随着城市化进程的加快和建筑能耗的持续增长,暖通空调系统(HVAC)在现代建筑中的能耗占比日益显著。多联机系统(VRF,Variable Refrigerant Flow)因其灵活控制、高效节能等优势,被广泛应用于商业楼宇、住宅及公共设施中。然而,传统多联机系统的运行策略多依赖经验设定或简单的温度反馈控制,难以实现精细化管理,尤其在负荷波动频繁的场景下,容易造成能源浪费与设备损耗。因此,如何准确预测多联机系统的冷热负荷需求,成为提升系统能效的关键问题。
近年来,人工智能(AI)技术的快速发展为建筑能耗预测提供了新的解决方案。基于机器学习与深度学习的算法,能够从海量历史运行数据中挖掘出复杂的非线性关系,有效捕捉环境变量、用户行为、建筑特性等因素对负荷的影响。相较于传统的物理模型或统计方法,AI算法具备更强的自适应能力与泛化性能,尤其适用于多变量、非稳态的复杂系统建模。
在多联机负荷预测中,常用的AI算法包括支持向量机(SVM)、随机森林(Random Forest)、长短期记忆网络(LSTM)以及图神经网络(GNN)等。其中,LSTM因其擅长处理时间序列数据,在负荷预测领域表现尤为突出。它能够记忆长时间跨度的负荷变化趋势,有效应对天气突变、作息规律变化等动态因素。通过输入历史室内外温度、湿度、太阳辐射强度、人员密度、设备运行状态等多维特征,LSTM模型可实现对未来数小时甚至一天内的负荷需求进行高精度预测。
此外,考虑到多联机系统通常服务于多个独立区域,各区域之间存在热耦合与使用模式差异,单一全局模型可能无法充分反映局部特性。为此,研究者提出了“分区域—整体协同”的混合预测架构。该方法首先利用图神经网络建模各室内机之间的空间关联关系,将建筑拓扑结构融入模型训练过程;随后,结合LSTM提取时间维度特征,构建时空联合预测模型。实验表明,该方法在典型办公建筑场景下的预测误差(RMSE)相比传统ARIMA模型降低了约42%,显著提升了预测精度。
值得注意的是,AI模型的性能高度依赖于数据质量与特征工程。在实际应用中,需对原始数据进行清洗、归一化与异常值剔除,并引入合理的特征构造策略。例如,将工作日/节假日、季节性因子、早晚高峰等语义信息编码为分类特征,有助于模型理解人类活动规律对负荷的影响。同时,采用滑动窗口法生成训练样本,可增强模型对动态变化的响应能力。
为了实现预测结果向实际控制的闭环转化,还需将负荷预测模块与多联机控制系统深度集成。基于预测结果,系统可提前调整压缩机频率、分配制冷剂流量、优化启停时序,从而避免瞬时高负荷冲击,延长设备寿命。此外,结合电价信息,还可实现需求响应调度,在用电低谷时段预冷/预热,进一步降低运行成本。
当然,AI驱动的负荷预测方法仍面临一些挑战。例如,模型在新建筑或使用模式发生重大变更时可能出现“冷启动”问题;过度依赖历史数据可能导致对极端天气事件的预测偏差;模型的可解释性不足也限制了其在工程实践中的信任度。为此,未来的研究方向应聚焦于小样本学习、迁移学习与可解释AI(XAI)技术的融合,提升模型的鲁棒性与透明度。
综上所述,基于AI算法的多联机负荷预测新方法,通过深度融合数据驱动与系统特性,显著提升了预测精度与系统能效。随着边缘计算与物联网技术的普及,这类智能预测模型有望在更多实际项目中落地应用,推动暖通空调系统向智能化、低碳化方向发展。未来,随着算法不断优化与数据生态的完善,AI将在建筑能源管理中扮演更加核心的角色,助力实现“双碳”目标下的可持续发展愿景。
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