建筑环境中基于既有数据和能耗模型的敏感性分析

摘要

随着经济的发展，建筑能耗在社会总能耗中所占的比重日益增加。在新建建筑和既有建筑的节能分析中，敏感性分析可确定影响能耗或碳排放的主要因素，以评估不同节能措施的可靠性。敏感性分析方法在理论上对能耗不确定和最优化提供分析基础，在实践中对于节能减排工作有现实的指导作用，因此这类方法在建筑节能领域得到广泛的应用。
　　建筑能耗敏感性分析方法将建筑能耗建模软件和数学统计软件有效结合，不仅提高了运算速度，而且也提高了运算的精确度。在建筑能耗分析时，自变量的个数多，而且自变量之间的交互作用特别复杂，全局敏感性分析方法克服了这一缺点，可在整个数据空间范围内研究输入变量和能耗之间的复杂关系。目前国内建筑能耗分析中全局敏感性分析方法使用较少，但在其它领域有部分应用，如作战能力的武器装备、海啸波高等方面。国际建筑能耗领域的研究中则缺少不同敏感性分析方法对于建筑能耗影响的比较。本文共分为两大部分，第一部分基于建筑环境中既有数据进行敏感性分析，第二部分则以能耗模型为基础进行建筑能耗敏感性分析。
　　第一部分从建筑环境中基于既有数据的方面出发，选择伦敦能耗数据作为研究对象，比较几种常见的敏感性分析方法的特点，包括Genizi、CAR（修正相关临界值法）、PCC（偏相关系数法）、SRC（标准回归系数）。研究发现，影响天然气消耗的最显著变量是居住建筑土地面积，房屋税率越高，对天然气和用电消耗的影响越大。标准回归系数方法不适用于变量之间有相关性的情况，其余三种方法结果类似。
　　第二部分以校园办公建筑的能耗模型为研究对象，比较四种全局敏感性分析方法的特点:包括SRC（标准回归系数）、Morris筛选法、拓展FAST（傅立叶振幅敏感性分析方法）、TGP（树型高斯过程）。结果表明，TGP方法就准确度和计算经济性而言是最优选择，需要注意，虽然TGP方法运行建筑能耗模型比较经济，但是计算敏感性指数相对比较耗时。敏感性分析方法如果采用同样的取样方法，运行建筑能耗模型的时间一致。此外，能耗模型个数越多，运行次数越多，需要的计算时间也就越长。另外通过对比研究表明，运行建筑能耗模型的时间远远大于敏感性测试时间。在建筑能耗分析中，建议至少采用两种不同的敏感性分析方法从而可以得到可靠的结果。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 课题的提出

1．1．1 课题的社会背景

1．1．2 课题的研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 基于既有数据的敏感性分析研究现状

1．2．2 基于能耗模型的敏感性分析研究现状

1．3 论文研究内容

1．4 论文结构

2 建筑环境中基于既有数据和能耗模型的敏感性分析方法

2．1 建筑环境中基于既有数据的敏感性分析方法

2．1．1 Genizi方法

2．1．2 CAR方法

2．1．3 PCC方法

2．1．4 SRC方法

2．2 建筑环境中基于能耗模型的敏感性分析方法

2．2．1 回归法

2．2．2 Morris筛选法

2．2．3 EFAST方法

2．2．4 基于元模型的TGP方法

3 基于既有数据的敏感性分析方法比较

3．1 数据来源及描述

3．1．1 数据来源

3．1．2 数据描述

3．2 变量相关性的统计方法

3．2．1 相关变量的可视化方法

3．2．2 用数字化的方法表示相关变量

3．3 结果和讨论

3．3．1 天然气能耗敏感性分析结果

3．3．2 电能耗敏感性分析结果

3．4 本章小结

4 基于能耗模型的敏感性分析方法

4．1 建模数据收集及分区

4．1．1 建模数据收集

4．1．2 建筑模型分区

4．2 建立能耗动态模型

4．3 敏感性分析步骤

4．4 结果与讨论

4．4．1 取暖能耗敏感性分析结果

4．4．2 制冷能耗敏感性分析结果

4．4．3 用电能耗敏感性分析结果

4．4．4 计算时间比较

4．5 本章小结

5 结论

6 展望

7 参考文献

8 攻读硕士学位期间发表论文情况

9 致谢

附录