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KR102369350B1 - Predicting System of Energy Consumption and Data of Air Conditioning Equipment Using Artificial Neural Network and Method Thereof - Google Patents

Predicting System of Energy Consumption and Data of Air Conditioning Equipment Using Artificial Neural Network and Method Thereof Download PDF

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Publication number
KR102369350B1
KR102369350B1 KR1020200117382A KR20200117382A KR102369350B1 KR 102369350 B1 KR102369350 B1 KR 102369350B1 KR 1020200117382 A KR1020200117382 A KR 1020200117382A KR 20200117382 A KR20200117382 A KR 20200117382A KR 102369350 B1 KR102369350 B1 KR 102369350B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
data
air conditioning
neural network
input
energy usage
Prior art date
Application number
KR1020200117382A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
최원창
성남철
김지헌
Original Assignee
가천대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Abstract

Disclosed are a predicting system of energy consumption and data of an air conditioning equipment using an artificial intelligence (AI) neural network and a method thereof. According to an embodiment of the present invention, the method comprises: a history data collection step to collect history data from one or more of a BEMS, BAS, and air conditioning equipment; a system input step to receive a lower system of the air conditioning equipment desired to be predicted from a user; a list provision step to provide an input variable list on the lower system to the user; a variable input step to receive the input of the input variable selected by the user among the input variable list; a neural network model drawing step to automatically normalize the history data, automatically optimize the neural network model, and draw a final neural network model based on the input variable and a preset value in a certain neural network model; and a prediction value drawing step to draw one or more of energy consumption prediction value and data prediction value of the lower system by using the final neural network model. The present invention aims to provide a predicting system of energy consumption and data of an air conditioning equipment using an AI neural network and a method thereof, which are capable of allowing even a user with no special knowledge to easily predict energy consumption and related data of the air conditioning equipment.

Description

인공신경망을 이용한 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 시스템 및 그 방법{Predicting System of Energy Consumption and Data of Air Conditioning Equipment Using Artificial Neural Network and Method Thereof}Predicting System of Energy Consumption and Data of Air Conditioning Equipment Using Artificial Neural Network and Method Thereof

본 개시는 인공신경망을 이용한 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.The present disclosure relates to a system and method for predicting energy usage and data of an air conditioning facility using an artificial neural network.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 개시에 대한 배경정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.The content described in this section merely provides background information for the present disclosure and does not constitute the prior art.

현재, 건물의 지능화 정보화가 진행되면서, IBS, BAS BEMS등의 건물 관리시스템이 건물에 설치되고 있으며, 이에 따라, 건물에서 얻을 수 있는 정보량도 많아지고 있다. 특히, 최근에 공공 건물에서 BEMS의 설치가 의무화되었으며, 이에, 건물 관리시스템과 관련된 시장은 민간 부문의 건물로도 점차적으로 확대될 전망이다.Currently, as building intelligence and informationization progresses, building management systems such as IBS and BAS BEMS are being installed in buildings, and accordingly, the amount of information that can be obtained from buildings is increasing. In particular, recently, the installation of BEMS in public buildings has become compulsory, and accordingly, the market related to the building management system is expected to gradually expand to buildings in the private sector.

한편, 건물에서 사용되는 에너지의 양을 분석하고 예측하는 것은, 건물의 에너지를 절약하고 관리하는 데 있어 매우 중요하다. 특히, BEMS의 설치 확인을 위한 규정에서, 건물의 에너지 소비량 예측 기능 수행을 의무화하고 있다.On the other hand, analyzing and predicting the amount of energy used in a building is very important for saving and managing energy in a building. In particular, in the regulation for confirming the installation of BEMS, it is mandatory to perform the function of predicting the energy consumption of a building.

건물 에너지 관리 시스템(BEMS) 설치규정에서는 에너지 소비량을 예측하는 방법을, 전년도 혹은 전월의 단순 비교를 통해 예측하는 방법, 회귀분석과 같은 통계적 기법을 이용하는 방법, 그 외의 고도화된 방법으로 순차적으로 구분하고 있다. In the building energy management system (BEMS) installation regulations, the method of estimating energy consumption is sequentially classified into a method of predicting through a simple comparison of the previous year or the previous month, a method using statistical techniques such as regression analysis, and other advanced methods. there is.

또한, 건물에서 수행 중인 에너지 소비량 예측 방법에 따라, BEMS를 건물에 설치 후 설치 확인 시에 배점도 달리 하고 있다. 예컨대, 단순 비교를 통해 예측하는 방법은 통계적 기법을 이용하는 방법과 비교하여 낮은 점수를 가지며, 통계적 기법을 이용하는 방법은 그 외의 고도화된 방법과 비교하여 낮은 점수를 가진다.In addition, depending on the energy consumption estimation method being performed in the building, the points are allocated when the BEMS is installed in the building and then installed when the installation is confirmed. For example, a method of predicting through simple comparison has a low score compared to a method using a statistical technique, and a method using a statistical technique has a low score compared to other advanced methods.

