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摘要:提出了一種基于典型建筑能源管理系統(tǒng)中采用規(guī)則集的智能決策支持模型。此外，還介紹了該模型對北京典型建筑能耗和室內(nèi)質(zhì)量的影響，該模型可以控制建筑物運行數(shù)據(jù)如何偏離設(shè)置，以及對內(nèi)部條件進行診斷，并優(yōu)化建筑物的能量運行。在這種情況下，集成的“決策支持模型”可以有助于管理一個典型建筑的日常能源運作及與能源消耗有關(guān)的運作，該模型主要包含以下兩個方面:1)保證所有建筑物內(nèi)房間的生活質(zhì)量;2)節(jié)約能源。

關(guān)鍵詞:智能模型;建筑能源管理系統(tǒng);規(guī)則集

引言

建筑物是增長最快的能源供應(yīng)部門之一。據(jù)估計，歐盟(EU)建筑所消耗的能量達到總能耗的40%—45%［1］，其中約三分之二用于住宅。目前十年中，第三產(chǎn)業(yè)和住宅部門的能源需求分別每年增長1．2%和1%［2］。因此，歐盟的上述部門的能源使用大約占溫室氣體(GHG)排放量的50%［2］。此外，特別是在價格波動、人口快速增長和技術(shù)發(fā)展的情況下，對保證必要的熱舒適性、視覺舒適性和室內(nèi)空氣品質(zhì)的要求也在增加。在這種背景下，目前的工作重點是在滿足能源建筑對能源需求前提下，通過盡可能少的能源成本和環(huán)境保護手段來確保運營需求。以上述需求為目標(biāo)，由于該系統(tǒng)有助于連續(xù)能源管理，因此在節(jié)約能源方面，建筑能源管理系統(tǒng)(BEMS)將起到非常重要作用。建筑能源管理系統(tǒng)普遍采用對主動控制系統(tǒng)，即采暖，通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)(HVAC)的開啟，可以根據(jù)業(yè)主需求決定操作時間。在上述工作中，建筑能源管理系統(tǒng)將直接影響建筑的能源消耗以及建筑內(nèi)業(yè)主的舒適度。隨著計算機技術(shù)、電信和信息技術(shù)的進步，建筑能源系統(tǒng)也有了更新的發(fā)展。在這一背景下，國際文獻中提出了許多改進系統(tǒng)控制的現(xiàn)代技術(shù)和方法。據(jù)我們所知，目前已提出了采暖、通風(fēng)、空調(diào)系統(tǒng)中控制技術(shù)，如極點配置，最優(yōu)調(diào)節(jié)器和自適應(yīng)控制等技術(shù)。并提出了更多的計算機化方法，如遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)［3］，用于特殊HVAC系統(tǒng)的優(yōu)化控制，以及其他一些優(yōu)化建筑物的系統(tǒng)控制的方法，包括經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀⒓訖?quán)語言模糊規(guī)則［3］、模擬優(yōu)化［3］和在線自適應(yīng)控制。針對室內(nèi)環(huán)境管理已開發(fā)出基于遺傳算法、優(yōu)化模糊控制器的綜合控制系統(tǒng)，及基于信息庫的占用預(yù)測系統(tǒng)，并對這些系統(tǒng)進行應(yīng)用測試。此外，BEMS正在開發(fā)應(yīng)用于智能建筑，并且為現(xiàn)代智能建筑和控制系統(tǒng)提供了大量的研究依據(jù)。在上述研究的基礎(chǔ)上，顯然需要建立一個集成的“決策支持模型”來管理典型建筑的日常能源運作，該模型需要滿足以下兩個要求:1)保證所有建筑物內(nèi)房間的生活質(zhì)量水平;2)節(jié)約能源。在這種情況下，智能決策支持模型，可以控制建筑操作數(shù)據(jù)如何偏離設(shè)置，以及進行內(nèi)部條件的診斷和優(yōu)化建筑物的能源運作。此外，規(guī)則集的方法和技術(shù)是代表BEMS系統(tǒng)中更智能化的一種非常有效的方法。本文的主要目的是提出一種可在所有相關(guān)的能源建筑的操作管理中使用基于規(guī)則集智能BEMS系統(tǒng)。

