基于主体建模的住宅建筑空调随机使用行为模拟方法研究

住宅建筑空调使用行为的随机性和不确定性对空调能耗预测精度影响很大。如何在准确掌握空调随机使用行为特征的基础上,建立科学合理的住宅建筑空调随机使用行为模拟方法,对其空调负荷及能耗模拟具有重要意义。鉴于此,本研究利用基于主体建模的思想建立了住宅建筑空调随机使用行为的模拟方法。首先建立建筑户型、住户类型、空调数量和安装位置的对应关系,其次将居民划分为青年、中年、老年等3类,建立各类居民的在室规律、空调使用行为规则、以及不同类型居民之间空调使用的交互特征;基于主体建模的思想,利用netlogo软件建立居住建筑空调随机使用行为模拟模型。在此基础上,选取杭州市一栋典型住宅建筑进行案例应用,于2017年1月5日至1月11日,对该栋建筑内所有住户每个成员的在室行为、空调使用行为、以及所有住户的空调运行状态进行问卷调研,同时选取典型住户对室内外温度和空调运行情况进行实时监测。根据上述模拟方法对该栋建筑所有住户的空调随机使用情况进行模拟,并将模拟结果和住户空调运行情况进行校核。结果表明,该模拟方法有较好的精度保证,可用于居住建筑空调随机使用行为的模拟。     

基于动作的住宅夏季空调开启行为研究

鉴于住宅空调运行状况对空调能耗的重要影响,从人员对住宅空调开和关的两个控制动作层面,准确刻画住宅建筑实际的空调行为尤为重要。本研究针对北京城区33户住宅卧室和客厅房间的内38台分体空调,基于房间温、湿度现场测试和人体热感觉、人员作息的问卷调查数据,从居住者对空调开启动作的角度,研究分析住宅夏季的空调开启行为。分析探讨空调开启行为随时间的变化及与当前时刻室内热湿环境的相互关系,进一步从热刺激持续时间对人体热感觉存在影响的角度,引入空调开启率的概念并计算分析各台分体空调开启率随室内空气温度的变化,由此分析发现5类典型的住宅空调开启行为,并对这5类空调开启行为的特征分别进行定量的描述。     

东营市某办公建筑能耗分析

从实地调研出发,收集东营市某办公建筑一整年的用电数据,得出降低空调系统能耗对整个建筑能耗的重要性,并利用主流能耗模拟软件EnergyPlus,通过建立该建筑的基准模型,对其进行能耗模拟,综合性地考虑了空调系统、建筑外围护结构以及人员行为对建筑能耗的影响。通过优化空调系统各项设备、围护结构保温性能,以及加强建筑用能管理,规范人员用能行为,将会极大程度地减少建筑整体的能耗。     

上海地区夏季居民空调器使用行为及能耗模拟研究

我国上海地区的住宅空调能耗受"部分时间、部分空间"的使用模式影响较大,传统能耗模拟软件中采用的固定作息法无法对人员行为的随机性进行描述,研究该地区住宅空调能耗需要对人的行为进行更为准确的描述与模拟。本研究基于DeST能耗模拟软件中马尔可夫链的人员移动模型和动作概率触发模型的人行为模块,通过由实际调研采集到的人行为数据计算住户的移动模型和开关空调的动作概率模型,并对住宅空调能耗进行模拟。将模拟结果与实测数据进行对比,模拟结果说明人行为模型可以较好地描述上海地区住宅居民夏季空调行为,解释目前该地区住宅空调能耗水平整体较低的现状。     

住宅建筑采暖空调能耗模拟方法的研究

住宅建筑的采暖空调能耗受室内居住人员行为方式的影响,在调查研究基础上,确定了两种反映室内居住人员行为方式的计算模式。在两种不同计算模式下,利用建筑热环境模拟工具DeST对上海地区同一住宅建筑能耗进行模拟,并将模拟结果与调研结果进行比较,分析计算模式对上海地区住宅建筑采暖空调能耗大小的影响,从而获得能正确反映上海地区住宅建筑采暖空调能耗大小的模拟计算方法。此方法可用于上海地区住宅建筑采暖空调的能耗分析与评价,并正确指导住宅建筑的节能设计。     

办公室热舒适与空调运行特点研究

以长沙市某办公楼为研究对象,对不同类型办公室内及室外温湿度和空调末端能耗进行了现场实测,分析了室内热舒适性与办公建筑空调系统运行特点。结果表明:办公室室内热环境良好,室内温度日变化趋势相对稳定,湿度较大,室内热环境在突变环境和稳态环境下均能满足办公人员舒适度要求;在办公人员主观空调行为作用下,室内日平均温度约为25.1℃,受室外日平均温度影响较小,空调制冷时长与室外日平均温度显著线性相关;门厅空调开启概率最大,大办公室室内空调平均开启概率小于小办公室。     