한편, 냉난방을 담당하는 공기조화설비는, 기후에 따라서 가동시간 운전조건 등이 매우 빈번하게 변화하는 특성을 가진다. 이에 따라, 조명설비, 급배수설비, 운송설비 등 다른 설비와 비교하여, 공기조화설비에 대한 에너지 사용량은, 전년, 전월과의 단순비교나 통계적 분석방법으로의 예측 시에 많은 더욱 많은 오차가 발생할 수 있다. 따라서, 최근에는 인공지능기법들을 이용하는 정밀한 방법들이 이용되고 있다. 예컨대, 인공신경망을 활용한 예측방법이 대표적이다.On the other hand, the air conditioning equipment in charge of heating and cooling has a characteristic that the operating time, operating conditions, etc. change very frequently depending on the climate. Accordingly, compared to other facilities such as lighting facilities, water supply and drainage facilities, transportation facilities, etc., energy consumption for air conditioning facilities may cause many more errors in simple comparison with the previous year and the previous month or when predicting with statistical analysis methods. can Therefore, recently, precise methods using artificial intelligence techniques are being used. For example, a prediction method using an artificial neural network is representative.

인공신경망을 이용하기 위해서는 크게 세가지 절차를 진행한다. 첫째는 신경망학습에 필요한 입력변수를 선정하는 과정이고, 둘째는 입력값으로 수집된 데이터들을 정규화 하여 인공신경망을 이용한 학습과정에 용이하게 하는 과정이며, 셋째는 신경망구조의 최적화 하는 과정이다.In order to use an artificial neural network, there are three main steps. The first is the process of selecting input variables necessary for neural network learning, the second is the process of normalizing the data collected as input values to facilitate the learning process using the artificial neural network, and the third is the process of optimizing the neural network structure.

예컨대, 초기에 작성된 신경망 모델의 뉴런의 수와, 은닉층(hidden layer)의 수를 조절하거나, 입력변수와 구조변수의 최적화 과정을 반복하여 수정하는 것 등이 이러한 과정이라고 볼 수 있다.For example, adjusting the number of neurons and the number of hidden layers of the initially created neural network model, or repeatedly modifying the optimization process of input variables and structural variables can be regarded as such processes.

이후, 작성된 초기 신경망 모델로부터 입력데이터의 정규화와 모델 최적화의 과정을 점검하게 되고, 예측성능을 통해서 평가한 후 실제 에너지 예측에 활용하게 된다.After that, the process of normalization of input data and model optimization is checked from the initial neural network model created, and after evaluation through prediction performance, it is used for actual energy prediction.

이와 같은 일련의 과정은, 인공지능 분야의 전문 지식과 더불어 건물의 시스템에 대한 이해와 많은 경험이 요구되며, 실제 시스템에 적용하기에 많은 노력을 필요로 한다.This series of processes requires a lot of experience and understanding of the building system along with expertise in the field of artificial intelligence, and it requires a lot of effort to apply it to an actual system.

이에, 본 개시는, 전문적인 지식이 없는 사용자도 공기조화설비의 에너지 사용량 및 관련 데이터를 용이하게 예측할 수 있도록 하는, 인공신경망을 이용한 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 시스템 및 그 방법을 제공하는 데 주된 목적이 있다. Accordingly, the present disclosure provides a system and method for predicting energy use and data of an air conditioning system using an artificial neural network, which enables users without professional knowledge to easily predict energy consumption and related data of the air conditioning system. has the main purpose of

본 개시의 일 실시예에 의하면, BEMS, BAS, 및 공기조화설비 중 적어도 하나로부터 이력데이터를 수집하는 이력데이터 수집 과정; 사용자로부터 예측을 원하는 공기조화설비의 하위 시스템을 입력받는 시스템 입력 과정; 사용자에게 하위 시스템에 관한 입력변수 리스트를 제공하는 리스트 제공 과정; 입력변수 리스트 중 사용자에 의해 선정된 입력변수를 입력받는 변수 입력 과정; 입력변수 및 소정의 신경망 모델에 기 설정된 값을 기초로 하여, 자동으로 이력데이터를 정규화하고 자동으로 신경망 모델의 구조를 최적화하여 최종 신경망 모델을 도출하는 신경망 모델 도출 과정; 및 최종 신경망 모델을 이용하여 하위 시스템의 에너지 사용량 예측값 및 데이터 예측값 중 적어도 하나를 도출하는 예측값 도출 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법을 제공한다.According to an embodiment of the present disclosure, a history data collection process of collecting history data from at least one of BEMS, BAS, and air conditioning equipment; a system input process of receiving a sub-system of an air conditioning system that a user wants to predict; a list providing process of providing a user with a list of input variables related to the subsystem; a variable input process of receiving an input variable selected by a user from a list of input variables; A neural network model derivation process of deriving a final neural network model by automatically normalizing historical data and automatically optimizing the structure of the neural network model based on input variables and preset values for a predetermined neural network model; and a predicted value derivation process of deriving at least one of an energy usage predicted value and a data predicted value of a subsystem by using the final neural network model.

이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법은, 전문적인 지식이 없는 사용자도 공기조화설비의 에너지 사용량 및 관련 데이터를 용이하게 예측할 수 있도록 하는 효과가 있다.As described above, according to the present embodiment, the method of predicting the energy consumption and data of the air conditioning equipment has an effect of enabling a user without professional knowledge to easily predict the energy consumption and related data of the air conditioning equipment.

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법의 순서도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법에 있어서, 사용자에게 제공된 입력변수 리스트의 예시도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법에 있어서, 에너지 사용량 예측값이 출력된 상태를 나타낸 예시도이다.
도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 시스템의 블록도이다.
1 is a flowchart of a method for predicting energy usage and data of an air conditioning facility according to an embodiment of the present disclosure.
2 is an exemplary diagram of a list of input variables provided to a user in a method for predicting energy usage and data of an air conditioner according to an embodiment of the present disclosure.
3 is an exemplary view illustrating a state in which an energy usage predicted value is output in the method for predicting energy usage and data of an air conditioning facility according to an embodiment of the present disclosure.
4 is a block diagram of a system for predicting energy usage and data of an air conditioner according to an embodiment of the present disclosure.

