劉愛平

（甘肅建總置業(yè)發(fā)展有限公司，甘肅 蘭州 730050）

在深入研究中發(fā)現(xiàn)，建筑行業(yè)作為全球能源消耗的重要領(lǐng)域之一，建筑產(chǎn)業(yè)在市場運營中所產(chǎn)生的能耗，占全球總能耗的30%，同時，電氣耗能又是建筑耗能中的主要構(gòu)成。因此，建筑電氣節(jié)能控制對于降低建筑能耗、減少碳排放具有重要意義[1]。為落實此項工作，各國政府紛紛出臺建筑節(jié)能政策，推動建筑電氣節(jié)能控制的發(fā)展。例如，中國政府在“十四五”規(guī)劃中明確提出要大力推廣可再生能源、節(jié)能環(huán)保等綠色低碳技術(shù)，加強建筑電氣節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新和應(yīng)用。

建筑電氣節(jié)能控制可以提高能源利用效率，減少能源浪費。通過優(yōu)化電氣系統(tǒng)設(shè)計、選用高效節(jié)能設(shè)備、實施能源管理措施等手段，可以顯著降低建筑電氣的能源消耗量，提高能源利用效率。同時，建筑電氣節(jié)能控制可以降低碳排放量，減輕環(huán)境污染[2]。為促進經(jīng)濟效益和技術(shù)創(chuàng)新，建筑行業(yè)必須采取措施加強建筑電氣節(jié)能控制，降低能源消耗量和碳排放量，為可持續(xù)發(fā)展作出貢獻。

1 應(yīng)用自適應(yīng)預(yù)測控制器

根據(jù)建筑電氣的節(jié)能控制要求，本文設(shè)計的控制流程如圖1 所示。

圖1 建筑電氣節(jié)能控制流程圖

其中初始化包含對控制器參數(shù)的設(shè)定、溫度給定值的設(shè)定以及風道壓力的設(shè)定。在上述流程中，控制器是其核心部分。通過控制器根據(jù)風道靜壓、總溫度差等參數(shù)的變化，結(jié)合預(yù)測器的預(yù)測得到下一時刻輸出，調(diào)整控制器控制策略實現(xiàn)控制[3]。本文設(shè)計的節(jié)能控制方法中，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測器與T-S 遞歸模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制器相結(jié)合，通過預(yù)測能量需求實現(xiàn)對建筑電氣的實時調(diào)節(jié)控制，以此確保所需能量與建筑電氣輸出能量相匹配[4]。圖2 為自適應(yīng)預(yù)測控制器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 自適應(yīng)預(yù)測控制器的基本結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 中，通過預(yù)測器中被控對象的輸出、室內(nèi)外溫度和濕度的變化等參數(shù)，對建筑電氣的載荷進行實時地跟蹤與辨識[5]。同時，根據(jù)預(yù)測得到的結(jié)果對控制器的運行參數(shù)進行適時調(diào)整，并改變控制器的控制策略。在控制器中，其T-S 模糊模型規(guī)則可表示為公式（1）。

2 建筑電氣模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測節(jié)能控制

建筑電氣能耗是建筑能源消耗的主要部分，因此，通過預(yù)測建筑電氣的能耗并實施有效的節(jié)能控制策略，對于降低建筑能源消耗、減少能源浪費以及提高建筑能效具有重要意義[6]。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種以模糊邏輯為基礎(chǔ)，以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的預(yù)測模型，能夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測未來的能耗。在建筑電氣節(jié)能控制中，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以用于預(yù)測建筑電氣的能耗、溫度、濕度等參數(shù)，為節(jié)能控制提供依據(jù)。為了提高建筑電氣預(yù)測器的預(yù)測精度，采用具有強大記憶功能的Elman 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有動態(tài)特性和遞歸作用。這種方法可以將預(yù)測結(jié)果和輸入變量進行有機地整合，增強動態(tài)存儲能力，并提高預(yù)測的準確性。

Elman 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，具有自反饋機制，能夠?qū)⑾惹暗妮敵龇答伒骄W(wǎng)絡(luò)的輸入端，以便在新的輸入到來時，網(wǎng)絡(luò)能夠利用先前的記憶來處理新的輸入。這種記憶特性使得Elman 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在處理具有時序關(guān)系的輸入數(shù)據(jù)時具有優(yōu)勢。

在建筑電氣預(yù)測中，Elman 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以用來預(yù)測建筑電氣的能耗、溫度等輸出。通過將過去的輸入數(shù)據(jù)作為網(wǎng)絡(luò)的反饋輸入，Elman 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以學(xué)習(xí)到建筑電氣的動態(tài)特性，并利用這些特性來預(yù)測未來的輸出。此外，Elman 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的動態(tài)記憶功能還可以在預(yù)測過程中考慮到建筑電氣在運行中的動態(tài)變化，從而提高預(yù)測精度。圖3 為Elman網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 Elman 網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)示意圖

該方法充分利用 Elman 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)報器對動力學(xué)特性進行映射的特性，使得控制器能夠?qū)r變特性進行自適應(yīng)。從而提高控制器的學(xué)習(xí)速度，增強其逼近能力。此外，這種方法還可以避免控制器陷入局部極小值，顯著提高控制器的動態(tài)性能和穩(wěn)態(tài)性能。在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，誤差函數(shù)可表示為公式（3）。

式中，E n(τ)代表網(wǎng)絡(luò)誤差；P代表樣本數(shù)量；ydk代表輸出層各個節(jié)點的期望值；yk代表輸出層各節(jié)點實際輸出。

