人工智能技術在建筑能耗管理系統中的節能應用

楊彥盈　郝杰

摘要：能源是人類賴以生存的物質基礎，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盡可能減少不必要的消耗浪費，合理優化，做到更精細化、更人性化的能源管理。人工智能技術的發展，賦予我們的建筑更加智能的一面，本文就建筑節能系統中引入人工智能技術，結合實際應用場景，來彌補人為節能管理的不足，以達到節能低碳的目標。

關鍵詞：人工智能;智能建筑;節能

1. 引言

能源是現代社會不可或缺的物質基石，目前能源消耗量與日俱增，節能低碳成為了跨世紀的主題，根據中國建筑節能協會能耗專委會2020年年會發布的《中國建筑能耗研究報告（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。可見，建筑節能的研究對于節能低碳有著重要意義。物聯網時代構建了建筑物數據感知網絡，通過在建筑節能系統策略中引入人工智能技術對感知數據的處理，將為建筑帶來更精細化、更合理化的節能優化建議，提高智能建筑節能的有效性。

2. 建筑能耗管理系統

從建筑運維角度來講，建筑能耗即建筑的運行能耗，就是指人們的日常耗能，如照明、空調、采暖等的能耗，這是建筑能耗中的主導部分。如圖1所示，建筑能耗管理系統EMS（Energy Management System），是集成各種計量儀表，如冷熱水表、燃氣表、流量計以及風機盤管溫控器等儀器對用戶使用的各種能耗進行計量，采用遠程傳輸的方式實時采集能耗數據，實現建筑能耗的在線監測和動態分析，方便物業管理人員監控、管理、收費和維護等工作。

建筑能耗管理系統利用自動抄表技術，提高了數據采集效率，可以清楚記錄分析能源消耗量，計算相關費用，降低了人力運維成本。但是，我們常見的建筑能耗管理系統在對能耗數據的分析以及在節能優化策略上還不夠精細，僅根據經驗數據提供一些簡單的節能建議，對節約能源還有更高的提升空間。

3.人工智能技術的建筑節能應用

隨著物聯網、大數據、云計算等新ICT技術的迅猛發展，為我們提供了龐大和準確的建筑能耗數據，而深度學習的技術突破，人工智能技術的引入，可以更加精準的幫助我們降低能耗。

3.1建筑節能自診斷應用

在提供節能策略前，首先必須對建筑物進行診斷以提供優化方法，通過人工智能技術，實現建筑節能自診斷，徹底改變軟件功能復雜、操作困難等技術難題，同時在時間與費用的考量上使客戶容易接受，這也將使節能推廣成效更顯著。

采用人工智能技術實現建筑節能自診斷應用，首先在系統平臺中廣納建筑師、空調技師、機電技師、設備廠家的意見，并連結相關政府能源部門資料庫的節能標章設備，將平臺接口簡化。通過數據對比和分析，包括設定建筑內部負載、設備排程、空調等數據，或直接套用平臺標準建筑模型及參數缺省值，快速完成建筑能源模型的設定和建立，一次性進行大量建筑的節能診斷，為節能策略提供ROI分析。

3.2AI算法節能優化策略應用

通過人工智能技術為節能策略提供數據支撐后，如何選用最優的節能策略也將是人工智能技術在建筑能耗管理系統中的主要體現。通過收集歷史數據建立模型，對實時數據進行迭代，采用深度學習的方法，為系統提供節能優化運行指導策略。如圖2所示：

平臺不斷地進行機器訓練學習，通過DNN、CNN、RNN等網絡將人類的學習決策能力轉換為機器能夠識別動作的能力，引用大量專家構成的專家信息系統 結合計算機模型做出決策，用來指導訓練機器學習。通過人工智能技術引入專家決策系統，使用準確的思維邏輯判斷準則訓練系統，使得整個建筑能耗系統更加智慧。通過引進建筑設備控制專家的理論知識和實踐經驗數學模型，結合建筑各種數據來進行能源異常檢測，避免減少能源冗余消耗，做到真正精細化管理。例如，建筑物某部位沒有個體人的存在，系統可以結合采集數據分析，學習專家決策，考慮關停該部位的空調、電燈，這樣可以減少水能、電能、熱能等能源消耗。應用人工智能技術，可以實現智能建筑對于復雜事件的自我修復問題，可以減少人為干預，避免人為疏忽等耗能因素，更進一步提高節能效率。

4.結束語

人工智能技術迅速發展，將更容易推動建筑節能減排的應用。人工智能技術在建筑能耗系統中的應用，體現出了技術的優勢性和可行性。基于多維度的實際數據建模，體現系統做原始的運行特性，讓我們的能耗管理真實性更強;實時適用于多種工況，通過在線學習最新數據，訓練調整模型，實現能耗自診斷能力;預測負荷需求，采用饋前策略，做到提前準備;實時數據優化，采用機器學習方法，對大量控制參數同步調優，并能實現能耗趨勢預判;大量的數據通過機器處理，而且可以利用機組真實的歷史數據進行離線訓練，使得整個投入成本可控，部署也變得簡單。

參考文獻：

[1]《中國建筑能耗研究報告（2020）》[J].中國建筑節能協會.建筑節能（中英文）. 2021，49（02）

[2]《人工智能技術在智能建筑中的運用分析》[J].王淳.建筑實踐.2020，（5）

[3]《物聯網在智能建筑中的應用》》[J].李元波.智能建筑與智慧城市. 2021，（06）

[4]《人工智能技術在智能建筑中的應用》[J].韓震.科技創新與應用. 2020，（10）

[5]《廣東省開展超低能耗建筑、近零能耗以及零能耗建筑發展研究》.建筑節能. 2020，48（05）