人工智能技术在建筑能耗管理系统中的节能应用

杨彦盈　郝杰

摘要：能源是人类赖以生存的物质基础，其在人们的生活中有着举足轻重的作用。那么，在使用能源过程中应尽可能减少不必要的消耗浪费，合理优化，做到更精细化、更人性化的能源管理。人工智能技术的发展，赋予我们的建筑更加智能的一面，本文就建筑节能系统中引入人工智能技术，结合实际应用场景，来弥补人为节能管理的不足，以达到节能低碳的目标。

关键词：人工智能;智能建筑;节能

1. 引言

能源是现代社会不可或缺的物质基石，目前能源消耗量与日俱增，节能低碳成为了跨世纪的主题，根据中国建筑节能协会能耗专委会2020年年会发布的《中国建筑能耗研究报告（2020）》，全国建筑全过程碳排放总量为49.3亿吨 CO，超过全国碳排放量的一半。可见，建筑节能的研究对于节能低碳有着重要意义。物联网时代构建了建筑物数据感知网络，通过在建筑节能系统策略中引入人工智能技术对感知数据的处理，将为建筑带来更精细化、更合理化的节能优化建议，提高智能建筑节能的有效性。

2. 建筑能耗管理系统

从建筑运维角度来讲，建筑能耗即建筑的运行能耗，就是指人们的日常耗能，如照明、空调、采暖等的能耗，这是建筑能耗中的主导部分。如图1所示，建筑能耗管理系统EMS（Energy Management System），是集成各种计量仪表，如冷热水表、燃气表、流量计以及风机盘管温控器等仪器对用户使用的各种能耗进行计量，采用远程传输的方式实时采集能耗数据，实现建筑能耗的在线监测和动态分析，方便物业管理人员监控、管理、收费和维护等工作。

建筑能耗管理系统利用自动抄表技术，提高了数据采集效率，可以清楚记录分析能源消耗量，计算相关费用，降低了人力运维成本。但是，我们常见的建筑能耗管理系统在对能耗数据的分析以及在节能优化策略上还不够精细，仅根据经验数据提供一些简单的节能建议，对节约能源还有更高的提升空间。

3.人工智能技术的建筑节能应用

随着物联网、大数据、云计算等新ICT技术的迅猛发展，为我们提供了庞大和准确的建筑能耗数据，而深度学习的技术突破，人工智能技术的引入，可以更加精准的帮助我们降低能耗。

3.1建筑节能自诊断应用

在提供节能策略前，首先必须对建筑物进行诊断以提供优化方法，通过人工智能技术，实现建筑节能自诊断，彻底改变软件功能复杂、操作困难等技术难题，同时在时间与费用的考量上使客户容易接受，这也将使节能推广成效更显著。

采用人工智能技术实现建筑节能自诊断应用，首先在系统平台中广纳建筑师、空调技师、机电技师、设备厂家的意见，并连结相关政府能源部门资料库的节能标章设备，将平台接口简化。通过数据对比和分析，包括设定建筑内部负载、设备排程、空调等数据，或直接套用平台标准建筑模型及参数缺省值，快速完成建筑能源模型的设定和建立，一次性进行大量建筑的节能诊断，为节能策略提供ROI分析。

3.2AI算法节能优化策略应用

通过人工智能技术为节能策略提供数据支撑后，如何选用最优的节能策略也将是人工智能技术在建筑能耗管理系统中的主要体现。通过收集历史数据建立模型，对实时数据进行迭代，采用深度学习的方法，为系统提供节能优化运行指导策略。如图2所示：

平台不断地进行机器训练学习，通过DNN、CNN、RNN等网络将人类的学习决策能力转换为机器能够识别动作的能力，引用大量专家构成的专家信息系统 结合计算机模型做出决策，用来指导训练机器学习。通过人工智能技术引入专家决策系统，使用准确的思维逻辑判断准则训练系统，使得整个建筑能耗系统更加智慧。通过引进建筑设备控制专家的理论知识和实践经验数学模型，结合建筑各种数据来进行能源异常检测，避免减少能源冗余消耗，做到真正精细化管理。例如，建筑物某部位没有个体人的存在，系统可以结合采集数据分析，学习专家决策，考虑关停该部位的空调、电灯，这样可以减少水能、电能、热能等能源消耗。应用人工智能技術，可以实现智能建筑对于复杂事件的自我修复问题，可以减少人为干预，避免人为疏忽等耗能因素，更进一步提高节能效率。

4.结束语

人工智能技术迅速发展，将更容易推动建筑节能减排的应用。人工智能技术在建筑能耗系统中的应用，体现出了技术的优势性和可行性。基于多维度的实际数据建模，体现系统做原始的运行特性，让我们的能耗管理真实性更强;实时适用于多种工况，通过在线学习最新数据，训练调整模型，实现能耗自诊断能力;预测负荷需求，采用馈前策略，做到提前准备;实时数据优化，采用机器学习方法，对大量控制参数同步调优，并能实现能耗趋势预判;大量的数据通过机器处理，而且可以利用机组真实的历史数据进行离线训练，使得整个投入成本可控，部署也变得简单。

参考文献：

[1]《中国建筑能耗研究报告（2020）》[J].中国建筑节能协会.建筑节能（中英文）. 2021，49（02）

[2]《人工智能技术在智能建筑中的运用分析》[J].王淳.建筑实践.2020，（5）

[3]《物联网在智能建筑中的应用》》[J].李元波.智能建筑与智慧城市. 2021，（06）

[4]《人工智能技术在智能建筑中的应用》[J].韩震.科技创新与应用. 2020，（10）

[5]《广东省开展超低能耗建筑、近零能耗以及零能耗建筑发展研究》.建筑节能. 2020，48（05）