导 读
建筑用能在关注运行能耗的同时，还应保证用户的舒适度需求。如何平衡节能与用户的热舒适需求是一大难题。本文通过分析房间热舒适差异需求和建筑内部热传递过程，提出一种基于深度强化学习的智能优化方法。在设置案例中额外降低了9.82%的用能运行成本，为实现建筑节能进行了有益的探索。
图1 图文摘要
随着中国碳达峰碳中和目标的提出，实现建筑能源系统的绿色低碳成为研究热点。传统的建筑能量管理策略中，主要通过建立空调运行功率与室内温度变化的关系模型保证热舒适需求。但这类模型在实际模拟中，一般将建筑等效为一个或多个标准的等效腔体作为设计和评估建筑热环境的工具。等效过程往往忽视了不同房间的用能类型以及舒适度需求的差异，无法捕捉到建筑内部不同房间的热传递细节，导致无法实现精准的用能调控（图1）。
本研究基于深度策略性梯度决策（Deep Deterministic Policy Gradient，DDPG）的多目标优化算法，通过考虑室内热传递的建筑智慧能量管理优化方法，实现了建筑绿色低碳运行与用户舒适度的双重目标。该方法的核心在于深度确定性策略梯度算法，它能够处理连续动作空间，准确反映各个房间室内温度的变化过程。DDPG的动作-评价（Actor-Critic）架构输出确定性动作，加快了训练过程，实现了建筑的最优运行。此外，该方法还考虑了光伏发电和刚性负荷的不确定性，基于随机优化思想设置多组场景，使得训练结果更适用于实际场景（图2、图3）。
图2 建筑能量管理智能优化流程
图3 基于DDPG的房间室内温度变化对比
同时，本文提出的智能优化方法，通过构建房间的三阶热传递模型，量化了房间之间的热传递量，描述了建筑内部各个房间热动态关系。这种方法不仅考虑了建筑热惯性和房间之间的动态热传递过程，还结合了中央空调内部设备制冷过程的精细化模型，实现了对建筑内部热动态的精确控制（图4）。
图4 室内各房间的动态热传递过程
通过考虑环境因素和人体自身因素，智能优化方法能够根据不同房间的热舒适度需求进行精准调控，确保每个房间都能达到最佳的舒适度。这种个性化的温度控制不仅提升了用户的满意度，也避免了不必要的能源浪费。通过实际数据仿真，结果表明该智能优化方法在满足用户差异化舒适度需求的前提下，能够节省运行成本9.82%。这一成果不仅减少了建筑的运营支出，也为建筑业主提供了经济上的激励，以采用更加节能的建筑管理策略。
总结与展望
本文提出的智能优化方法在提升用户舒适度的同时，实现了建筑节能和经济性的多目标优化。本文聚焦于建筑房间的等效热过程，考虑不同房间的用能类型以及舒适度需求的差异，进一步优化了建筑的能源分配，提高能源利用效率。随着研究推进，基于深度强化学习的智能建筑能量管理方法将在未来发挥更大的作用，可以将用户多种舒适需求、内外环境以及多时间场景下的用能行为纳入能量管理中，为实现建筑的绿色低碳用能目标提供更多实践依据，推动智能建筑发展迈上新台阶。
责任编辑
陈杰威 香港理工大学
庄丽娜 中国科学院空天信息创新研究院
本文内容来自The Innovation 合作期刊The Innovation Energy 第1卷第4期发表的Article文章“Intelligent optimization for building energy management considering indoor heat transfer” (投稿: 2024-11-02；接收: 2024-11-18；在线刊出: 2024-11-24)。
DOI：10.59717/j.xinn-energy.2024.100058
引用格式： Jing Z., Chen X., Bu L., et al. (2024). Intelligent optimization for building energy management considering indoor heat transfer. The Innovation Energy 1：100058.
作者简介
荆志军 河海大学自动化、计算机双学位、控制理论方向硕士。江苏智慧用能低碳技术研究院研发总监，副总经理。原甲骨文5G产品云平台技术负责人，主导了甲骨文5G云原生平台设计与原型开发，协调跨国开发团队，成功解决多项复杂系统的性能和稳定性难题，在关键指标上达到国际领先水平。曾任职于摩托罗拉研发中心、华为数通、甲骨文研发中心。自2000年起从事平台相关技术研发，涉及云平台、高性能数据库、智能硬件、物联网、音频和图像人工智能算法、信息安全等领域。近五年从事智慧用能、电力供需互动与交易、人工智能在用能系统中的应用研究，成果获能源电子产业创新大赛1等奖2项。
陈星莺 河海大学二级教授、电气工程博导/管理科学与工程博导、原副校长，水资源高效利用与工程安全国家工程研究中心原常务副主任（主持工作）。现任江苏省配用电与能效工程技术研究中心主任，河海大学绿色能源研究中心主任。兼任全国电力系统管理及其信息交换标准化技术委员会委员，全国电子商务质量管理标准化技术委员会委员，中国品牌促进会专家委员会副主任。国务院“政府特殊津贴”专家，中国清洁能源学会联合体专家委员会专家，CIGRE中国国家委员会会员，IEEE Senior member，江苏省“333工程”中青年科学技术带头人。长期从事配用电系统与电力市场、能源管控与能源经济、用能互联网等研究。提出了用能互联网及与电网友好互动理论（2016年）、智能配电网自愈控制理论（2008年）、需求侧电力市场理论（2002年）。承担国家863计划、国家科技支撑计划、国家重点研发计划项目，国家自然科学基金重点项目、面上项目等国家级项目及企事业委托项目70余项；发表SCI和EI收录论文190余篇；出版专（编）著10部、教材1部，其中英文专著1部；获授权中国发明专利52项；获省部级科技奖9项。
卜 乐 河海大学电气工程博士研究生。研究方向为用能系统运行优化和市场交易。作为研究骨干参与了国家重点研发计划2项、国家自然科学基金联合基金1项、江苏省碳达峰碳中和科技创新专项（重大科技示范）1项、江苏省重点研发计划项目1项、江苏省绿色建筑发展专项1项，协助完成多套电力供需互动成套装备与平台研发，发表SCI论文5篇、EI论文6篇，授权发明专利3项、软件著作权2项、成果获第二届能源电子产业创新大赛1等奖。
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