이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, some embodiments of the present disclosure will be described in detail with reference to exemplary drawings. In adding reference numerals to components in each drawing, it should be noted that the same components are given the same reference numerals as much as possible even though they are indicated in different drawings. In addition, in describing the present disclosure, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present disclosure, the detailed description thereof will be omitted.

본 개시에 따른 실시예의 구성요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, i), ii), a), b) 등의 부호를 사용할 수 있다. 이러한 부호는 그 구성요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 부호에 의해 해당 구성요소의 본질 또는 차례나 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함' 또는 '구비'한다고 할 때, 이는 명시적으로 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In describing the components of the embodiment according to the present disclosure, reference numerals such as first, second, i), ii), a), b) may be used. These signs are only for distinguishing the elements from other elements, and the essence, order, or order of the elements are not limited by the signs. In the specification, when a part 'includes' or 'includes' a certain element, it means that other elements may be further included, rather than excluding other elements, unless explicitly stated otherwise. .

도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법의 순서도이다.1 is a flowchart of a method for predicting energy usage and data of an air conditioning facility according to an embodiment of the present disclosure.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법에 있어서, 사용자에게 제공된 입력변수 리스트의 예시도이다.2 is an exemplary diagram of a list of input variables provided to a user in a method for predicting energy usage and data of an air conditioner according to an embodiment of the present disclosure.

도 3은 본 개시의 일 실시예에 따른 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법에 있어서, 에너지 사용량 예측값이 출력된 상태를 나타낸 예시도이다.3 is an exemplary diagram illustrating a state in which an energy usage predicted value is output in the method for predicting energy usage and data of an air conditioning facility according to an embodiment of the present disclosure.

도 1을 참조하면, 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법은 이력데이터 수집 과정(S101), 데이터 전송 과정(S102), 시스템 입력 과정(S103), 리스트 제공 과정(S104), 변수 입력 과정(S105), 모델 변수입력 과정(S106), 신경망 모델 도출 과정(S107), 예측값 도출 과정(S108), 및 예측값 출력 과정(S109)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , the method of predicting energy consumption and data of an air conditioning facility is a history data collection process (S101), data transmission process (S102), system input process (S103), list provision process (S104), variable input process ( S105), a model variable input process (S106), a neural network model derivation process (S107), a predicted value derivation process (S108), and a predicted value output process (S109) may be included.

공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측을 위한 이력데이터는 BEMS, BAS, 및 공기조화설비 중 적어도 하나로부터 수집될 수 있다(S101).History data for energy usage and data prediction of air conditioning equipment may be collected from at least one of BEMS, BAS, and air conditioning equipment (S101).

이력데이터는 과거에 일정 기간 축적된 공기조화설비와 관련된 데이터로서, 공기조화설비에 대한 실측값, 공기조화설비의 에너지 사용량, 실내 온도, 실내 습도 등을 포함할 수 있다.The history data is data related to the air conditioning equipment accumulated for a certain period in the past, and may include actual measured values of the air conditioning equipment, energy consumption of the air conditioning equipment, indoor temperature, indoor humidity, and the like.

예컨대, 냉동기에 대한 이력데이터는, 과거의 특정 기간 동안 실측된, 외기 습구온도, 외기 노점온도, 냉수/급수 온도, 냉수/온수 급수 유량, 냉각수 급수 온도 등의 데이터와, 냉동기의 에너지 사용량에 대한 데이터를 포함할 수 있다.For example, the history data for the refrigerator includes data such as the outdoor wet bulb temperature, the outdoor air dew point temperature, the cold water/supply temperature, the cold water/hot water flow rate, the cooling water feed water temperature, etc. measured during a specific period in the past, and the energy consumption of the refrigerator. It may contain data.

이력데이터는, BEMS 또는 BAS 등의 건물 관리 시스템에 저장된 데이터 베이스로부터 수집될 수도 있으나, 공기조화설비의 각 하위 시스템으로부터 직접 수집될 수도 있다.The historical data may be collected from a database stored in a building management system such as BEMS or BAS, or may be directly collected from each sub-system of the air conditioning system.

한편, 본 명세서에서, 데이터 예측값은 건물의 공기조화와 관련된, 일련의 데이터에 대한 예측값을 지칭한다. 예컨대, 데이터 예측값은 실내 온도, 실내 습도, 냉수 공급 온도, 풍량, 보일러 온수 온도 등에 대한 예측값을 포함할 수 있다.Meanwhile, in this specification, the data predicted value refers to a predicted value for a series of data related to air conditioning of a building. For example, the data predicted value may include predicted values for indoor temperature, indoor humidity, cold water supply temperature, air volume, boiler hot water temperature, and the like.

따라서, 본 개시의 일 실시예에 따른 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법은, 공기조화설비의 에너지 사용량뿐만 아니라, 건물의 공기조화, 또는, 건물의 관리에 필요한 다른 데이터를 예측할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the method for predicting energy usage and data of an air conditioning facility according to an embodiment of the present disclosure is effective in predicting not only the energy usage of the air conditioning facility, but also other data required for air conditioning of a building or management of a building there is

다시 도 1을 참조하면, S101 과정 이후에, 이력데이터 수집 과정(S101)에서 수집된 이력데이터는 서버로 전송될 수 있다(S102). 서버는 웹서버(web server) 또는 로컬 서버(local server)일 수 있다.Referring back to FIG. 1 , after the process S101 , the history data collected in the history data collection process S101 may be transmitted to the server ( S102 ). The server may be a web server or a local server.