1方法論

決策支持模型的基礎(chǔ)設(shè)施是基于典型的BEMS邏輯的特性。如圖1所示，該模型的理論是基于模型的通用概念，該模型適用于任何已提供區(qū)域及其元素的適當(dāng)“映射”的建筑物規(guī)范要求。模型包括以下組件:1)室內(nèi)傳感器:測量或記錄建筑區(qū)域的溫度、相對濕度、空氣質(zhì)量、運動和亮度的傳感器。2)戶外傳感器:用于室外條件的傳感器，如溫度、相對濕度和亮度等，這對于EF模型的運行是必不可少的。3)控制器:該組件包括開關(guān)、膜片、閥門、執(zhí)行器等。4)決策單元:單元包括實時決策支持，具有以下功能:將專家和智能系統(tǒng)技術(shù)結(jié)合起來，以便根據(jù)建筑物的要求選擇合適的內(nèi)徑。與樓宇控制器進行溝通，以供決策之用。與傳感器的相互作用，用于診斷建筑物的狀態(tài)，建筑能量的制定。5)數(shù)據(jù)庫:包括建筑能耗特征數(shù)據(jù)庫和知識數(shù)據(jù)庫，其中記錄所有必要的信息。更具體地說，程序流程如圖2所示。圖2模型流程圖6)用戶要求:建筑物內(nèi)的用戶對室內(nèi)條件的要求設(shè)定值來控制參數(shù)，即溫度、相對濕度、空氣質(zhì)量和亮度。7)參數(shù)比較結(jié)果如下:如果用戶輸入與參數(shù)范圍(NO)之間沒有偏差，則選擇用戶的輸入。如果用戶輸入與參數(shù)范圍之間存在偏差(Y)，則模型如下:如果模型狀態(tài)被設(shè)置為“手動”，則模型忽略偏差并使用用戶的輸入。如果模型狀態(tài)設(shè)置為“自動”，該模型將用戶輸入在參數(shù)范圍內(nèi)初始化，并選擇與用戶輸入最小偏差的值。8)干預(yù)必要性:在確定用戶需求之后，通過適當(dāng)?shù)膫鞲衅饔涗洰?dāng)前室內(nèi)條件，并計算它們之間的偏差。如果在當(dāng)前狀態(tài)和用戶輸入狀態(tài)之間沒有偏差，則控制程序退出而不進行干預(yù)。如果發(fā)生偏差，則控制程序進行干預(yù)。9)干預(yù)選擇:當(dāng)出現(xiàn)干預(yù)選擇時，該模型將決定適當(dāng)?shù)母深A(yù)方法。通過邏輯和比較序列，決策單元進行干預(yù)，并為建筑物的控制器產(chǎn)生足夠的信號。特別是，以下數(shù)據(jù)源用于選擇適當(dāng)?shù)母深A(yù)方法。總之，模型的決策是一系列的信號和命令，用于控制器和執(zhí)行器，用于模型輸出的應(yīng)用。就上述而言，該模型具有調(diào)節(jié)(借助于規(guī)則)智能干預(yù)的能力，以確保熱舒適性和節(jié)能性，例如:評估和比較當(dāng)前的建筑負荷與理想的負荷(從歷史數(shù)據(jù))，并在極端能源消耗的情況下，根據(jù)每個地區(qū)的特殊需要來減少其中的一些。通過使用歷史數(shù)據(jù)計算熱和空氣質(zhì)量指數(shù)，并確定區(qū)域?qū)娂痈深A(yù)的適應(yīng)能力。根據(jù)注冊能源文件，激活適當(dāng)?shù)某绦颍A(yù)熱和關(guān)閉設(shè)備在一定的時間瞬間。

