CN117146382B - 一种智能化调适系统优化方法 - Google Patents

一种智能化调适系统优化方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及智能化调适系统优化技术领域,涉及一种智能化调适系统优化方法,包括:获取历史室内外环境监测参数与历史智能化调适系统的运行状态及参数,并通过模拟软件建立初始数据库,将逐时获取的室外环境参数及人流量输入至预设的LSTM模型,以预测室内环境参数及智能化调适系统的运行状态及参数;将预测结果与初始数据库进行比对,确定初始数据库中对应的运行状态及参数,并针对预测的智能化调适系统的运行状态及参数进行能耗核算,判定是否为最优控制方案,若否,则以能耗达到最低对智能化调适系统的运行状态及参数进行优化,将此时的数据作为一组优化数据,并替换之前的未经优化数据,扩充并更新数据库,直至完成智能化调适系统的优化。

Description

一种智能化调适系统优化方法
技术领域
本发明涉及智能化调适系统优化技术领域,具体而言,涉及一种智能化调适系统优化方法。
背景技术
随着科技技术的不断发展,智能化调适系统如智能空调等新一代智能设备已走进了千家万户。就目前而言,智能化调适系统在运行过程中通常采用各个传感器对室内温度进行检测,从而根据检测结果对室内环境进行调控,其调控方式较为死板,且存在能耗较高的情况。智能化调适系统通常是为了提高人们在室内的舒适感,因此仅通过实时监测的室内环境参数作为调控条件的考量并不恰当,人流量等因素也是智能化调控系统进行调整的关键,现有针对智能化调适系统的研究无法提前做出相应的调整和优化,导致系统的性能和效率低下,且能耗水平较高。基于此,为了解决上述问题,我们设计了一种智能化调适系统优化方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能化调适系统优化方法,其通过优化室内外参数、人流量和智能化调适系统的参数之间的关系,能够实现室内环境的舒适性和节能性的提升,减少能耗,降低能源消耗和环境污染。
本发明的实施例通过以下技术方案实现:
一种智能化调适系统优化方法,该方法的步骤包括:
获取历史室内外环境监测参数与历史智能化调适系统的运行状态及参数,并通过模拟软件建立初始数据库,将逐时获取的室外环境参数及人流量输入至预设的LSTM模型,以预测室内环境参数及智能化调适系统的运行状态及参数;
将预测的室内环境参数与初始数据库中的室内环境参数进行比对,确定初始数据库中对应的智能化调适系统的运行状态及参数,根据实测的室内环境参数,并针对预测的智能化调适系统的运行状态及参数进行能耗核算,根据核算获取的能耗水平判定是否为最优控制方案,若否,则对智能化调适系统的运行状态及参数进行优化,使其能耗达到最低,将此时的室外环境参数、室内环境参数以及智能化调适系统的运行状态及参数作为一组优化数据,并替换之前的未经优化数据,扩充并更新数据库,直至完成智能化调适系统的优化。
可选的,所述通过模拟软件建立初始数据库,其具体通过EnergyPlus软件进行建立。
可选的,其中,通过EnergyPlus软件进行建立,其具体过程如下:
将历史室内外环境监测参数和历史智能化调适系统的运行状态及参数导入至EnergyPlus软件,同时引入建筑参数至EnergyPlus软件,以创建初始建筑模型;
初始化初始建筑模型的模拟参数,基于历史室内外环境监测参数和历史智能化调适系统的运行状态及参数设置初始建筑模型的模拟参数,运行EnergyPlus软件执行模拟,并将模拟结果存储至以MySQL或MongoDB创建的数据库中,形成所述初始数据库,并通过pandas库或Tableau进行可视化数据分析。
可选的,所述LSTM模型的构建过程如下:
获取历史室内外环境监测参数及人流量历史数据,对历史室内外环境监测参数及人流量历史数据进行预处理后,划分为训练数据和测试数据;
定义输入为室外环境参数和人流量,输出为室内环境参数和智能化调适系统的运行状态及参数,构建LSTM模型,通过训练数据训练模型,调整LSTM模型的权重以最小化预测误差,并通过测试数据评估LSTM模型的性能,输出完成训练的LSTM模型。
可选的,所述LSTM模型采用堆叠式LSTM模型,其目标函数如下:
其中,L为目标函数,为历史室内外环境监测参数及人流量历史数据经过预处理和划分后得到的训练数据和测试数据的样本个数,/>为室内环境参数和智能化调适系统的运行状态及参数的真实值,/>为室内环境参数和智能化调适系统的运行状态及参数的预测值。