이력데이터가 웹서버에 저장되는 실시예의 경우, 데이터의 입출력은 웹 형식으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 사용자는 사용자 단말기(예컨대, 스마트폰)에 설치된 어플리케이션을 통해, 웹 형식으로 에너지 사용량 예측을 위한 변수를 입력할 수도 있으며, 신경망 모델을 통해 도출된 에너지 사용량 예측값 또한 어플리케이션을 통해 제공받을 수 있다.In the case of the embodiment in which the history data is stored in the web server, input and output of data may be made in a web format. For example, a user may input a variable for energy usage prediction in a web format through an application installed on a user terminal (eg, a smartphone), and an energy usage prediction value derived through a neural network model will also be provided through the application. can

이후, 사용자는 신경망 모델을 통해 예측할 공기조화설비의 하위 시스템(subsystem)을 직접 입력 내지 선정할 수 있다(S103).Thereafter, the user may directly input or select a subsystem of the air conditioning system to be predicted through the neural network model (S103).

여기서, 하위 시스템은 공기조화설비를 구성하는 각각의 시스템을 지칭한다. 예컨대, 하위 시스템은 냉동기, 보일러, 지열 히트펌프, 빙축열 시스템 등의 열원 설비할 수도 있으며, 또는, 공기조화기(AHU)를 포함할 수 있다.Here, the sub-system refers to each system constituting the air conditioning system. For example, the subsystem may be a heat source facility such as a refrigerator, a boiler, a geothermal heat pump, an ice heat storage system, or may include an air conditioner (AHU).

이후, 사용자는, 시스템 입력 과정(S103)에서 선정된 하위 시스템에 관한 입력변수 리스트를 제공받을 수 있다(S104).Thereafter, the user may be provided with a list of input variables related to the subsystem selected in the system input process (S103) (S104).

도 2를 참조하면, 사용자에게 제공되는 입력변수 리스트에는, 에너지 사용량 예측에 필요한 일련의 변수들이 포함될 수 있다.Referring to FIG. 2 , the list of input variables provided to the user may include a series of variables necessary for predicting energy usage.

예를 들어, 사용자가 선정한 하위 시스템이 냉동기, 보일러, 또는, 지열 히트펌프 등의 열원 설비라면, 사용자에게 제공되는 입력변수 리스트에는, 날짜, 시간, 외기 습구온도, 외기 노점온도, 냉수 급수 온도, 및, 냉수 급수 유량 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.For example, if the subsystem selected by the user is a heat source facility such as a refrigerator, a boiler, or a geothermal heat pump, the input variable list provided to the user includes the date, time, outside air wet bulb temperature, outside air dew point temperature, cold water supply temperature, And, at least one of cold water supply flow rate may be included.

만약, 사용자가 선정한 하위 시스템이 공과조화기라면, 사용자에게 제공되는 입력변수 리스트에는, 날짜, 시간, 외기 습구온도, 외기 노점온도, 급기 풍량, 및 급기 온도 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.If the sub-system selected by the user is the air conditioner, the list of input variables provided to the user may include at least one of date, time, outdoor air wet bulb temperature, outdoor air dew point temperature, air supply air volume, and supply air temperature.

상술한 변수들은 설명의 편의를 위한 것으로서 일부를 기재한 것에 지나지 않는다. 따라서, 본 개시에서, 사용자에게 제공되는 입력변수 리스트에는 상술한 변수 이외에 다른 변수들을 포함할 수 있다. 이러한 변수들은 사용자가 선정한 하위 시스템에 따라 달라질 수 있음은 물론이다.The above-described variables are for the convenience of description and only a part of the variables are described. Accordingly, in the present disclosure, the input variable list provided to the user may include other variables in addition to the aforementioned variables. Of course, these variables may vary depending on the subsystem selected by the user.

사용자는 입력변수 리스트에 포함된 복수의 변수들 중 일부를 직접 입력 내지 선정할 수 있다(S105). 사용자에 의해 선정된 입력변수는 신경망 모델의 입력변수로서 설정될 수 있다.The user may directly input or select some of the plurality of variables included in the input variable list (S105). The input variable selected by the user may be set as an input variable of the neural network model.

또한, 사용자는, 신경망 모델 설계시 필요한 변수, 예컨대, 입력 데이터의 인터벌, 뉴런의 개수, 및 인공신경망 학습 기간 중 적어도 하나를 입력할 수 있다(S106).In addition, the user may input at least one of a variable required when designing a neural network model, for example, an interval of input data, the number of neurons, and an artificial neural network learning period ( S106 ).

도 2를 참조하면, 신경망 모델 설계시 필요한 변수 또한 입력변수 리스트에 함께 포함되어 사용자에게 제공될 수 있다. 사용자는 제공받은 입력변수 리스트에서 하위 시스템에 관한 입력변수 및 신경망 모델 설계시 필요한 변수를 입력할 수 있다.Referring to FIG. 2 , variables necessary for designing a neural network model may also be included in the input variable list and provided to the user. The user can input input variables related to the subsystem and variables necessary for designing the neural network model from the provided input variable list.

