基于数据挖掘的建筑电器待机能耗及行为节能潜力分析

摘要

建筑电器待机能耗已成为建筑总能耗不容忽视的组成部分，有必要对其现状及其节能潜力开展深入研究。现有相关研究主要是在发达国家进行，其结果难以直接应用到我国。此外，现有待机能耗节能潜力的评估方法存在两个局限。第一，现有研究方法主要通过将电器升级的方法对待机能耗进行评估，而对更加可行的行为节能考虑较少；第二，现有方法未充分考虑电器待机能耗的影响因素，从而显著降低了节能潜力评估的准确度。为克服上述局限，本研究通过采用现场测量研究法对我国农村地区住宅建筑电器和高校建筑电器待机能耗进行调查研究，深入了解我国农村住宅建筑和高校建筑电器待机能耗现状。在此基础上，通过提出基于数据挖掘技术的建筑电器待机能耗节能潜力评估的新方法，进一步评估这两类建筑电器的待机能耗节能潜力。本文的主要结论如下：
　　（1）对我国农村住宅建筑电器的待机能耗研究结果表明我国农村家庭的待机电器数量分布范围为3–20台，平均每户家庭拥有11台待机电器，且其平均待机功功率和年待机能耗分别为40W和101 kWh。采用三种不同的节能方案（即电器升级，用户行为改变和两者相结合应用）后，所调查的住宅用户平均年待机能耗分别可降低72 kWh（71％）、19kWh（19%）和79 kWh（78%）。将这三种方法推广至全国农村住宅建筑后可估算出每年分别可节能12,952 GWh、3,084 GWh和13,878 GWh。采用灰色关联分析和聚类分析相结合的新方法将数据库中住宅用户分为四类后，可估算出全国农村住宅建筑在三种方案下的总待机能耗减少量分别为13,963 GWh，3,774 GWh和15,041 GWh，分别占我国农村地区的住宅用电总量的2.6%，0.7%和2.8%。
　　（2）对我国高校建筑电脑的待机能耗研究结果表明笔记本电脑和台式电脑在锁屏、屏保、睡眠和关机模式下待机功率平均值分别为23.6 W、28.5 W、4.3 W、2.4 W和62.2 W、67.4 W、7.3 W、2.7 W。用户电脑年待机能耗平均值为35 kWh，占总能耗比例达16%。采用降低待机功率、改善用户待机行为以及两者相结合三种方法后，平均每名用户分别可减少29.0%、83.0%、97.5%的待机能耗。将这三种方法推广至全国高校建筑学生电脑后可估算出每年可分别节能261 GWh、732 GWh和861 GWh。采用主成分分析和聚类分析相结合的新方法将样本用户分为四类后可估算出各类用户年平均待机能耗的最大节能潜力值分别为48 kWh、29kWh、22 kWh、16 kWh。
　　本研究结果有助于深入了解当前我国农村住宅建筑及高校建筑电器待机能耗现状及相应行为节能潜力。考虑到我国不同地区的气候、社会、经济等因素存在显著差异，且这些因素对待机能耗和待机行为均有一定影响，未来研究应集中于收集和分析来自我国不同气候分区不同类型建筑的更多数据。这些数据最终可形成全面的数据库。基于该数据库及本文所提出的方法可进一步分析全国范围内建筑电器待机能耗的特征和行为节能潜力，从而帮助政府和相关机构制定政策，以进一步实现建筑节能和减少 CO2排放量。

目录

第 1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.3 研究目标和内容

1.4 本文框架

第2章 数据处理分析方法及工具介绍

2.1 数据归一化

2.2 灰色关联分析

2.3 主成分分析

2.4 聚类分析

2.5 SPSS软件介绍

2.6 本章小结

第 3章 农村住宅电器待机能耗调查及其节能潜力分析

3.1 调查对象

3.2 数据收集

3.3 电器待机能耗计算方法

3.4 数据分析

3.5 影响因素分析

3.6 聚类前待机能耗节能潜力分析

3.7 聚类后待机能耗节能潜力分析及建议

3.8 本章小结

第 4章 高校建筑电器待机能耗调查及其节能潜力分析

4.1 电脑待机状态定义

4.2 数据收集

4.3 数据分析与处理

4.4 调查数据统计及初步分析

4.5 聚类前待机能耗节能潜力分析

4.6 聚类后节能潜力分析

4.6 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

致谢

附录A 调查问卷

附录 B 攻读学位期间的学术论文及科研情况

附录C攻读学位期间所参与的科研项目