ThermoLLM: 공간-의미 지식 그래프 기반, 열역학적 요소를 고려한 HVAC 제어

ThermoLLM: Thermodynamics-Aware HVAC Control with Spatial-Semantic Knowledge Graph

다중 구역 HVAC 제어는 실내 온도 변화와 제어 결정이 외부 조건 및 내부 발열뿐만 아니라 건물 레이아웃, 물리적 인접성 및 건물 전체에 걸친 지연된 열 상호 작용에 따라 달라지는 공간적인 의사 결정 문제입니다. 최근 LLM 기반 HVAC 제어기는 프롬프트 기반 제어가 가능하다는 것을 보여주었습니다. 그러나 이러한 방법은 일반적으로 작업 설명, 관측 값, 짧은 텍스트 피드백 또는 비정형 검색에 의존하며, 이는 구역 간의 상호 작용, 열 반응 및 건물 역학에 대한 추론 능력을 제한합니다. 본 논문에서는 에너지플러스 시뮬레이션을 사용하는 5구역 건물을 위한 열역학적 요소를 고려한 LLM 제어 프레임워크를 제시합니다. 이 제어기는 Brick 스타일의 건물 의미 체계를 기반으로 생성된 물리 법칙에 따른 공간 지식 그래프로 구성되며, 최근 상호 작용 기록과 연결되어 있습니다. 각 제어 단계에서 모델은 현재 건물의 상태, 그래프 구조화된 공간 컨텍스트 및 최근 환경-제어기 기록을 입력받아 건물 구조와 단기적인 열 변화를 모두 반영하는 결정을 내립니다. 본 프레임워크는 표준 제어 기준선 및 여러 LLM 기반 대안과 비교하여 평가되었습니다. 결과는 제안된 방법이 전체 에너지-쾌적성 균형이 가장 뛰어나고, 에너지 효율적인 운영을 유지하면서 PMV 위반이 가장 낮다는 것을 보여줍니다.

Multi-zone HVAC control is a spatial decision problem in which indoor thermal evolution and control decisions depend not only on outdoor conditions and internal heat gains but also on zone layout, physical adjacency, and delayed thermal interactions across the building. Recent LLM-based HVAC controllers have shown that prompt-based control is feasible. However, these methods typically rely on task descriptions, observation values, short textual feedback, or unstructured retrieval, which limits their ability to reason about zone coupling, thermal response, and building dynamics. This paper presents a thermodynamics-aware LLM control framework for a five-zone EnergyPlus building simulation. The controller is grounded in a physics-informed spatial knowledge graph derived from Brick-style building semantics and linked with recent interaction history. At each control step, the model receives the current building state, graph-structured spatial context, and recent environment-controller history, enabling it to make decisions that reflect both building structure and short-term thermal evolution. We evaluate the framework against standard control baselines and several LLM-based alternatives. Results show that the proposed approach achieves the best overall energy-comfort trade-off and the lowest PMV violation while maintaining energy-efficient operation.