基于人员行为特征的长江流域住宅建筑能耗预测方法研究
作者单位：重庆大学
学位级别：硕士
导师姓名：喻伟;孟冲
授予年度：2020年
学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学]
摘 要：能源作为人类生产生活中的重要物质基础,与国民经济的发展息息相关。随着人们对于物质生活水平和生存环境的要求越来越高,对能源的需求也越来越大。我国城镇化的发展带动了建筑业的持续发展,2018年建筑行业的能耗占我国社会总能耗的37%。因此要在建筑的建造和运行过程中减少能耗,以此缓解我国能源的供求矛盾、对我国可持续化发展战略也起到重要作用。而长江流域人口密集、地域辽阔、气候特征特殊、经济发展迅速,该地区建筑能耗的降低成为节能工作的研究重点。目前长江流域地区居民大多使用空调来改善冬、夏季的室内热环境,对围护结构、气象特征、人员行为等因素对该地区住宅建筑能耗的影响已经有大量的研究,但是在能耗模拟及预测方面,人员行为中的某些非物理因素很难定量去考虑。因此本文以长江流域地区人员行为特征为基础,通过问卷调查和方差分析对影响能耗的因子进行筛选排序,利用能耗模拟软件对该地区不同行为模式的能耗进行模拟,在此基础上建立一个能耗预测系统,对该地区居民用能提供参考以及对建筑节能工作提供支撑。首先,本研究基于长江流域住宅建筑能耗展开了大规模的问卷调查,共收集有效问卷1272份,覆盖长江流域地区上海、重庆、浙江、四川、江浙、湖南、陕西等12个省市,分析了该地区居民的人员行为模式和月均电费数据,研究表明:使用空调采暖或制冷时用户的行为模式,如不同的空调设定温度、不同的空调开启时长、不同的空调开启模式都会影响住宅建筑空调能耗。在SPSS中通过多因素方差分析对影响住宅建筑空调能耗的多个影响因子进行分析,结果表明:家庭年收入、空调开启时长、家庭结构、建筑面积、空调开启模式以及建造年代对长江流域住宅建筑能耗的显著性影响水平依次降低,说明影响长江流域住宅建筑空调能耗的重要因素就是人员行为。对长江流域人员行为特征进行梳理,包括通过该地区居民的空调行为、开窗行为、其他降温采暖设施的使用等,为后续能耗模拟中的相关设定提供参考。其次,利用能耗模拟软件Energy Plus对长江流域七个典型城市的不同围护结构组合方案下的空调设定温度、空调开启时长、换气次数等相关空调行为进行模拟,结果表明:冬季供热模式下的设定温度每升高一度,能耗增加28%左右,夏季制冷模式下的设定温度每降低一度,能耗约增加8%;冬季供热模式下,每少开启一个小时的空调,可节能5.56%,夏季制冷模式下,少开启一个小时的空调,可节能7.51%;冬季供热模式下,以换气次数为1次/小时为基准,换气次数为0.5次/小时的节能率为62.92%,夏季制冷模式下以换气次数为1次/小时为基准,换气次数为0.5次/小时的节能率为14.71%。应该在保证人员室内热环境的基本需求下选择更加节能的空调使用方式。不同典型城市的单位面积供热负荷、供冷负荷和总负荷之间存在较大差异,负荷模拟结果与划分子气候区时的供热、供冷需求期望一致。在模拟过程中发现一些模拟软件的不足之处,如操作不够简便、操作语言非中文、专业要求较高及有些非物理因素的模拟无法实现等,因此考虑一种更加方便、适用范围更广的能耗预测系统。最后,根据前述研究结果,选取23个影响住宅建筑空调能耗的因素为输入因子,以能耗模拟结果为训练样本集,利用人工神经网络建立了基于人员行为的住宅空调能耗预测系统,并对预测结果进行验证,单位面积全年制冷能耗平均误差0.19%,单位面积全年制热能耗平均误差为0.58%,单位面积全年总能耗平均误差为0.17%。可以看出本研究建立的预测模型有较好的预测精度。在此基础上建立了住宅建筑空调能耗预测系统的用户界面,使该系统的应用更加快捷、方便和直观。
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