人工智能技術(shù)在建筑能耗管理系統(tǒng)中的節(jié)能應(yīng)用

楊彥盈　郝杰

摘要：能源是人類賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，其在人們的生活中有著舉足輕重的作用。那么，在使用能源過程中應(yīng)盡可能減少不必要的消耗浪費(fèi)，合理優(yōu)化，做到更精細(xì)化、更人性化的能源管理。人工智能技術(shù)的發(fā)展，賦予我們的建筑更加智能的一面，本文就建筑節(jié)能系統(tǒng)中引入人工智能技術(shù)，結(jié)合實(shí)際應(yīng)用場景，來彌補(bǔ)人為節(jié)能管理的不足，以達(dá)到節(jié)能低碳的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：人工智能;智能建筑;節(jié)能

1. 引言

能源是現(xiàn)代社會不可或缺的物質(zhì)基石，目前能源消耗量與日俱增，節(jié)能低碳成為了跨世紀(jì)的主題，根據(jù)中國建筑節(jié)能協(xié)會能耗專委會2020年年會發(fā)布的《中國建筑能耗研究報(bào)告（2020）》，全國建筑全過程碳排放總量為49.3億噸 CO，超過全國碳排放量的一半?？梢?，建筑節(jié)能的研究對于節(jié)能低碳有著重要意義。物聯(lián)網(wǎng)時代構(gòu)建了建筑物數(shù)據(jù)感知網(wǎng)絡(luò)，通過在建筑節(jié)能系統(tǒng)策略中引入人工智能技術(shù)對感知數(shù)據(jù)的處理，將為建筑帶來更精細(xì)化、更合理化的節(jié)能優(yōu)化建議，提高智能建筑節(jié)能的有效性。

2. 建筑能耗管理系統(tǒng)

從建筑運(yùn)維角度來講，建筑能耗即建筑的運(yùn)行能耗，就是指人們的日常耗能，如照明、空調(diào)、采暖等的能耗，這是建筑能耗中的主導(dǎo)部分。如圖1所示，建筑能耗管理系統(tǒng)EMS（Energy Management System），是集成各種計(jì)量儀表，如冷熱水表、燃?xì)獗怼⒘髁坑?jì)以及風(fēng)機(jī)盤管溫控器等儀器對用戶使用的各種能耗進(jìn)行計(jì)量，采用遠(yuǎn)程傳輸?shù)姆绞綄?shí)時采集能耗數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)建筑能耗的在線監(jiān)測和動態(tài)分析，方便物業(yè)管理人員監(jiān)控、管理、收費(fèi)和維護(hù)等工作。

建筑能耗管理系統(tǒng)利用自動抄表技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)采集效率，可以清楚記錄分析能源消耗量，計(jì)算相關(guān)費(fèi)用，降低了人力運(yùn)維成本。但是，我們常見的建筑能耗管理系統(tǒng)在對能耗數(shù)據(jù)的分析以及在節(jié)能優(yōu)化策略上還不夠精細(xì)，僅根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供一些簡單的節(jié)能建議，對節(jié)約能源還有更高的提升空間。

3.人工智能技術(shù)的建筑節(jié)能應(yīng)用

隨著物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新ICT技術(shù)的迅猛發(fā)展，為我們提供了龐大和準(zhǔn)確的建筑能耗數(shù)據(jù)，而深度學(xué)習(xí)的技術(shù)突破，人工智能技術(shù)的引入，可以更加精準(zhǔn)的幫助我們降低能耗。

3.1建筑節(jié)能自診斷應(yīng)用

在提供節(jié)能策略前，首先必須對建筑物進(jìn)行診斷以提供優(yōu)化方法，通過人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能自診斷，徹底改變軟件功能復(fù)雜、操作困難等技術(shù)難題，同時在時間與費(fèi)用的考量上使客戶容易接受，這也將使節(jié)能推廣成效更顯著。