可选的,所述堆叠式LSTM模型采用SGD进行优化,具体计算公式如下:
所述堆叠式LSTM模型采用SGD进行优化,具体计算公式如下:
其中,为更新后的模型参数,/>为模型参数,/>为学习率,/>为目标函数L关于模型参数/>的梯度。
可选的,所述对智能化调适系统的运行状态及参数进行优化,其具体计算方式如下:
其中,为目标函数,/>为能耗,/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>分别为各个参数的权重,/>为冷水机组的进水温度,/>为冷水机组的出水温度,/>为冷水机组的流量,为冷水机组的频率,/>为变频水泵的频率,/>为室内温度,/>为设定的室内温度,/>为室内湿度,/>为设定的室内湿度,/>为人流量,/>为智能化调适系统的总能耗,具体过程如下:
确定各个参数的初始值,包括冷水机组的进出水温度、流量、频率、变频水泵的频率、室内温度、设定的室内温度、室内湿度、设定的室内湿度、人流量,根据给定的参数数值,将参数代入公式中,计算出对应的能耗数值,在此过程中,通过调整各个参数的数值,采用梯度下降法对能耗数值进行优化,根据优化结果,更新参数的数值,并重新计算能耗数值,迭代更新直到能耗数值达到最低,求解最优的参数组合,完成智能化调适系统的运行状态及参数的优化。
本发明实施例的技术方案至少具有如下优点和有益效果:
本发明实施例通过获取历史室内外环境监测参数与历史智能化调适系统的运行状态及参数,设立数据库及预测模型,执行后续的数据比对及目标优化,并对数据库进行扩充和更新,不仅能够提高智能化调适系统的性能和效率,还能够实现室内环境的舒适性和节能性的提升,减少能耗,降低能源消耗和环境污染。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种智能化调适系统优化方法的逻辑示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
如图1所示,本发明提供了其中一种实施例:一种智能化调适系统优化方法,该方法的步骤包括:
获取历史室内外环境监测参数与历史智能化调适系统的运行状态及参数,并通过模拟软件建立初始数据库,将逐时获取的室外环境参数及人流量输入至预设的LSTM模型,以预测室内环境参数及智能化调适系统的运行状态及参数;
将预测的室内环境参数与初始数据库中的室内环境参数进行比对,确定初始数据库中对应的智能化调适系统的运行状态及参数,根据实测的室内环境参数,并针对预测的智能化调适系统的运行状态及参数进行能耗核算,根据核算获取的能耗水平判定是否为最优控制方案,若否,则对智能化调适系统的运行状态及参数进行优化,使其能耗达到最低,将此时的室外环境参数、室内环境参数以及智能化调适系统的运行状态及参数作为一组优化数据,并替换之前的未经优化数据,扩充并更新数据库,直至完成智能化调适系统的优化。
在本实施例中,本实施例所指代的智能化调适系统具体为建筑智能空调系统,里面涉及的环境监测参数均为温度、湿度等热工方面参数。基于建筑智能空调系统,本实施例通过获取历史室内外环境监测参数和智能化调适系统的运行状态及参数,并通过特定模拟软件建立初始数据库,能够为进一步优化智能化调适系统提供参考数据,用于后续的预测和优化。本实施例通过构建LSTM模型对逐时获取的室外环境参数和人流量进行预测,预测室内环境参数及智能化调适系统的运行状态及参数,能够帮助智能化调适系统提前做出调整和优化,以提高性能和效率;之后本实施例将预测的室内环境参数与初始数据库中的实际数据进行比对,以确定初始数据库中对应的智能化调适系统的运行状态及参数,并根据实测的室内环境参数和预测的系统参数,进行能耗核算,判断是否为最优控制方案,具体判断过程为能耗水平是否达到预期水平,可以理解的,预期水平具体根据智能化调适系统所处工作环境进行确定,如果达到预期水平,则确定为最优方案,如果未达到预期水平,则确定不是最优方案,则以优化算法对系统的运行状态和参数进行优化,以降低能耗;同时本实施例通过优化后的数据,扩充并更新数据库,能够提供更准确的数据支持,为决策提供参考。
在本实施例中,所述通过模拟软件建立初始数据库,其具体通过EnergyPlus软件进行建立。
在本实施例的具体应用中,其中,通过EnergyPlus软件进行建立,其具体过程如下:
将历史室内外环境监测参数和历史智能化调适系统的运行状态及参数导入至EnergyPlus软件,同时引入建筑参数至EnergyPlus软件,以创建初始建筑模型;
初始化初始建筑模型的模拟参数,基于历史室内外环境监测参数和历史智能化调适系统的运行状态及参数设置初始建筑模型的模拟参数,运行EnergyPlus软件执行模拟,并将模拟结果存储至以MySQL或MongoDB创建的数据库中,形成所述初始数据库,并通过pandas库或Tableau进行可视化数据分析。
更为具体的,本实施例通过EnergyPlus的建筑编辑器或其他建模软件创建建筑模型,并根据智能化调适系统所处环境的各项参数定义建筑的几何形状、材料属性、外部环境条件等,以作为后续步骤的输入数据。依次设置模拟参数,包括时间范围、时间步长等,并根据本实施例输入的历史数据,设置模拟中的室内外环境监测参数,以模拟建筑的室内环境,同时根据输入的历史智能化调适系统的运行状态及参数,设置模拟中的智能化调适系统的参数,以模拟建筑的智能化调适系统的行为,之后通过EnergyPlus执行模拟,生成建筑的能耗和室内环境的模拟结果,并导出模拟结果数据整理并存储到数据库中,以对数据库中的数据进行分析和可视化,可以理解的,此处的数据库建立完毕后仅为初始数据库,其主要依靠历史数据,后续依靠实时数据作为对数据库进行进一步优化。
在本实施例中,所述LSTM模型的构建过程如下:
获取历史室内外环境监测参数及人流量历史数据,对历史室内外环境监测参数及人流量历史数据进行预处理后,划分为训练数据和测试数据;
定义输入为室外环境参数和人流量,输出为室内环境参数和智能化调适系统的运行状态及参数,构建LSTM模型,通过训练数据训练模型,调整LSTM模型的权重以最小化预测误差,并通过测试数据评估LSTM模型的性能,输出完成训练的LSTM模型。
更为具体的,所述LSTM模型采用堆叠式LSTM模型,其目标函数如下:
其中,L为目标函数,为历史室内外环境监测参数及人流量历史数据经过预处理和划分后得到的训练数据和测试数据的样本个数,/>为室内环境参数和智能化调适系统的运行状态及参数的真实值,/>为室内环境参数和智能化调适系统的运行状态及参数的预测值,
在本实施例中,L代表损失函数,用于衡量预测值p与真实值y之间的差异程度。N表示样本数量,即历史室内外环境监测参数和人流量历史数据中的数据点个数,y表示真实值,即实际的室内环境参数和智能化调适系统的运行状态及参数,p表示预测值,即基于输入的室外环境参数和人流量,预测出的室内环境参数和智能化调适系统的运行状态及参数。Σ表示对所有样本的损失进行求和。
更为具体的,所述堆叠式LSTM模型采用SGD进行优化,具体计算公式如下:
其中,为更新后的模型参数,/>为模型参数,/>为学习率,/>为目标函数L关于模型参数/>的梯度。在本实施例中,上述公式具体表述参数更新的过程。上述公式的含义为,通过当前的参数值θ减去学习率η乘以损失函数L关于参数θ的梯度,得到新的参数值,然后用这个新的参数值替换原来的参数值θ。可以理解的,此处的“=”号并非表示等于,而是表示赋值,左边的/>是更新后的参数值,右边的/>是更新参数的规则,即:更新后的参数值/>等于当前的参数值θ减去学习率η乘以损失函数L关于当前参数θ的梯度。
在本实施例中,所述对智能化调适系统的运行状态及参数进行优化,其具体计算方式如下:
其中,为目标函数,/>为能耗,/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>分别为各个参数的权重,/>为冷水机组的进水温度,/>为冷水机组的出水温度,/>为冷水机组的流量,为冷水机组的频率,/>为变频水泵的频率,/>为室内温度,/>为设定的室内温度,/>为室内湿度,/>为设定的室内湿度,/>为人流量,/>为智能化调适系统的总能耗。
更为具体的,本实施例通过加权求和的方式将各个参数与能耗进行关联,每个参数的权重表示其对能耗的重要程度。通过调整权重的大小,可以调节各个参数对能耗的影响程度,以达到能耗优化的目标,可以理解的,本实施例将上述目标函数公式划分为如下步骤:确定各个参数的初始值,包括冷水机组的进出水温度、流量、频率、变频水泵的频率、室内温度、设定的室内温度、室内湿度、设定的室内湿度、人流量等。根据给定的参数数值,将参数代入公式中,计算出对应的能耗数值。这个能耗数值反映了当前系统的能耗状况。通过调整各个参数的数值,改变能耗数值,在此过程中使用如梯度下降法、遗传算法等优化算法,求解最优的参数组合,使得能耗数值达到最小值或最大值。根据优化算法的结果,更新参数的数值,并重新计算能耗数值,不断迭代这个过程,直到能耗数值达到最低。本实施例通过此目标函数,能够计算能耗最小化的最优参数组合,通过调整系统的运行状态和参数,来实现对智能化调适系统的优化。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种智能化调适系统优化方法,其特征在于,该方法的步骤包括:
获取历史室内外环境监测参数与历史智能化调适系统的运行状态及参数,并通过模拟软件建立初始数据库,将逐时获取的室外环境参数及人流量输入至预设的LSTM模型,以预测室内环境参数及智能化调适系统的运行状态及参数;
将预测的室内环境参数与初始数据库中的室内环境参数进行比对,确定初始数据库中对应的智能化调适系统的运行状态及参数,根据实测的室内环境参数,并针对预测的智能化调适系统的运行状态及参数进行能耗核算,根据核算获取的能耗水平判定是否为最优控制方案,若否,则对智能化调适系统的运行状态及参数进行优化,使其能耗达到最低,将此时的室外环境参数、室内环境参数以及智能化调适系统的运行状态及参数作为一组优化数据,并替换之前的未经优化数据,扩充并更新数据库,直至完成智能化调适系统的优化;
所述LSTM模型采用堆叠式LSTM模型,其目标函数如下:
其中,L为目标函数,为历史室内外环境监测参数及人流量历史数据经过预处理和划分后得到的训练数据和测试数据的样本个数,/>为室内环境参数和智能化调适系统的运行状态及参数的真实值,/>为室内环境参数和智能化调适系统的运行状态及参数的预测值;
所述堆叠式LSTM模型采用SGD进行优化,具体计算公式如下:
其中,为更新后的模型参数,/>为模型参数,/>为学习率,/>为目标函数L关于模型参数/>的梯度;
所述对智能化调适系统的运行状态及参数进行优化,其具体计算方式如下:
其中,为目标函数,/>为能耗,/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>、/>分别为各个参数的权重,/>为冷水机组的进水温度,/>为冷水机组的出水温度,/>为冷水机组的流量,/>为冷水机组的频率,/> 为变频水泵的频率,/>为室内温度,/>为设定的室内温度,/>为室内湿度,/>为设定的室内湿度,/>为人流量,/>为智能化调适系统的总能耗,具体过程如下:
确定各个参数的初始值,包括冷水机组的进出水温度、流量、频率、变频水泵的频率、室内温度、设定的室内温度、室内湿度、设定的室内湿度、人流量,根据给定的参数数值,将参数代入公式中,计算出对应的能耗数值,在此过程中,通过调整各个参数的数值,采用梯度下降法对能耗数值进行优化,根据优化结果,更新参数的数值,并重新计算能耗数值,迭代更新直到能耗数值达到最低,求解最优的参数组合,完成智能化调适系统的运行状态及参数的优化。
2.根据权利要求1所述的智能化调适系统优化方法,其特征在于,所述通过模拟软件建立初始数据库,其具体通过EnergyPlus软件进行建立。
3.根据权利要求2所述的智能化调适系统优化方法,其特征在于,其中,通过EnergyPlus软件进行建立,其具体过程如下:
将历史室内外环境监测参数和历史智能化调适系统的运行状态及参数导入至EnergyPlus软件,同时引入建筑参数至EnergyPlus软件,以创建初始建筑模型;
初始化初始建筑模型的模拟参数,基于历史室内外环境监测参数和历史智能化调适系统的运行状态及参数设置初始建筑模型的模拟参数,运行EnergyPlus软件执行模拟,并将模拟结果存储至以MySQL或MongoDB创建的数据库中,形成所述初始数据库,并通过pandas库或Tableau进行可视化数据分析。
4.根据权利要求1所述的智能化调适系统优化方法,其特征在于,所述LSTM模型的构建过程如下:
获取历史室内外环境监测参数及人流量历史数据,对历史室内外环境监测参数及人流量历史数据进行预处理后,划分为训练数据和测试数据;
定义输入为室外环境参数和人流量,输出为室内环境参数和智能化调适系统的运行状态及参数,构建LSTM模型,通过训练数据训练模型,调整LSTM模型的权重以最小化预测误差,并通过测试数据评估LSTM模型的性能,输出完成训练的LSTM模型。
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