建筑人行为模拟中的重复模拟和时间步长

以办公建筑中人员的空调行为为例,在能耗模拟软件DeST中集成不同的人行为模型,讨论了建筑中人行为模拟的重复模拟和时间步长。采用统计方法对计算次数结果进行了分析,提出合理的重复计算次数,以减少随机性对计算的影响,以及通过不同时间步长下的空调能耗比较,提出在建筑中人行为模拟合理的时间步长的方法框架。尝试提出了确定建筑中人行为模拟合适的重复模拟和时间离散的框架。     

基于中医体质的热偏好分类及对空调开启行为影响

本研究从中医体质角度对人体热偏好开展探索性的分析描述,由此确定了不畏热(R0)、畏热倾向(R1)、畏热(R2)3种热偏好分类.进而通过人工气候室实验,从人体热舒适、热感觉、皮肤温度、非空调环境容忍时间以及空调开启人群概率的角度探究热偏好对人体热反应及空调开启行为的影响.结果 显示:1)同样热环境条件下,R2类的受试者最倾向于开启空调降温;2)当空调开启行为发生时,R1与R22类受试者的平均皮肤温度、整体热感觉以及非空调环境容忍时间均不存在统计意义上的显著差异,但是R2类受试者的热不舒适感显著高于R1类受试者;3)平均皮肤温度相同时,R2类受试者的空调开启人群概率大于R1类受试者,R2类人群对平均皮肤温度的上升更加敏感.因此,本研究中基于中医体质所建立的热偏好分类能够与夏季空调开启行为建立起较好的相互关联,体现出中医体质对空调开启行为的重要影响.     

上海地区居民热泵型空调器供暖行为及能耗模拟研究

在冬季选取10户使用热泵型空调器的住宅进行现场测试,基于马尔可夫链的人员移动模型和动作概率触发模型,得到人员移动模型和低、中、高3种空调能耗等级下的空调开关动作概率触发模型的描述参数,并使用DeST-h软件进行供暖行为和空调能耗的模拟。该地区居民典型供暖行为描述参数的提出为今后的空调供暖能耗研究提供了依据。     

结合人员行为的分散式空调系统能耗模拟

随着模拟技术的发展和进步,新的应用场景对能耗模拟软件在更短时间内的模拟精度和准确度提出了挑战。分体式空调被大量安装于我国各类建筑当中,对其用能及运行情况进行准确刻画具有十分重要的意义。由于人行为对建筑能耗具有显著影响,并且对于采用分散式空调的建筑,人行为的随机影响更加明显,因此,在分散式空调的模拟当中加入人行为模型变得非常必要。本文针对现有一款主流能耗模拟软件EnergyPlus中对分散式空调系统模拟的缺陷以及并未考虑人员影响因素的问题,从人行为和软件自身空调模块出发,对分体机模块进行改进,并在模拟中加入人行为因素。结果表明改进后的分体机模型能够正确反映出其运行特性及室温波动特点;同时,结合了人行为的改进后分散式空调模型模拟结果与未考虑人行为影响的原有模型模拟结果存在明显差异。     

湿热地区住宅分体空调的人行为控制节能案例模拟研究

人行为对建筑的实际能耗有着重要影响,是近年来建筑节能研究的热点。本文基于现有调查数据拟合得到我国湿热地区夏季人的空调控制行为模型及其相关参数,继而以福州的典型住宅建筑为例,采用DeST工具包对高温天气下分体空调的人行为控制及能耗进行模拟。计算结果表明相比于全时开启模式,人控制间歇性使用模式可减少空调能耗49.7%。本研究对人用能行为引导和空调设计有一定的参考意义。     

住宅自然通风节能率及其开窗行为相关性分析

利用IES-VE建筑能耗模拟软件对温州地区某住宅建筑的空调能耗进行模拟,量化分析了自然通风节能效果.鉴于外窗开启行为受室外气温、风速以及相对湿度等气象参数控制,计算中选取控制外窗开启的室外温度上限区间为26℃～28℃,湿度上限区间为80％～100％,风速下限区间为0～1.5m/s,进而探讨了外窗开启条件对节能率的影响.计算结果表明:自然通风可导致空调能耗至少减少30％;自然通风节能率对外窗开启控制条件变化敏感,节能率随外窗开启温度、湿度上限值的提高而增大,随外窗开启风速下限值的增大而减小,该趋势可用全年满足开窗条件小时数这一指标的变化加以解释.     