采用人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能自診斷應(yīng)用，首先在系統(tǒng)平臺中廣納建筑師、空調(diào)技師、機(jī)電技師、設(shè)備廠家的意見，并連結(jié)相關(guān)政府能源部門資料庫的節(jié)能標(biāo)章設(shè)備，將平臺接口簡化。通過數(shù)據(jù)對比和分析，包括設(shè)定建筑內(nèi)部負(fù)載、設(shè)備排程、空調(diào)等數(shù)據(jù)，或直接套用平臺標(biāo)準(zhǔn)建筑模型及參數(shù)缺省值，快速完成建筑能源模型的設(shè)定和建立，一次性進(jìn)行大量建筑的節(jié)能診斷，為節(jié)能策略提供ROI分析。

3.2AI算法節(jié)能優(yōu)化策略應(yīng)用

通過人工智能技術(shù)為節(jié)能策略提供數(shù)據(jù)支撐后，如何選用最優(yōu)的節(jié)能策略也將是人工智能技術(shù)在建筑能耗管理系統(tǒng)中的主要體現(xiàn)。通過收集歷史數(shù)據(jù)建立模型，對實(shí)時數(shù)據(jù)進(jìn)行迭代，采用深度學(xué)習(xí)的方法，為系統(tǒng)提供節(jié)能優(yōu)化運(yùn)行指導(dǎo)策略。如圖2所示：

平臺不斷地進(jìn)行機(jī)器訓(xùn)練學(xué)習(xí)，通過DNN、CNN、RNN等網(wǎng)絡(luò)將人類的學(xué)習(xí)決策能力轉(zhuǎn)換為機(jī)器能夠識別動作的能力，引用大量專家構(gòu)成的專家信息系統(tǒng) 結(jié)合計(jì)算機(jī)模型做出決策，用來指導(dǎo)訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)。通過人工智能技術(shù)引入專家決策系統(tǒng)，使用準(zhǔn)確的思維邏輯判斷準(zhǔn)則訓(xùn)練系統(tǒng)，使得整個建筑能耗系統(tǒng)更加智慧。通過引進(jìn)建筑設(shè)備控制專家的理論知識和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)數(shù)學(xué)模型，結(jié)合建筑各種數(shù)據(jù)來進(jìn)行能源異常檢測，避免減少能源冗余消耗，做到真正精細(xì)化管理。例如，建筑物某部位沒有個體人的存在，系統(tǒng)可以結(jié)合采集數(shù)據(jù)分析，學(xué)習(xí)專家決策，考慮關(guān)停該部位的空調(diào)、電燈，這樣可以減少水能、電能、熱能等能源消耗。應(yīng)用人工智能技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)智能建筑對于復(fù)雜事件的自我修復(fù)問題，可以減少人為干預(yù)，避免人為疏忽等耗能因素，更進(jìn)一步提高節(jié)能效率。

4.結(jié)束語

人工智能技術(shù)迅速發(fā)展，將更容易推動建筑節(jié)能減排的應(yīng)用。人工智能技術(shù)在建筑能耗系統(tǒng)中的應(yīng)用，體現(xiàn)出了技術(shù)的優(yōu)勢性和可行性。基于多維度的實(shí)際數(shù)據(jù)建模，體現(xiàn)系統(tǒng)做原始的運(yùn)行特性，讓我們的能耗管理真實(shí)性更強(qiáng);實(shí)時適用于多種工況，通過在線學(xué)習(xí)最新數(shù)據(jù)，訓(xùn)練調(diào)整模型，實(shí)現(xiàn)能耗自診斷能力;預(yù)測負(fù)荷需求，采用饋前策略，做到提前準(zhǔn)備;實(shí)時數(shù)據(jù)優(yōu)化，采用機(jī)器學(xué)習(xí)方法，對大量控制參數(shù)同步調(diào)優(yōu)，并能實(shí)現(xiàn)能耗趨勢預(yù)判;大量的數(shù)據(jù)通過機(jī)器處理，而且可以利用機(jī)組真實(shí)的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行離線訓(xùn)練，使得整個投入成本可控，部署也變得簡單。

參考文獻(xiàn)：

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