본 개시의 일 실시예에 따른 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법은, 사용자가 공기조화설비의 하위 시스템을 선정하면 그 하위 시스템에 대한 주요 변수들을 리스트 형식으로 제공함으로써, 전문 지식이 없는 사용자도 용이하게 신경망 모델 설계를 위한 입력변수의 선정할 수 있는 효과가 있다.In the method of predicting energy usage and data of an air conditioning facility according to an embodiment of the present disclosure, when a user selects a sub-system of an air-conditioning facility, by providing major variables for the sub-system in a list format, a user without specialized knowledge It also has the effect of being able to easily select input variables for neural network model design.

한편, 이력데이터가 웹서버에 저장되는 실시예의 경우, 상술한 과정(S103 내지 S106)은 웹 형식으로 이루어질 수 있다.On the other hand, in the case of the embodiment in which the history data is stored in the web server, the above-described processes ( S103 to S106 ) may be performed in a web format.

예컨대, 입력변수 리스트의 제공 내지 사용자의 데이터 입력 등은 사용자의 PC, 또는, 사용자 단말(예컨대, 스마트폰)을 통해 웹 형식으로 이루어질 수 있다.For example, the provision of the input variable list or the user's data input may be performed in a web format through the user's PC or a user terminal (eg, a smart phone).

한편, 도 1에서는, S106 과정은 S105 과정에 이후에 수행되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로, 본 개시의 순서가 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서, S106 과정은 S105 과정 이전에 이루어지거나, 또는, S105와 동시에 이루어질 수 있다.Meanwhile, in FIG. 1 , process S106 is illustrated as being performed after process S105, but this is for convenience of description, and the order of the present disclosure is not limited thereto. Accordingly, step S106 may be performed before step S105 or may be performed simultaneously with step S105.

다시 도 1을 참조하면, S105 과정 또는 S106 과정 이후에, 사용자로부터 입력된 입력변수 및 소정의 신경망 모델에 기 설정된 값을 기초로 하여, 이력데이터는 자동으로 정규화될 수 있으며, 신경망 모델의 구조는 자동으로 최적화될 수 있다. 이로써, 최종 신경망 모델을 도출할 수 있다(S107).Referring back to FIG. 1, after the process S105 or S106, based on the input variable input from the user and the preset value for the predetermined neural network model, the historical data can be automatically normalized, and the structure of the neural network model is can be automatically optimized. Accordingly, the final neural network model can be derived (S107).

S107 과정에서, 이력데이터의 정규화 및 신경망 모델의 최적화에 사용되는 신경망 모델 내지 기 설정된 값들은, 기존의 검증된 신경망 모델 및 신경망 모델의 기본값을 이용할 수 있다.In step S107 , the neural network model or preset values used for normalization of historical data and optimization of the neural network model may use an existing verified neural network model and default values of the neural network model.

따라서, 본 개시의 일 실시예에 따른 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법은, 기존의 검증된 신경망 모델 및 신경망 모델의 기본값을 이용하여 이력데이터의 정규화 및 신경망 모델의 최적화를 자동으로 수행하도록 함으로써, 전문 지식이 없는 사용자도 용이하게 신경망 모델을 설계할 수 있는 효과가 있다.Therefore, the method for predicting energy usage and data of an air conditioning facility according to an embodiment of the present disclosure is to automatically perform normalization of historical data and optimization of the neural network model using the existing verified neural network model and default values of the neural network model. By doing so, there is an effect that a user without specialized knowledge can easily design a neural network model.

한편, 신경망 모델 도출 과정(S107)에서, 사용자는, 신경망 모델의 예측성능을 높이기 위해, 관련 변수를 추가 또는 삭제하는 방식으로, 이력데이터의 정규화 또는 신경망 모델의 최적화에 일부 관여할 수도 있다.Meanwhile, in the neural network model derivation process ( S107 ), the user may be partially involved in the normalization of historical data or optimization of the neural network model by adding or deleting related variables in order to increase the predictive performance of the neural network model.

한편, S107 과정을 통해 도출된 최종 신경망 모델은 NARX(nonlinear autoregressive exogenous) 모델을 포함할 수 있다.Meanwhile, the final neural network model derived through the process S107 may include a nonlinear autoregressive exogenous (NARX) model.

NARX 모델은, 입력층(input layer), 은닉층(hidden layer), 출력층(output layer)로 구성된다. 입력층에서는 각 하위 시스템 별 입력값 신경망 학습이 이루어진다. 입력층의 입력신호는 은닉층으로 전달되어 내부의 뉴런(neuron)에 의해서 신경망 연산을 수행한다. 은닉층의 연산 결과는 출력층 통해 출력된다. 에너지 소비량 예측 정확도의 향상을 위해, 은닉층, 뉴런, 에포크(epoch), 학습률(learning rate)와 같은 주요 학습 파라미터의 최적화가 이루어질 수 있다.The NARX model consists of an input layer, a hidden layer, and an output layer. In the input layer, the input value neural network learning for each subsystem is performed. The input signal of the input layer is transmitted to the hidden layer and neural network operation is performed by the internal neurons. The operation result of the hidden layer is output through the output layer. In order to improve the energy consumption prediction accuracy, optimization of key learning parameters such as a hidden layer, a neuron, an epoch, and a learning rate may be performed.

