مدیریت انرژی ساختمان‌های هوشمند با استفاده از شبکه‌های عصبی گرافی

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

ساختمان‌ها نقش مهمی در مصرف انرژی جهانی دارند و حدود یک سوم انرژی مصرفی آن‌ها از منابع انرژی اولیه تأمین می‌شود که شامل انرژی مصرفی برای گرمایش، تهویه و تبرید (HVAC )، و سایر نیازهای انرژی مرتبط با ساختمان است. با افزایش تقاضای انرژی و نگرانی‌های مربوط به منابع انرژی اولیه مانند نفت، گاز و زغال سنگ، و همچنین نیاز به حفظ آسایش ساکنین، مدیریت کارآمد انرژی در ساختمان‌ها به چالش بسیار مهمی تبدیل شده است. در همین راستا، الگوریتم‌های یادگیری ماشین به طور گسترده‌ای در پیش‌بینی مصرف انرژی ساختمان‌ها به کار می‌روند. این الگوریتم‌ها به طور عمومی توانایی پیش‌بینی مصرف انرژی کل ساختمان را دارند و قادر به پیش‌بینی مصرف انرژی هر ناحیه مستقل از یکدیگر نیستند، که منظور از ناحیه، هر بخشی از ساختمان است که سامانه مدیریت HVAC خود را داشته باشد. علاوه بر این، این الگوریتم‌ها اغلب ارتباط بین نواحی و تأثیر آن‌ها روی یکدیگر را نیز در نظر نمی‌گیرند. در این مقاله، یک رویکرد پیش‌بینی مصرف انرژی در ساختمان‌های هوشمند با استفاده از شبکه کانولوشن گرافی (GCN ) ارائه شده است. در روش پیشنهادی، با مدل‌سازی یک ساختمان به صورت گراف، الگوی مصرف انرژی در نواحی مختلف آن ساختمان و همچنین تأثیر همسایگی این نواحی بر روی یکدیگر، در نظر گرفته می‌شوند. نتایج آزمایش‌های انجام شده در این مقاله نشان می‌دهد که روش GCN پیشنهادی توانسته است در پیش‌بینی مصرف انرژی یک طبقه از ساختمان مورد نظر که دارای 5 ناحیه است، تنها به میانگین مربع خطا (MSE ) در حدود 0.6 منجر گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Energy Management of Smart Buildings Using Graph Neural Network

نویسندگان [English]

  • Fariba Joorghanian
  • Omid Akbari
Tarbiat Modares University
چکیده [English]

Buildings account for a significant portion of global energy consumption, with HVAC, lighting, water pumping, and other building-related energy requirements contributing to a considerable fraction of energy consumption. As the demand for energy continues to escalate and concerns about primary energy sources grow, effective energy management in buildings has become a crucial challenge. To tackle this issue, machine learning algorithms have been widely used for predicting building energy consumption. However, these algorithms often overlook the interdependence and impact of different building zones. In this article, we propose a graph convolutional network (GCN) approach for predicting energy consumption in smart buildings. The proposed method effectively models the energy consumption pattern in different zones of a building and considers the influence of neighboring zones. We evaluated the GCN model using the CU-BEMS dataset, which includes energy consumption data from various zones of a 7-story building. The experimental results demonstrate that the proposed GCN method can predict the energy consumption of a specific floor with 5 zones, for only 0.6 of mean squared error (MSE)

کلیدواژه‌ها [English]

  • Smart Buildings
  • Building Energy Management
  • Energy Consumption Prediction
  • Graph Neural Networks
  • Energy Efficiency