Аннотация
И.С. Забара, магистрант, А.В. Левшов, к.т.н., проф., А.В. Коротков, ст. преп. Мультиагентная система управления комфортом в многозональном здании. Рассмотрены особенности обеспечения требуемого комфорта в многозональных зданиях при использовании мультиагентной системы управления. Такая система управления охватывает все контролируемые зоны здания и в случае необходимости позволяет обеспечить максимально возможный общий комфорт в здании при снижении доступной электрической мощности.
ВСТУПЛЕНИЕ
В настоящее время во всем мире, наиболее актуальными стали проблемы сбережения и эффективного использования энергоресурсов. В связи с тем, что потребление энергии зданиями составляет около 40% от общего мирового потребления энергии [1], то энергосбережение в этой сфере является актуальной задачей. Энергосбережение в зданиях может достигаться применением инновационных технологий и материалов в строительных конструкциях, а также за счет энергоэффективного управления инженерными системами зданий и применения возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Из инженерных систем зданий основными потребителями энергии являются системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (более 80% от энергозатрат в зданиях) и системы освещения (около 15% энергозатрат) [1,2]. При этом экономия энергии не должна отражаться на основном требовании к современным зданиям – обеспечении необходимого комфорта пребывании людей. Комфорт в здании обычно определяется сочетанием температуры, освещенности, концентрации CO2, иногда учитывается влажность, скорость движения воздуха и некоторые другие параметры [3-5].
Управление микроклиматом в современных зданиях обычно проводят по зонам. Каждое помещение здания может быть отдельной зоной, возможно объединение нескольких помещений в одну зону, если они обладают сходными условиями. Иногда одно помещение может быть разделено на несколько зон, если условия окружающей среды в зонах не являются одинаковыми и должны устанавливаться независимо.
Цель
Целью данной работы является разработка мультиагентной системы управления комфортом в многозональном здании, способной обеспечить максимально возможный комфорт при снижении доступной электрической мощности.
Материалы и результаты исследований.
В основу системы управления комфортом может быть положена мультиагентная технология [3,4,6]. Особенность таких систем заключается в том, что они состоят из агентов, которые выполняют определенные функции в зависимости от внешних условий и данных от других агентов, а также частично принимают решения автономно. Алгоритм работы каждого из агентов можно оптимизировать для повышения эффективности всей системы, например, исходя из минимума энергопотребления при поддержании комфортных условий в зданиях.
Предлагаемая система управления комфортом ориентирована на работу с определенными зонами здания и источниками электрической энергии. Она состоит из интеллектуальных агентов (локальные, зональные и центральный), источников электроснабжения (питающая сеть, ВИЭ) и актуаторов (исполнительных механизмов) в контролируемых зонах здания. Архитектура системы управления комфортом представлена на рисунке 1.
Рисунок 1 – Архитектура системы управления комфортом в здании
Центральный агент является одним из ключевых элементов в системе управления. Он осуществляет взаимодействие со всеми агентами на основе внешних данных (информации о погодных условиях) и предпочтений пользователя о тепловом, визуальном комфорте и качестве воздуха, а также на основе данных об электрических нагрузках здания. Кроме того данный агент получает информацию от питающей сети и возобновляемых источников энергии. Центральный агент определяет количество потребляемой энергии и энергии, необходимой для ее покрытия, и осуществляет соответствующее управление.
Зональные агенты управляют работой локальных агентов, которые при помощи актуаторов доводят параметры комфорта до заданных. Зональные агенты определеляют количество энергии необходимой для поддержания комфорта в соответствующих зонах.
Рассмотрим оценку комфорта в зданиях или в его зонах на основе информации о температуре, уровне освещенности и концентрации углекислого газа. При оценке внутренней среды здания, применяется различные показатели комфорта, из них рассмотрим индекс комфорта (Comfort Index, CI) [3] и общий комфорт (Overall Comfort) [4]. Эти показатели комфорта могут изменяться в диапазоне от 0 до 1.
Индекс комфорта CI характеризует внутреннюю среду определенной зоны здания, и определяется по методике слияния информации о состоянии комфорта с помощью упорядоченного средневзвешенного агрегированных показателей комфорта. Математически индекс комфорта можно представить в виде:
Если нет ограничений по использованию электрической энергии из питающей сети, то доступная электрическая мощность будет больше, чем суммарная потребляемая мощность здания. В этом случае центральный агент распределяет требуемую мощность для каждой зоны и общий комфорт (1) будет максимальным и равным 1.
При использовании электрической энергии только от ВИЭ в какие-то периоды времени доступной мощности может быть не достаточно для поддержания общего комфорта равным 1. В этом случае центральный агент решает оптимизационную задачу – по известной требуемой мощности, весовых коэффициентах зон и доступной мощности определяются значения мощности для каждой зоны при которых будет максимально возможное значение OverallComfort. Оптимизация в этом случае проводится методом роя частиц [7].
Выводы
Поддержание максимального комфорта в здании возможно при управлении температурой, освещенностью и уровнем CO2. Управление этими параметрами осуществляется по отдельным зонам здания. Комфорт в каждой зоне имеет свой вес в общем комфорте. Система управления комфортом должна охватывать все зоны здания и позволять провести оптимизацию распределения электрической энергии в случае уменьшения доступной электрической мощности.
ЛИТЕРАТУРА
1. Perez-Lombard L. A review on buildings energy consumption information / L. Perez-Lombard . J. Ortiz, C. Pout // Energy and Buildings 40 (2008) 394–398.
2. Morosan P.D. Building temperature regulation using a distributed model predictive control // P.D. Morosan, R. Bourdais, D. Dumur, J. Buisson // Energy and Buildings (2010)
3. Wanga Zhu, Multi-agent control system with information fusion based comfort model for smart buildings // Zhu Wanga, Lingfeng Wang, Anastasios I. Dounis, Rui Yang // Applied Energy, 2012.
4. Yang Rui, Multi-zone building energy management using intelligent control and optimization / Rui Yang, Lingfeng Wang // Sustainable Cities and Society , 2012
5. Седов А.В. Обеспечение комфорта человека в помещении посредством инженерных систем / А.В. Седов,П. Д. Челышков, И. В. Редин // Вісник донбаської національної академії будівництва і архітектури 2009_5(79), 94-97.
6. Qiao B. A Multi-Agent System for Building Control / B.Qiao K. Liu, and C. Guy // International Conference on Intelligent Agent Technology, 2006, 653-659.
7. Kennedy J, Eberhart R. Particle swarm optimization./ J. Kennedy, R. Eberhart // In: IEEE international joint conference on Neural Networks, Perth, Australia; 1995. p. 1942–8.