基于动态时间步长的建筑在室行为模拟研究

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建筑人行为(主要包括在室行为和用能行为)是影响建筑能耗的重要因素之一,对其进行准确预测可以有效提高建筑通风空调系统的运行优化控制性能,并可为建筑能耗基准评价提供重要依据。现有在室行为动态预测模型主要采用固定时间步长选取模拟节点,难以同时满足预测准确率和模拟效率的要求。采用的步长过小时,在房间人数不发生变化的时间段内容易进行冗余的模拟,影响模拟效率;采用的步长过大时,在人数变化频繁的时间段内难以准确捕捉在室人数变化相关的信息,降低模拟精度。同时,目前建筑能耗评价方法暂未考虑到用能行为对建筑能耗的影响,因而显著降低了能耗评价的准确度。针对上述问题,本研究分别提出两种新方法。对于在室行为而言,本文提出了一种动态时间步长下在室行为预测方法。该方法首先基于开关门事件选取动态时间步长的模拟节点,再结合房间内CO2浓度建立联合概率模型预测在室人数。对于建筑能耗评价而言,本文提出一种基于主体建模的建筑能耗评价新方法。该方法首先基于主体建模的方法对住户用能行为进行模拟,在此基础上,将住户用能行为转化为能耗,并将该能耗作为基准能耗以评价建筑用能水平。为验证上述方法的可行性,本研究基于实测数据建立了在室行为预测模型进行对比分析,同时采用日本数据库中某一典型住户作为建筑能耗基准评价的示例。本文主要结论如下:(1)与传统在室行为预测模型相比,本文所建模型可在将预测精度提高11%的同时将模拟次数由1440次减少为363次,说明该方法可在显著提高预测精度的同时提高模拟效率。(2)本文所建在室行为模型可以准确预测用户最先到达时间和最后离开时间,这对于建筑通风空调系统优化运行控制具有重要意义。(3)基于本文所建的建筑能耗评价新方法,所选日本典型住宅的空调节能潜力为4.08 kWh,照明节能潜力为0.14 kWh。在本文研究工作基础上,未来研究工作应主要集中于:1.耦合其他传感器(例如PIR传感器等)以及时判断用户在室状态;2.深入分析用能行为特性,挖掘并定量描述不同住户用能行为之间的联系,并进一步将其应用于建筑能耗评价中以提高评价准确度。
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