NARX 모델은 시계열적인 데이터에 대한 예측 성능이 높은 것으로 알려져 있다. 공기조화설비의 에너지 사용량은 시계열적인 데이터이므로, NARX 모델은 에너지 사용량 예측을 위한 신경망 모델로서 적합할 수 있다. 그러나, 본 개시가 이에 한정되는 것은 아니며, 본 개시에 따른 최종 신경망 모델은 NARX 모델 이외의 신경망 모델을 포함할 수도 있다.The NARX model is known to have high predictive performance for time-series data. Since the energy consumption of air conditioning equipment is time-series data, the NARX model can be suitable as a neural network model for predicting energy consumption. However, the present disclosure is not limited thereto, and the final neural network model according to the present disclosure may include a neural network model other than the NARX model.

이후, 하위 시스템의 에너지 사용량 예측값 및 데이터 예측값 중 적어도 하나는 최종 신경망 모델을 이용하여 도출 내지 계산될 수 있다(S108).Thereafter, at least one of the energy usage prediction value and the data prediction value of the subsystem may be derived or calculated using the final neural network model ( S108 ).

에너지 사용량 예측값은 특정 기간 또는 특정 시점에 대하여 도출될 수 있다. 예컨대, 에너지 사용량 예측값은, '2020년 9월의 한달 동안의 에너지 사용량' 의 방식으로 시계열적으로 도출될 수 있다.The energy usage predicted value may be derived for a specific period or a specific time. For example, the energy usage predicted value may be derived in time series in the manner of 'energy usage for a month in September 2020'.

이후, 에너지 사용량 예측값 및 데이터 예측값 중 적어도 하나는 출력될 수 있다(S109). 이 경우, 출력되는 에너지 사용량 예측값 또는 데이터 예측값은 월별 시계열로 표현될 수 있다.Thereafter, at least one of the energy usage predicted value and the data predicted value may be output (S109). In this case, the output energy usage prediction value or data prediction value may be expressed as a monthly time series.

도 3을 참조하면, 에너지 사용량 예측값은, 전년도 동일 기간 또는 전년도 동일 시점에 대응되는 전년도 에너지 사용량과 함께 출력될 수 있다. 예컨대, 2020년 9월 한달 동안 에너지 사용량 예측값은, 2019년 9월 한달 동안의 에너지 사용량(실측값)과 함께 출력될 수 있다.Referring to FIG. 3 , the energy consumption predicted value may be output together with the energy consumption of the previous year corresponding to the same period of the previous year or the same time of the previous year. For example, the predicted energy usage value for the month of September 2020 may be output together with the energy usage (actual value) for the month of September 2019.

또한, 에너지 사용량 예측값은, 전년도 동일 기간 또는 전년도 동일 시점에 대하여 최종 신경망 모델을 통해 도출된 전년도 에너지 사용량 예측값과 함께 출력될 수 있다. 예컨대, 2019년 9월 한달 동안 에너지 사용량(실측값)은, 최종 신경망 모델을 통해 도출된 2019년 9월 한달 동안의 에너지 사용량 예측값과 함께 출력될 수 있다.In addition, the energy usage predicted value may be output together with the previous year's energy usage predicted value derived through the final neural network model for the same period of the previous year or the same time of the previous year. For example, the energy usage (measured value) for the month of September 2019 may be output together with the energy usage predicted value for the month of September 2019 derived through the final neural network model.

사용자는, 에너지 사용량 예측값과 전년도 에너지 사용량과 비교하거나, 전년도 에너지 사용량과 전년도 에너지 사용량 예측값을 비교함으로써, 최종 신경망 모델의 예측 성능을 판단할 수 있다. 이렇게 판단된 최종 신경망 모델의 예측 성능이 기대에 미치지 못한다면, 사용자는 S103 과정 내지 S109 과정의 전부 또는 일부를 반복 수행하여 최종 신경망 모델의 예측 성능을 향상시킬 수 있다.The user may determine the prediction performance of the final neural network model by comparing the predicted energy usage value with the previous year's energy usage or comparing the previous year's energy usage with the previous year's energy usage predicted value. If the determined prediction performance of the final neural network model does not meet expectations, the user may improve the prediction performance of the final neural network model by repeatedly performing all or part of steps S103 to S109.

한편, 예측값 출력 과정(S109)은 웹 형식으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 에너지 사용량 예측값 및 데이터 예측값 중 적어도 하나는 사용자의 PC, 또는, 사용자 단말(예컨대, 스마트폰)을 통해 출력될 수 있다.Meanwhile, the prediction value output process ( S109 ) may be performed in a web format. For example, at least one of the energy usage predicted value and the data predicted value may be output through the user's PC or a user terminal (eg, a smart phone).

도 4는 본 개시의 일 실시예에 따른 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 시스템(40)의 블록도이다.4 is a block diagram of an energy usage and data prediction system 40 of an air conditioning facility according to an embodiment of the present disclosure.

도 4를 참조하면, 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 시스템(40)은, 이력데이터 수집부(410), 데이터 입력부(420), 리스트 제공부(430), 신경망 모델 도출부(440), 예측값 도출부(450), 및 예측값 출력부(460)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 4 , the energy usage and data prediction system 40 of the air conditioning facility includes a history data collection unit 410 , a data input unit 420 , a list providing unit 430 , a neural network model derivation unit 440 , It may include a prediction value derivation unit 450 and a prediction value output unit 460 .

