夏热冬冷地区近零能耗居住建筑能耗预测方法研究

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随着我国建筑能耗的不断增长,建筑节能成为建筑可持续发展的重要课题,建筑能耗模拟在建筑规划以及运行中的重要性也愈发凸显。近年来,近零能耗建筑因其高效的节能减排的优势,逐渐成为我国建筑节能发展的趋势。准确的建筑能耗计算对于近零能耗建筑方案的优化设计、实现建筑近零能耗目标至关重要。然而,由于国内近零能耗居住建筑项目的建成数量有限,关于设计初期的建筑构造、设计等因素的不确定性以及模拟计算的复杂性,使得建筑能耗模拟软件的应用受到限制。因此,选择一种适用于方案设计阶段的能耗预测方法是十分必要的。本文以夏热冬冷地区典型居住建筑为例,基于参数化模拟数据,确定了影响近零能耗建筑能耗的关键设计参数。利用三种具有代表性的能耗预测方法,构建了近零能耗建筑能耗预测模型。通过对不同模型预测性能的对比分析,确定了适用于我国夏热冬冷地区的最佳近零能耗居住建筑能耗预测方法。主要研究内容如下:(1)通过并行计算(Energy Plus+Je Plus),获得能耗数据集,为后续的敏感性分析和预测模型的建立提供了有效数据。首先,依据《近零能耗建筑技术标准》建立基准模型;然后在标准范围内进行参数调整,利用Je Plus进行参数化模拟;最后得到7420组符合近零能耗建筑能耗指标的数据。(2)利用多元回归系数法对影响近零能耗建筑能耗的不同参数进行了敏感性分析,并通过相关性分析确定了各敏感参数的合理取值。结果显示,外墙传热系数、屋面传热系数、地面传热系数、气密性、朝向和太阳得热系数是影响近零能耗居住建筑能耗的敏感参数,其合理取值分别为0.21W/(m~2·K)、0.33 W/(m~2·K)、0.71 W/(m~2·K)、0.6 h-1、90°(正南)和0.3(南窗),0.4(北窗)。其中,太阳得热系数对能耗的影响最大。(3)基于参数化模拟数据以及敏感性分析结果,利用多元回归模型、BP神经网络模型和GA-BP神经网络模型三种预测方法,分别建立了近零能耗居住建筑能耗预测模型。通过预测值和模拟值间的线性拟合效果和相对误差,对各模型的预测性能进行了验证。结果显示,三种方法建立的能耗预测模型均能预测近零能耗居住建筑能耗。最后通过相对误差分布、均方根误差(RMSE)、平均绝对百分比误差(MAPE)评价了上述建立的预测模型。结果表明,三种预测方法建立的模型预测精度存在差异,回归模型的RMSE最大值为1.768,MAPE最大值为5.865%;BP模型预测的RMSE最大值为1.952,MAPE最大值为6.329%;GA-BP模型预测的RMSE不超过0.7,MAPE小于5%,误差指标均小于其他两种预测方法。因此,针对近零能耗居住建筑能耗预测应优先采用GA-BP神经网络模型。
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