據(jù)中發(fā)掘出離群值、異常值等能耗異常現(xiàn)象，進(jìn)而實施建筑節(jié)能措施。

3.2 基于數(shù)據(jù)挖掘的故障檢測與診斷

暖通空調(diào)具有空氣調(diào)節(jié)、通風(fēng)、采暖等功能，其系統(tǒng)由多個子系統(tǒng)組成，主要包含自動控制系統(tǒng)、水系統(tǒng)等，常用設(shè)備包含閥門、空調(diào)機(jī)組、冷熱源機(jī)組等，系統(tǒng)構(gòu)成極為復(fù)雜，且設(shè)備多樣，在運(yùn)行過程中，難免會出現(xiàn)各種各樣的故障，對系統(tǒng)進(jìn)行檢測與故障診斷有利于保障暖通空調(diào)系統(tǒng)的安全高效運(yùn)行。故障檢測與診斷傳統(tǒng)常用的方法是基于信號處理、數(shù)學(xué)模型或知識，建筑行業(yè)的崛起，導(dǎo)致建筑能源監(jiān)測數(shù)據(jù)暴增，系統(tǒng)故障的特征也逐漸在數(shù)據(jù)中體現(xiàn)，傳統(tǒng)方法逐漸落后。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用，可以更好地發(fā)現(xiàn)大量數(shù)據(jù)間隱藏的關(guān)聯(lián)，發(fā)掘出數(shù)據(jù)規(guī)律，且適用范圍極廣，適用于大量正常與異常故障數(shù)據(jù)的監(jiān)測與診斷，實用性較強(qiáng)。

立足于算法角度，在數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用背景下，故障檢測與診斷具有以下特點：（1）早期故障檢測與診斷算法相對集中，多采用監(jiān)督式算法，比如多元分析法、向量計算法等；（2）隨著智能技術(shù)的不斷革新，基于數(shù)據(jù)挖掘的故障檢測與診斷方法也逐漸趨于多元化，比如決策樹算法、貝葉斯算法等，可以構(gòu)建出故障檢測模型，從而對空調(diào)機(jī)組的故障進(jìn)行檢測與診斷?？傊?，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)的應(yīng)用，極大程度上提高了暖通空調(diào)系統(tǒng)的故障檢測與診斷效率。

3.3 基于數(shù)據(jù)挖掘的優(yōu)化運(yùn)行與控制

建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計范圍較廣，涉及機(jī)電、控制等多種技術(shù)，在現(xiàn)代城市化建設(shè)步伐的推進(jìn)下，建筑逐漸趨于復(fù)雜化、智能化建設(shè)，暖通空調(diào)系統(tǒng)復(fù)雜性也隨之增加。除此之外，當(dāng)室外氣象條件與室內(nèi)熱濕負(fù)荷發(fā)生變化時，暖通空調(diào)系統(tǒng)還需要實現(xiàn)不斷的自我調(diào)節(jié)[3]。因此，建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的正常與安全運(yùn)行越來越依賴于自動控制技術(shù)的融合來實現(xiàn)，如何利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對暖通空調(diào)領(lǐng)域進(jìn)行研究是很多研究者關(guān)注的重點。在數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)與數(shù)據(jù)存儲的迅速發(fā)展背景下，基于數(shù)據(jù)挖掘和數(shù)據(jù)驅(qū)動的優(yōu)化操作控制模式逐漸被重視，可以有效實現(xiàn)基于實際數(shù)據(jù)的既有控制策略優(yōu)化與基于預(yù)測的前饋控制，都為暖通空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行與控制提供了最優(yōu)化的控制策略。

4 結(jié)語

綜上所述，數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)不僅可以促進(jìn)建筑暖通領(lǐng)域的全面創(chuàng)新與發(fā)展，實現(xiàn)建筑暖通系統(tǒng)的能耗數(shù)據(jù)分析、故障檢測與診斷、優(yōu)化運(yùn)行與控制，還可以挖掘出暖通空調(diào)運(yùn)行數(shù)據(jù)間的關(guān)系與規(guī)律，實現(xiàn)建筑系統(tǒng)的最大節(jié)能潛力，保障建筑暖通領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展。