이력데이터 수집부(410)는 BEMS, BAS, 및 공기조화설비 중 적어도 하나로부터 이력데이터를 수집하도록 구성될 수 있다. 이력데이터 수집부(410)에 의해 수집된 이력데이터는 웹 서버 또는 로컬 서버로 전송될 수 있다.The history data collection unit 410 may be configured to collect history data from at least one of BEMS, BAS, and air conditioning equipment. The history data collected by the history data collection unit 410 may be transmitted to a web server or a local server.

데이터 입력부(420)는 사용자로부터 예측을 원하는 공기조화설비의 하위 시스템 및 사용자로부터 선정된 하위 시스템의 입력변수를 입력받도록 구성될 수 있다.The data input unit 420 may be configured to receive input variables of the sub-system of the air conditioning equipment desired by the user and the sub-system selected by the user.

리스트 제공부(430)는 사용자에게 하위 시스템에 관한 입력변수 리스트를 제공하도록 구성될 수 있다.The list providing unit 430 may be configured to provide a list of input variables related to the subsystem to the user.

신경망 모델 도출부(440)는, 입력변수 및 소정의 신경망 모델에 기 설정된 값을 기초로 하여, 자동으로 이력데이터를 정규화하고 자동으로 신경망 모델의 구조를 최적화하여 최종 신경망 모델을 도출하도록 구성될 수 있다.The neural network model derivation unit 440 may be configured to derive the final neural network model by automatically normalizing historical data and automatically optimizing the structure of the neural network model based on input variables and preset values for a predetermined neural network model. there is.

예측값 도출부(450)는 최종 신경망 모델을 이용하여 하위 시스템의 에너지 사용량 예측값 및 데이터 예측값을 도출하도록 구성될 수 있다.The predicted value derivation unit 450 may be configured to derive an energy usage predicted value and a data predicted value of a subsystem by using the final neural network model.

예측값 출력부(460)에너지 사용량 예측값 및 데이터 예측값 중 적어도 하나를 출력하도록 구성될 수 있다. 예측값 출력부(460)는 사용자의 PC일 수도 있으나, 사용자 단말(T)일 수도 있다.The predicted value output unit 460 may be configured to output at least one of an energy usage predicted value and a data predicted value. The predicted value output unit 460 may be the user's PC or the user terminal T.

도 4에서는, 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 시스템(40)의 각 구성(410 내지 460)을 분리되어 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의를 위한 것으로서, 각 구성이 별개의 분리된 부재로서 구현된다는 의미는 아니다. 따라서, 각 구성(410 내지 460) 중 일부는 하나의 모듈 내지 하나의 물리적인 구조물 내에서 함께 구현될 수도 있다.In FIG. 4, each component (410 to 460) of the energy usage and data prediction system 40 of the air conditioning facility is shown separately, but this is for convenience of explanation, and each component is implemented as a separate and separate member doesn't mean it will be Accordingly, some of the respective components 410 to 460 may be implemented together within one module or one physical structure.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The above description is merely illustrative of the technical idea of this embodiment, and a person skilled in the art to which this embodiment belongs may make various modifications and variations without departing from the essential characteristics of the present embodiment. Accordingly, the present embodiments are intended to explain rather than limit the technical spirit of the present embodiment, and the scope of the technical spirit of the present embodiment is not limited by these embodiments. The protection scope of this embodiment should be interpreted by the following claims, and all technical ideas within the scope equivalent thereto should be interpreted as being included in the scope of the present embodiment.

410: 이력데이터 수집부 420: 데이터 입력부
430: 리스트 제공부 440: 신경망 모델 도출부
450: 예측값 도출부 460: 예측값 출력부
410: history data collection unit 420: data input unit
430: list providing unit 440: neural network model derivation unit
450: predicted value derivation unit 460: predicted value output unit

Claims (17)

