基于数据的建筑能耗分析与建模_刘丹丹

第38卷第12期2010年12月

同济大学学报(自然科学版)

JO URNAL OF TON GJI UNIVERSITY(NATURAL SCIEN CE)Vol.38No .12 Dec.2010

文章编号:0253-374X(2010)12-1841-05DO I :10.3969/j.issn.0253-374x.2010.12.025

收稿日期:2010-03-20

基金项目:上海市重点学科建设基金资助项目(B004);科技部国际科技合作资助项目(2009DFA12520);上海市科委国际合作资助项目

(10160704500)

作者简介:刘丹丹(1980-),女,博士生,主要研究方向为能耗建模与分析.E -m ail:2009lddlala@

陈启军(1966-),男,教授,工学博士,博士生导师,主要研究方向为机器人与智能系统.E -mail:qjch en@

基于数据的建筑能耗分析与建模

刘丹丹1,2,陈启军1,森一之3,木田幸夫4

(1.同济大学电子信息工程学院,上海201804; 2.上海电力学院计算机与信息工程学院,上海200090;3.日本三菱电机先端技术研究所,日本尼崎661-8661; 4.日本三菱电机福山制作所,日本福山720-8647)

摘要:对建筑能耗数据进行深入分析,提出了建立建筑电力能耗模型的方法.首先对建筑能耗进行了分项计量,统计了建筑逐时照明能耗数据,办公设备能耗数据以及办公人数,同时调查了建筑管理控制方式.经过分析可知,办公设备能耗数据与办公人数线性相关,而照明能耗数据与办公人数以及太阳辐射强度相关,但为非线性关系.根据不同类型数据的特点,分别建立了线性回归模型以及决策树模型.该模型可以预测建筑能耗并评估建筑管理方式对能耗的影响.关键词:建筑电力能耗;线性回归算法;决策树;分类与回归树

中图分类号:T K 01;T P 311

文献标识码:A

Data -based Analysis and Modeling of Building Electricity Energy Consumption

LIU Dandan

1,2

,CH EN Qijun 1,Mor i Kazuyuki 3,Kida Yukio

4

(1.C ollege of Ele ctro nics and Informatio n,T o ngji Unive rsity ,Sha nghai 201804,C hina;2.Scho ol o f Computer a nd Informatio n Enginee ring,Sha nghai Unive rsity of E le ctric Power,Shangha i 200090,C hina;3.A dvanc ed T e chnolo gy R &D Center,Mitsubishi Ele ctric Corpo ra tion,A ma ga sa ki 661-8661,Ja pan;4.Fukuya ma Wo rks,Mitsubishi Elec tric C orporation,Fukuya ma 720-8647,Ja pan)

Abstract :The building electric ity energy consumption m odels were established ba sed on the analysis of building electricity energy c onsumption.Data were c ollected by hours about the office equipment energy c onsumption,lighting energy consumption and number of people.Investigations were made into the building management modes.Based on the c ollected data,a close relationship between equipment electricity energy consumption and number of people was found and the linear regression model was then developed.Lighting energy consumption was found to be related with

number of people and solar radiation intensity,but the relationship was nonlinea r.A cla ssification model was

developed with the decision tree a lgorithm.With the models,electricity consumption can be predicted hourly and the im pact of building management mode on power demands can be assessed.

Key words :building electricity energy consumption;linear regression algorithm;decision

trees;

classification and

regression trees

建筑能耗分析是确定合理的节能策略的基础,是节能降耗工作的研究热点之一,国内外很多学者对于建筑能耗分析与建模方法进行了深入的研究,这些研究可分为两类.第一类研究[1-4]主要以建筑结构为研究对象,在建筑设计阶段使用建筑能耗逐时模拟软件对于能耗进行预测.模拟软件多以热力学理论为基础,综合考虑影响建筑能耗的多种内扰(人,使用方式等)、外扰(环境)因素,列出热力学方程进行求解,得出建筑在满足人的需求以及达到人体舒适度的情况下所需的能耗.代表性的软件为美国能源部主导开发的DOE -2,Energ yPlus,中国清华大学开发的DeST 软件等.软件模拟的方法在建筑设计阶段起到很大的辅助作用,深入研究了建筑本身的固有特性(如结构、围护等)对能耗的影响.而在建筑使用阶段,由于人对于建筑物的使用方式具有不确定性,导致建筑设计中对能耗的预测分析结果与实际情况有较大区别.

而建筑能耗数据包含了建筑在运行阶段的所有信息.研究能耗数据可以了解能耗的产生规律,由此选择合理的建筑管理方案与节能策略.因此第二类