기계학습 기반 자동화 알고리즘을 활용한 공조기 급기 온도 예측

초록

본 연구는 기계 학습 및 매개 변수를 자동으로 설정하여 공조기 급기 온도를 예측할 수 있는 방안을 제시 하고자 하였다. 병원건물을 대상으로, 방위별 부하를 담당하는 4대의 공조기의 7개월간의 실측 데이터를 사용하였다. 최적화 예측모델을 발견하기 위해, 자동화 데이터 분석 알고리즘 AutoML인 Auto-sklearn을 활용하였다. 비교를 위해 건물 에너지 분야에서 가장 많이 쓰이고 인공지능 개념인 ANN 모델과 선행 연구에서 반복적인 튜닝을 통해 도출된 매개 변수를 사용하였으며 결론은 다음과 같다. (1) 공조기 데이터별로 각각 다른 모델이 최적화 모델로 선정되었다. 남측공조기의 경우 추천된 기계 학습 모델은 Gradient Boosting, 남서측은 SVR, 남동측은 Adaboosting, 북측은 RandomForest이다. (2) 각각의 모델로 ANN과 비교한 결과 약 0.03%~1.16% 더 높은 정확도로 예측되는 것으로 분석되었다. (3) 추천된 모델과 ANN을 비교해 보았을 때, 추천된 모델의 정확도가 CvRMSE 평균 0.53%, MBE 0.54% 더 높게 나타났다. 뿐만 아니라, 자동화 데이터 분석 알고리즘을 통한 모델과 매개 변수를 적용하는 것이 시간 효율적인 것을 알 수 있다. (4) 건물 내 같은 공간 속에서 방위에 따라 공조기 운전 예측에 필요한 알고리즘과 매개 변수는 각각 다르게 나타남을 알 수 있다. 본 연구를 통해 설비시스템의 운전 예측 분야에 자동화 데이터 분석 알고리즘 모델이 적극 활용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 예측된 데이터를 실제 건물에 적용함으로써 에너지 절감의 정량적인 분석의 연구가 기대된다.

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