BEMS, BAS, 및 공기조화설비 중 적어도 하나로부터 이력데이터를 수집하는 이력데이터 수집 과정;
사용자로부터 예측을 원하는 공기조화설비의 하위 시스템을 입력받는 시스템 입력 과정;
상기 사용자에게 상기 하위 시스템에 관한 입력변수 리스트를 제공하는 리스트 제공 과정;
상기 입력변수 리스트 중 상기 사용자에 의해 선정된 입력변수를 입력받는 변수 입력 과정;
상기 입력변수 및 소정의 신경망 모델에 기 설정된 값을 기초로 하여, 자동으로 상기 이력데이터를 정규화하고 자동으로 상기 신경망 모델의 구조를 최적화하여 최종 신경망 모델을 도출하는 신경망 모델 도출 과정; 및
상기 최종 신경망 모델을 이용하여 상기 하위 시스템의 에너지 사용량 예측값 및 데이터 예측값 중 적어도 하나를 도출하는 예측값 도출 과정을 포함하되,
상기 시스템 입력 과정 및 상기 변수 입력 과정에서,
상기 하위 시스템 및 상기 입력변수는 사용자 단말을 통해 입력되는 것을 특징으로 하는 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법.
a history data collection process of collecting historical data from at least one of BEMS, BAS, and air conditioning equipment;
a system input process of receiving an input from a user of a subsystem of an air conditioning system desired for prediction;
a list providing process of providing a list of input variables related to the subsystem to the user;
a variable input process of receiving an input variable selected by the user from the input variable list;
a neural network model derivation process of deriving a final neural network model by automatically normalizing the historical data and automatically optimizing the structure of the neural network model based on the input variables and preset values for a predetermined neural network model; and
A prediction value derivation process of deriving at least one of an energy usage prediction value and a data prediction value of the subsystem using the final neural network model,
In the system input process and the variable input process,
The sub-system and the input variable are energy usage and data prediction method of an air conditioning facility, characterized in that input through a user terminal.
제1항에 있어서,
상기 이력데이터 수집 과정 및 상기 시스템 입력 과정 사이에,
상기 이력데이터를 서버로 전송하는 데이터 전송 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법.
According to claim 1,
Between the historical data collection process and the system input process,
The method of predicting energy usage and data of an air conditioning facility, characterized in that it further comprises a data transmission process of transmitting the history data to the server.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 예측값 도출 과정 이후에,
상기 에너지 사용량 예측값 및 상기 데이터 예측값 중 적어도 하나를 출력하는 예측값 출력 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법.
According to claim 1,
After the prediction value derivation process,
The method of predicting energy consumption and data of an air conditioning facility further comprising a predicted value output process of outputting at least one of the predicted energy usage value and the data predicted value.
제4항에 있어서,
상기 예측값 도출 과정에서,
상기 에너지 사용량 예측값은 소정의 기간 또는 소정의 시점에 대하여 도출되는 것을 특징으로 하는 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법.
5. The method of claim 4,
In the process of deriving the predicted value,
The energy usage prediction value is a method of predicting energy usage and data of an air conditioning facility, characterized in that it is derived for a predetermined period or a predetermined time.
제5항에 있어서,
상기 예측값 출력 과정에서,
상기 에너지 사용량 예측값은, 전년도 동일 기간 또는 전년도 동일 시점에 대응되는 전년도 에너지 사용량과 함께 출력되는 것을 특징으로 하는 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법.
6. The method of claim 5,
In the process of outputting the predicted value,
The energy usage prediction value is the energy usage and data prediction method of the air conditioning facility, characterized in that the output together with the energy usage of the previous year corresponding to the same period of the previous year or the same time of the previous year.
제5항에 있어서,
상기 예측값 출력 과정에서,
상기 에너지 사용량 예측값은, 전년도 동일 기간 또는 전년도 동일 시점에 대하여 상기 최종 신경망 모델을 통해 도출된 전년도 에너지 사용량 예측값과 함께 출력되는 것을 특징으로 하는 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법.
6. The method of claim 5,
In the process of outputting the predicted value,
The energy usage prediction value is, for the same period of the previous year or the same time of the previous year, the energy usage and data prediction method of an air conditioning facility, characterized in that it is output together with the energy usage prediction value of the previous year derived through the final neural network model.
제4항에 있어서,
상기 예측값 출력 과정에서,
상기 에너지 사용량 예측값 및 상기 데이터 예측값 중 적어도 하나는 사용자 단말을 통해 출력되는 것을 특징으로 하는 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법.
5. The method of claim 4,
In the process of outputting the predicted value,
At least one of the predicted energy usage value and the predicted data value is an energy usage and data prediction method of an air conditioning facility, characterized in that it is output through a user terminal.
제1항에 있어서,
상기 신경망 모델 도출 과정 이전에,
상기 사용자로부터 입력 데이터의 인터벌, 뉴런의 개수, 및 인공신경망 학습 기간 중 적어도 하나를 입력받는 모델 변수입력 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법.
According to claim 1,
Before the neural network model derivation process,
The method of predicting energy consumption and data of an air conditioning system, further comprising a model variable input process of receiving at least one of an interval of input data, the number of neurons, and an artificial neural network learning period from the user.
제1항에 있어서,
상기 최종 신경망 모델은 NARX(nonlinear autoregressive exogenous) 모델을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법.
According to claim 1,
The final neural network model is a method of predicting energy use and data of an air conditioning system, characterized in that it includes a nonlinear autoregressive exogenous (NARX) model.
제1항에 있어서,
상기 공기조화설비의 하위 시스템은, 공기조화기, 냉동기, 보일러, 및 지열 히트펌프 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법.
According to claim 1,
The sub-system of the air conditioning system, energy usage and data prediction method of the air conditioning system, characterized in that it includes at least one of an air conditioner, a refrigerator, a boiler, and a geothermal heat pump.
제11항에 있어서,
상기 공기조화기에 대한 입력변수는,
날짜, 시간, 외기 습구온도, 외기 노점온도, 급기 풍량, 및 급기 온도 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법.
12. The method of claim 11,
The input variable for the air conditioner is,
A method for predicting energy consumption and data of an air conditioning system, comprising at least one of date, time, outdoor air wet bulb temperature, outdoor air dew point temperature, supply air volume, and supply air temperature.
제11항에 있어서,
상기 냉동기, 상기 보일러, 및 상기 지열 히트펌프 중 적어도 하나에 대한 입력변수는,
날짜, 시간, 외기 습구온도, 외기 노점온도, 냉수 급수 온도, 및 냉수 급수 유량 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법.
12. The method of claim 11,
The input variable for at least one of the refrigerator, the boiler, and the geothermal heat pump,
Date, time, outdoor air wet bulb temperature, outdoor air dew point temperature, cold water supply temperature, and the energy consumption and data prediction method of an air conditioning facility, characterized in that it comprises at least one of the flow rate of cold water.
제1항에 있어서,
상기 데이터 예측값은, 실내 온도 및 실내 습도 중 적어도 하나에 대한 예측값을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기조화설비의 에너지 사용량 및 데이터 예측 방법.
According to claim 1,
The data prediction value is an energy usage and data prediction method of an air conditioning facility, characterized in that it includes a predicted value for at least one of indoor temperature and indoor humidity.
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