办公建筑电力能耗分析预测算法的应用

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近年来,我国办公类建筑的数量近几年爆发式增长,办公人员对办公室内条件要求愈发升高。办公建筑的能耗量在这样的要求下飞速增长,给使用者、城市能源、环境和电力供应都带来了越来越难以承受的巨大压力。其中办公建筑电力能耗的节约是降低能耗的最重要途径,电力能耗的模拟预测是了解建筑电力能耗一种主要的方法。目前国内外计算机软件模拟技术在模拟建筑电力能耗时,存在使用难度大,结果专业性强等问题,而且无法直接面向决策者或管理者给予决策的辅助和支持。为了改善这样的现状提出一种以整体的统计分布规律代替复杂的热力学迭代运算的模型和分析方法。采用“面向整体”的方式和模型对办公建筑的电力能耗进行统计学分析。利用双变量相关分析和理论论述提出并逐一筛选能耗的影响因素,并根据回归变量的选取原则将这些影响因素进行归类、量化。使用多元线性回归的方法,首先得到了回归的显著性,证明了这些因素变量与能耗之间存在类似线性关系,然后利用这个关系建立因素变量与能耗之间的关系模型。使用生成的模型进行电力能耗预测,并经验证具备使用价值。这样建立的多元线性回归模型针对不同建筑形成专属于某个建筑的能耗模型,排除避免了因为使用统一模型针对不同的建筑进行分析时产生不可避免的系统误差。本研究将统计学理论用于能耗数据的统计和分析,筛选出了5个重要的、与电力能耗相关性较高的外界影响因素变量。不但证明了电力能耗与建筑所处环境因素变化之间存在线性关系,也证明了以此进行能耗预测是可行的,根据这样的关系建立起一套完整的办公建筑电力能耗预测的模型方法。并根据该模型,利用软件工程技术进行了系统的设计。这套模型能够简单、快速的为能源部门决策者提供决策的辅助和支持,而且不要求复杂的专业知识。
摘要第4-5页
Abstract第5页
第1章 绪论第9-15页
    1.1 选题背景与意义第9-10页
    1.2 国内外研究现状第10-12页
        1.2.1 国内研究现状第10-11页
        1.2.2 国外研究现状第11-12页
    1.3 研究内容和目标第12页
    1.4 论文结构第12-15页
第2章 能耗分析预测的理论基础与技术第15-35页
    2.1 建筑能耗模拟的基本原理第15-20页
        2.1.1 正向建模方法第16-18页
        2.1.2 逆向建模方法(数据驱动方法)第18-20页
    2.2 建筑能耗模拟的两个方向第20-23页
        2.2.1 直接由计算机模拟建筑的能耗第20-22页
        2.2.2 基于已有的建筑能耗数据第22-23页
    2.3 统计学基础第23-28页
        2.3.1 相关性分析第23-25页
        2.3.2 多元线性回归第25-26页
        2.3.3 多元线性回归的计算流程第26-28页
    2.4 多元线性回归的预测建模方法第28-29页
    2.5 数据挖掘技术第29-30页
        2.5.1 数据挖掘的基本步骤第30页
    2.6 数据缺失的处理第30-33页
        2.6.1 均值填补法第31-32页
        2.6.2 期望值最大化法第32页
        2.6.3 回归填补法第32-33页
    2.7 本章小结第33-35页
第3章 建筑能耗影响因素的研究和选取第35-53页
    3.1 影响因素确定第35-42页
        3.1.1 析因设计第35-36页
        3.1.2 正交试验法第36-37页
        3.1.3 建立正交分析第37-42页
        3.1.4 结果分析第42页
    3.2 影响因素选择原则第42-45页
        3.2.1 建立能耗变化与影响因素的关系第42-43页
        3.2.2 统计分析的研究范围第43-44页
        3.2.3 因素分类第44-45页
    3.3 客观影响因素第45-48页
        3.3.1 室外温度第45-47页
        3.3.2 室内设定温度第47页
        3.3.3 人员密度第47-48页
    3.4 人为影响因素第48-50页
        3.4.1 人员使用模式第48-50页
        3.4.2 设备功率第50页
    3.5 本章小结第50-53页
第4章 电力能耗评估预测模型建立方法的设计第53-63页
    4.1 自变量选取第53-54页
    4.2 模型的建立第54-55页
    4.3 模型的验证第55-58页
    4.4 模型的应用与价值第58-61页
        4.4.1 模型的应用方法第58-59页
        4.4.2 模型的应用价值第59-60页
        4.4.3 模型的应用环境第60-61页
    4.5 模型方法总结第61-62页
    4.6 本章小结第62-63页
第5章 电力能耗分析预测系统的设计实现第63-75页
    5.1 系统需求第63-64页
        5.1.1 功能需求第63-64页
        5.1.2 非功能需求第64页
    5.2 系统设计第64-68页
        5.2.1 系统用例图第64-65页
        5.2.2 系统类图第65-66页
        5.2.3 系统结构模块第66页
        5.2.4 系统时序图第66-67页
        5.2.5 多元线性回归算法实现第67-68页
    5.3 系统流程第68-69页
    5.4 系统测试第69-73页
        5.4.1 测试案例第69-70页
        5.4.2 测试策略与环境第70页
        5.4.3 测试结果第70-72页
        5.4.4 结果分析第72-73页
    5.5 本章小结第73-75页
结论第75-77页
参考文献第77-81页
攻读硕士学位期间取得的研究成果第81-83页
致谢第83页
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