根據(jù)預(yù)測結(jié)果，可以實施一系列相應(yīng)的節(jié)能控制策略，以達到有效降低建筑電氣能耗的目標。例如，可以通過調(diào)整空調(diào)的溫度設(shè)定，使得在滿足舒適度需求的前提下，盡量減少冷暖空調(diào)的能耗。另外，還可以調(diào)整照明系統(tǒng)的亮度，使用更高效的照明設(shè)備，或者根據(jù)實際需要，智能化地控制照明系統(tǒng)，避免不必要的能源浪費。

在實施這些節(jié)能控制策略后，需要對建筑電氣的能耗等參數(shù)進行密切地監(jiān)測。這些監(jiān)測數(shù)據(jù)可以提供實際節(jié)能效果的反饋，明確哪些控制策略更有效，哪些需要改進或優(yōu)化。例如，如果在實施空調(diào)溫度調(diào)整策略后發(fā)現(xiàn)能耗并未明顯下降，可能需要進一步分析原因，可能是由于空調(diào)設(shè)備老化或維護不當導(dǎo)致的能耗不降反升。在這種情況下，需要根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對控制策略進行調(diào)整和優(yōu)化。例如，可能會對空調(diào)設(shè)備進行維護或更換，以更有效地降低能耗。

3 節(jié)能效果分析

隨著全球能源短缺和環(huán)境污染問題的日益嚴重，建筑行業(yè)的能源消耗和碳排放量已成為人們關(guān)注的焦點。建筑電氣節(jié)能控制作為其中的重要環(huán)節(jié)，其必要性日益凸顯。根據(jù)大量的研究與實踐可知，建筑電氣節(jié)能控制可以促進技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)升級。為了實現(xiàn)建筑電氣節(jié)能控制目標，需要不斷研發(fā)新的節(jié)能技術(shù)和設(shè)備，推動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新，此項工作不僅可以提高企業(yè)的競爭力，還可以為國家的經(jīng)濟發(fā)展注入新的動力，為深化此項工作，本文結(jié)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，對此展開了全面的設(shè)計與研究。

為檢驗提出的節(jié)能控制方法是否能在應(yīng)用中達到預(yù)期效果，參照塔式結(jié)構(gòu)，設(shè)計節(jié)能效果分析指標，其中塔式結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

圖4 建筑電氣節(jié)能控制效果分析指標的塔式結(jié)構(gòu)

圖4 中各符號解釋見表1 所示。參照上述圖4 所示的結(jié)構(gòu)，在進行節(jié)能控制效果分析指標的設(shè)計中，應(yīng)基于科學(xué)原理，能夠客觀、真實地反映建筑電氣節(jié)能控制的實際情況和效果，同時，所選用的指標應(yīng)具有系統(tǒng)性，能夠涵蓋建筑電氣節(jié)能控制的各個方面，如能源消耗、碳排放、經(jīng)濟效益等。為確保分析的客觀性，指標的選擇應(yīng)遵循動態(tài)性原則，能夠適應(yīng)建筑電氣節(jié)能控制的發(fā)展變化，及時調(diào)整和完善指標體系，反映實際情況。參照上述標準，從技術(shù)層面、經(jīng)濟層面、功能層面，進行節(jié)能效果分析指標的選用，如表1 所示。

表1 建筑電氣節(jié)能控制效果分析指標的選用

對上述表1 中的內(nèi)容進行賦值，以指標選用宏觀層面中的技術(shù)層面為例，對其中的4 個指標在不同情況下的取值或得分情況進行分析，相關(guān)內(nèi)容如表2 所示。

表2 宏觀層面中的技術(shù)層面指標賦值

參照上述方式，對經(jīng)濟層面8 個指標與功能層面8 個指標進行賦值，通過此種方式，初步掌握不同指標在建筑電氣節(jié)能分析中的取值。

在上述內(nèi)容的基礎(chǔ)上，建立模糊模型，根據(jù)建筑的實際節(jié)能情況，進行試點工程節(jié)能控制設(shè)計前、后，基于不同層面分析的控制效果。通常情況下，將建筑電氣節(jié)能控制效果劃分為3 種分類，分別為“節(jié)能級”“一般節(jié)能級”和“不節(jié)能級”。參照表2 中的內(nèi)容，“節(jié)能級建筑電氣”的得分基于宏觀角度分析應(yīng)為80～100 分，“一般節(jié)能級建筑電氣”的得分基于宏觀角度分析應(yīng)為60～80 分，“不節(jié)能級建筑電氣” 的得分基于宏觀角度分析應(yīng)＜60 分。經(jīng)過專家組與技術(shù)人員的綜合評定與分析，試點工程節(jié)能控制設(shè)計前的得分為75 分，而節(jié)能控制設(shè)計后的得分為94 分。

4 結(jié)語

全球能源資源日益緊張，石油、煤炭等傳統(tǒng)能源儲備量有限，同時能源開采和使用對環(huán)境造成了嚴重破壞。為了應(yīng)對能源短缺和環(huán)境問題，世界各國紛紛提出節(jié)能減排的政策措施，以促進可持續(xù)發(fā)展。為落實并推進此項工作，本文以某建筑工程項目為例，開展了電氣節(jié)能控制方法的設(shè)計研究，得到如下所示的結(jié)論：本研究的設(shè)計方法，可以提高建筑電氣節(jié)能控制水平，根據(jù)建筑實際情況，按照規(guī)范引進神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對其進行節(jié)能設(shè)計，可以保障建筑電氣設(shè)計達到“節(jié)能級”。以此種方式，為建筑電氣節(jié)能設(shè)計與規(guī)劃指示全新方向。