2模型建立

決策支持單元采用以下軟件工具和應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn):1)利用Access開發(fā)了建筑能耗特征數(shù)據(jù)庫和知識庫。2)采用VisualBasic6．0編程語言實現(xiàn)通過建筑物的數(shù)據(jù)庫、傳感器和控制器提供互連性。3)采用Clip—特別是在Spring2002中的版本6．2，嵌入在模型中，以提供模型的規(guī)則處理和對決策過程的推理。在圖3中圖示了所提出的決策單元的體系結(jié)構(gòu)。決策支持單元設(shè)計的目的是利用由BEMS操作記錄的數(shù)據(jù)改變規(guī)則集。在這一背景下，對一個典型的建筑進行建模，并對室內(nèi)條件和建筑的機電部件進行控制，并對其進行參數(shù)化。其中，參數(shù)被分類如下:輸入?yún)?shù):第一組包括關(guān)于室內(nèi)條件和時間安排的參數(shù)。輸出參數(shù):第二組參數(shù)涉及模型控制器和執(zhí)行器。支持參數(shù):這套參數(shù)記錄了房間的便利性或控制性。本文創(chuàng)建了一組規(guī)則集，覆蓋了典型建筑物的所有可能請求。這些規(guī)則結(jié)合輸入和輸出參數(shù)，有以下分類:1)內(nèi)部舒適條件，2)建筑節(jié)能，3)決策支持單元的兼容性。基于這些規(guī)則集，決策單元的程序步驟如下:1)系統(tǒng)初始化:關(guān)于溫度、相對濕度和空氣質(zhì)量的輸入變量的規(guī)則允許的范圍，應(yīng)該適用于舒適性和節(jié)能性。2)干預(yù)的必要性:為干預(yù)加熱，冷卻，水化，脫水，通風(fēng)和照明規(guī)則確定適當(dāng)?shù)拈撝担?)室內(nèi)條件的偏差縮放:該規(guī)則用于識別用戶需求與當(dāng)前區(qū)域或房間條件之間的偏差以調(diào)試所有控制參數(shù)。4)干預(yù)選擇:規(guī)則的選擇應(yīng)涵蓋所需的干預(yù)動作。這些動作包括打開/關(guān)閉建筑物的組件，并確定這些組件是否用于調(diào)節(jié)室內(nèi)條件。5)干預(yù)強度確定:根據(jù)每個區(qū)域或房間的指標(biāo)和電子設(shè)備的規(guī)模，規(guī)則確定干預(yù)的強度。

3結(jié)論

計算機與信息技術(shù)的結(jié)合已成為現(xiàn)代的新興技術(shù)，這種中央?yún)f(xié)調(diào)系統(tǒng)能夠監(jiān)測和控制與建筑物有關(guān)的許多活動和服務(wù)。該決策支持系統(tǒng)有助于對典型建筑物的日常運作進行持續(xù)的能源管理，從而為建筑物居住者提供舒適居住條件，盡量減少能源消耗和成本。在上述背景下，所提出的使用規(guī)則集進行建筑能源管理的智能模型是一個具有創(chuàng)新和實用性的決策支持系統(tǒng)，旨在保障理想的生活質(zhì)量水平以及為環(huán)境保護節(jié)約能源。該系統(tǒng)通過將建筑物的能源知識轉(zhuǎn)化為若干規(guī)則并最終轉(zhuǎn)化為對驅(qū)動裝置的電子指令，實現(xiàn)了對建筑物能源消耗的集中監(jiān)控。特別指出，系統(tǒng)利用專家知識，對建筑能源提供有力的管理保證，通過智能監(jiān)控、優(yōu)化的HVAC中央系統(tǒng)和照明控制，可以檢測和消除“錯誤”系統(tǒng)決策。

作者：葛晶晶 單位：太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息工程系