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采用人工智能来降低供暖和空调成本

1/18/2022

自动化专家mrm²开发了一个系统，利用机器学习使办公楼和工业建筑的供暖和制冷效率显著提高，并将能源成本降低20%。万可为系统提供了两个关键组件PFC200控制器与边缘计算机。

这一切都始于几年前，当时mrm²的联合创始人兼董事总经理Marc Gruber想为他的家人建造一栋房子。Gruber公司有大约30名员工，总部位于斯瓦比亚的巴德·迪岑巴赫·戈斯巴赫，专门从事智能自动化技术。所以很明显，以前的数字建筑技术不太可能满足他家中使用的标准。“我仔细研究了所有可用于自动控制供暖系统的产品，但完全没什么好感。报价单上的产品都很简单，没有什么智能化可言，“他回忆道。那么便只剩下一种可能性：“如果市场上没有智能解决方案，我们只能自己制造一个！”

想到便行动！mrm²的专家们开发了一套系统，使每个房间在有人时都能保持理想的温度。其中的关键是人工智能（AI）：集成的机器学习方法可以预测单个房间的使用时间和使用时长。利用这些知识，可以控制加热元件或加热表面，以便在需要时以尽可能低的能耗精确地提供舒适的温度，从而可以防止供暖系统在不必要时预热房间并继续运行。在夏季，该系统会根据需要保持气候控制系统的高效运行。运动传感器可探测房间的使用情况。在办公区域，已安装上述传感器来控制照明。

“建筑系统之间的完美相互作用”

“多亏了人工智能，我们的解决方案能够获取有关各个房间使用变化的信息，并很快将其纳入控制过程。”Gruber解释说道。该系统也可将气候预测集成到计算中。例如，如果预计冬季某个时间某个房间会有阳光，那么可以将供暖温度设置为略低于阴天的温度值。

百叶窗的位置调节也助力提高建筑的能源效率。这一点在春季和秋季最为重要，因为此时房间需要根据室外温度和光照强度进行供暖或制冷。根据Gruber的介绍，这在市场上处于垄断地位。“其他解决方案为独立应用，只控制供暖或百叶窗。相比之下，我们可以把多种应用集成到一起，”他解释道。他很快强调，“万可技术允许我们以更好的方式集成异构楼宇自动化系统！”

供暖设备的智能控制

为了充分利用人工智能的潜力，应用程序使用集成式智能系统来控制供暖设备。为了做到这一点，系统使用了对各个房间的热量需求进行的计算。在大型建筑中，这项技术通常比较复杂，包括热电联供系统、燃气锅炉、热泵和太阳能热系统。“混合动力系统尤其缺乏效率。这并不奇怪，因为控制这些系统并不简单。我们的系统确保供暖系统以较高的能源效率运行，”Gruber说道。

总的来说，该系统可以将能源成本降低15%到20%，在示范建筑中的实际测试证明了这一点。实现这一目标的唯一其他方法是进行昂贵的改造，如立面隔热。在许多情况下，该系统将在一两年内自行支付费用。mrm²负责人直言不讳地说：“我们通过消除人为错误源来降低成本。” 没有人能像人工智能那样精确、主动地控制建筑技术。

万可技术能够让我们以最优方式整合各类异构楼宇自动化系统！

Marc Gruber

Managing Director of mrm²

PFC200控制器提供高度的灵活性

为了通过智能、安全的通信实现建筑控制，实现不同系统之间的交互，mrm²采用万可控制产品作为关键组件。这家来自斯瓦比亚朱拉地区的公司与万可已合作多年：“我们使用万可产品时，公司只有三四名员工。如果没有万可产品，我们的项目永远无法完成，”Gruber回忆道。

除了电源和显示屏，mrm²的最新解决方案还采用PFC200控制器和边缘计算机。“PFC200控制器非常强大，而且具有高度的灵活性。多种输入和输出模块让我们可以使用有线和无线通信，而不会出现任何问题，”负责mrm²新系统开发的Johannes Siegle解释道。对于示范建筑物中的安装，该公司使用了万可的KNX模块，因为该建筑已经安装了现有的总线系统。

转到PFC200控制器

该边缘计算机采用Docker^®

PFC200采集数据并将其传输到本地边缘计算机的数据库。同时也安装了机器学习模型，该模型使用数据预测房间占用率。或者，也可以将数据库和人工智能卸载到云端。预测结果将传输到PFC200控制器。然后，控制器上的算法从这些信息中导出必要的控制信号，并辅以天气预报和当前气象数据。Siegle说：“稍微简化一下：Edge计算机提供智能，PFC200组织通信。”。

数据库和机器学习模型在边缘计算机上的软件容器中运行。“具有Docker®功能的硬件对我们来说很重要，因为这是我们实现所描绘的人工智能的唯一途径。这些预测也要求具有较高的CPU能力，”Siegle解释道。用户友好是另一个优点：“正如您所知，像我们这样的自动化工程师都非常喜欢使用PLC。但我们仍然能够很快适应边缘计算机。”

转至边缘计算机

首先是办公楼和工业建筑，然后是住宅

mrm²的团队以卡通系列中聪明的小维京人的名字命名新系统“WICKIE M”。这是因为维京人思维敏捷，即使在最复杂的情况下也能找到解决方案。在两座示范建筑中进行了密集测试后，该系统现已开始销售。该公司最初关注的是办公楼和工业建筑的设计师和运营商。总经理Gruber说：“按照目前的配置，WICKIE M最适合拥有20多间供暖/空调房间的建筑”。从中期来看，mrm²计划进一步开发该系统，以帮助私人家庭节省供暖成本——即插即用WICKIE M系统可以在单户和多户住宅单元中实现更高的能效。

文：Ralph Diermann – 能源新闻工作者

图：Ian Siepmann/Tremonia