《ENERGY AND BUILDINGS》：Development of a novel multi-objective energy management methodology through a building management system structure
编辑推荐：
•需求侧与供给侧的能源管理应当相互独立且自主运行。•所提出的方法能让用户了解不同目标之间的权衡关系。•解决方案中的供暖间隔频率有助于生产者调整供暖计划与价格。•能源消费者与生产者都会自主利用现有的能源调节灵活性。•该算法可与供给侧管理结合，形成双向优化方案。引言如今，为落实《巴黎
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需求侧与供给侧的能源管理应当相互独立且自主运行。
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所提出的方法能让用户了解不同目标之间的权衡关系。
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解决方案中的供暖间隔频率有助于生产者调整供暖计划与价格。
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能源消费者与生产者都会自主利用现有的能源调节灵活性。
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该算法可与供给侧管理结合，形成双向优化方案。
引言
如今，为落实《巴黎协定》中降低二氧化碳排放的要求，全球范围内日益重视减少能源消耗[1]。在欧盟，建筑能源使用占比相当高[2]。据欧盟委员会统计，建筑与工业领域的供暖与制冷能耗几乎占欧盟全年能源消耗总量的一半[3]。为此，多项举措被推出以推动建筑行业的去碳化。例如“翻新浪潮计划”[4]旨在提升建筑围护结构的隔热性能，从而降低能源需求并缓解能源贫困问题。此外，“欧洲绿色协议”[5]也提出了进一步减少温室气体排放的行动方案。在此框架下，欧洲已经开始推广近零能耗建筑[6]，并计划到2030年实现向零能耗建筑转型，最终在2050年实现全面普及[7]。要实现零能耗建筑，除了降低建筑相关的温室气体排放外，还需提高可再生能源在总能源消耗中的占比。美国[8]、[9]、[10]以及中国等亚洲发展中国家也采取了类似的政策方向[11]、[12]、[13]。
由于可再生能源具有间歇性，为匹配能源需求，往往需要对其发电量进行限制。特别是在需求较低的时期，这种限制程度更为严重[14]，这阻碍了可再生能源系统在当前能源市场中的广泛应用。有建议提出可通过安装储能系统来提升可再生能源的灵活性[15]。不过，或许更值得探讨的是如何更好地利用建筑能源领域已有的灵活性。
此外，所需的供暖负荷以及能源结构也是确保能源系统高效运行的重要因素。既然供给侧管理有利于推动可再生能源的广泛应用，那么此时便是研究如何优化将其整合到现有系统中的良机。这意味着由需求侧管理制定的控制策略也需要同时适应供给侧（即能源生产者）的优化标准。因此，双方需就彼此互利的控制方式达成共识。鉴于双方各自拥有可能相互冲突的优化标准，这一任务颇具挑战性。
除了建筑行业存在的能源问题外，近期的新冠疫情也再次凸显出维持建筑内部良好环境条件的重要性。研究表明，室内环境条件会影响人们的能源消费习惯及偏好[16]、[17]。因此，将这一问题与全球范围内的能源问题结合起来看，就能明白建筑能源管理的范畴其实更为广泛，它实际上涉及建筑管理系统（BMS），而建筑管理系统近年来也受到了广泛关注[18]。
简而言之，开展这项研究的动力在于：能源行业亟需构建完善的框架，将建筑能源系统中需求侧与供给侧的管理功能相结合，同时实现能源使用效率与室内环境质量的优化。下文将通过文献综述，梳理目前建筑能源管理的发展现状，以及其在推动建筑行业去碳化进程中的作用。具体而言，本研究将探讨当前建筑能源管理整合方案的发展情况及其核心机制，进而分析本研究所提出的方法可能面临的局限性。
章节概要
建筑管理系统中的综合能源管理
首先，针对建筑能源管理这一主题展开文献研究时，有必要先了解能源管理的两大方面——需求侧管理与供给侧管理——的当前发展状况[19]、[20]。
虽然大多数研究仅采用需求侧管理或供给侧管理中的某一种方式[21]、[22]、[23]，但也有一些研究同时运用了这两种管理方法。例如，有研究[24]提出了一个综合能源管理方案，用以满足……
研究方法
多目标需求侧优化方法包含多个步骤，具体内容见图1。本研究采用了基于我们之前研究成果[58]中的建筑能源系统模型作为模拟基础。
该模型与多目标优化算法相结合，能够根据用户需求来安排建筑的供暖计划。通常情况下，那些负责热力网络需求侧的建筑使用者（如第2节所述），其主要目标是……
情景1
结果分析部分首先介绍了所提出的优化算法与NSGA-II算法在某建筑及其热力系统的两天模拟中的应用情况。两种算法生成的帕累托前沿分别如图4所示，这些图表展示了对应方案在热不适感、热舒适度以及能源消耗成本方面的表现。
通过观察图4的结果可以发现，所提出的方法与NSGA-II算法生成的……
讨论
本研究借助我们之前的研究成果[57]、[58]，开发出了用于需求侧管理的供暖计划优化算法。关于该算法的运行结果，可总结出以下几点意见。
首先，该算法生成的帕累托前沿符合我们之前研究所得出的规律[58]。具体而言，它……
结论
总之，本研究提出了一种概念验证型方法，旨在通过供暖计划优化来实现多目标需求侧管理。首先，本研究分析了所提出的多目标优化算法在不同定价及能源供应情景下的模拟办公楼运营中的应用效果；随后，评估了各情景下生成的帕累托前沿解的特性。这些研究成果表明……
CRediT作者贡献说明
Leonidas Zouloumis：原文撰写、可视化处理、结果验证、软件开发、方法设计、研究实施、形式化分析、概念构思。Nikolaos Ploskas：文章审阅与编辑、项目监督、软件开发、资源协调、项目管理工作。Giorgos Panaras：文章审阅与编辑、项目监督、资源协调、项目管理工作以及资金筹措。
资金支持
本研究得到了“通过运行模拟与优化终端用户热力站，优化科扎尼地区供热网络”项目的资助，该项目由科扎尼市供水排水企业（DEYAK）提供支持，项目编号为：033/2021。
利益冲突声明
作者声明，他们不存在任何可能影响本研究结果的已知财务利益关联或个人关系。
Leonidas Zouloumis|Nikolaos Ploskas|Giorgos Panaras