办公空间空调使用行为多人模型研究

多人办公室中,空调使用行为受到不同人员之间的交互影响,目前尚未有合适的模型可以进行准确描述。提出了多人空调使用行为的模型建立方法:利用直觉模糊偏好关系描述个体行为偏好及意愿,通过主观评价方法构建反映多人之间社会关系的层次结构,并结合群体决策方法对多人商议过程进行描述,从而建立多人模型。空调运行模拟结果与实测结果具有很高的相似度,能够充分反映实际空调运行状态的动态变化特征,表明多人模型对于空调使用行为的模拟有效可靠。     

夏热冬冷地区居住建筑夏季人员开窗行为实测与建模研究

开关窗是建筑使用者控制室内热环 境和改善室内空气品质最直接且简单的手 段,同时对建筑节能也有重要影响,因此对 人员开关窗行为的定量化描述是非常必要 的。本研究通过对夏热冬冷地区—?—自贡市 7户住宅夏季人员开窗行为的实际监测,得到 以下结论：发现实测样本中存在三种明显差 异的典型开窗行为,分别是习惯性开窗型、 高强度开窗型和习惯性关窗型;对非环境因 素分析得出,一天中不同时段以及家庭成员 吸烟与否对开窗概率影响显著,而是否为工 作日以及住户所在楼层对开窗概率无明显影 夏热冬冷地区居住建筑夏季人员开窗行为实测与建模研究 * 刘奕巧　王新如　崔　颖　魏　绅　潘　嵩　LIU Yiqiao, WANG Xinru, CUI Ying, WEI Shen, PAN Song Measurement and Modelling of Occupants’ Window Opening Behavior in Residential Buildings in the Hot Summer and Cold Winter Regions in Summer 中图分类号 TU228 文献标识码 B 文 章 编 号 2095-6304（2021）05-15-09 作者简介 刘奕巧： 吉林建筑大学寒地建筑综合节能教育部重点实 验室,马来亚大学机械工程学院,博士研究生 王新如（ 通讯作者）：天津商业大学机械工程学院,讲 师,xinru5263@ticu.edu.cn 崔　颖：宝武清洁能源武汉有限公司 魏　绅： 伦敦大学学院巴特莱特可持续建筑学院,副教授 潘　嵩： 吉林建筑大学寒地建筑综合节能教育部重点 实验室,北京工业大学绿色建筑环境与节能 技术重点实验室,教授 *寒地建筑综合节能教育部重点实验室开放课题项目; 河北省国际科技合作基地（20594501D）;“十三五”国 家重点研发计划(2017YFC0702200) 响;对于环境因素而言,当室外温度超过32 ℃,开窗概率开始降低,空调开启比例升高;室外温 度超过37 ℃,空调开启比例达到100%,但开窗比例仍有11.1%;建立了基于二元逻辑回归的夏季 高强度开窗行为预测模型,模型的预测准确率达到了86%,而室外温度是该模型最为重要的预 测因子。本文的研究成果可以用于细化能耗模拟软件及室内空气品质评价软件对该类型住宅建 筑开窗行为特征的描述,对住宅建筑节能设计、运行、改造以及住宅室内空气品质和热舒适研 究均有一定程度的参考意义。     

人员行为对住宅建筑热负荷需求的影响研究

本文对西安市某居民住宅楼不同人员的作息规律和用能行为进行了调研测试,利用马尔可夫链模型和事件机制模拟了不同人员的在室情况,结合DeST软件对考虑人员在室情况和人员行为影响后的住宅建筑热负荷需求进行了模拟,并与传统负荷计算方法下得到的建筑热负荷需求进行比较.结果表明,人员行为对住宅建筑热负荷需求的影响较大,考虑人员行为影响因素后建筑的热负荷需求呈现显著地波动变化且供暖季近92％的时刻建筑的负荷率均不超过60％,上述结果可为供暖系统的设计和运行管理提供指导.     

厦门农村住宅用能状况与建筑能耗模拟分析

以厦门农村住宅为调查研究的对象,采取实地调研和计算机模拟相结合的方法,根据农宅住户实际用电特征将厦门农村住宅分为6种基本类型,从中归纳出3种不同的空间原型作为计算机模拟的模型,通过De ST-h模拟软件进行能耗模拟,得出典型农村住宅基本能耗,分析其建筑能耗的特点。结果表明,农宅的用能方式导致不同的建筑形态其能耗也不同,通过典型气象年的运算发现,空调冷负荷在建筑总能耗中占比最大,3种计算模式的空调开启时间和运行时间均不同,3种计算模型的空调能耗占比分别是81.5%、84.6%、96.8%。     

校园建筑空调随机使用行为特征分析——以科研楼为例

校园建筑空调使用行为的随机性和不确定性对校园空调负荷的准确预测、空调系统容量配置及优化运行均具有重要意义。文章选取杭州市某高校典型单体建筑——科研楼进行问卷调研,首先以开/关空调动作时刻的室外温度为因变量,对该建筑中的人员进行分类,然后再分析各类人员的空调随机使用特征。研究结果为校园建筑空调随机使用行为的模拟打下基础。     

室内环境控制相关的人员动作描述方法

人是建筑系统的主动参与者和房间设备的使用者,通过开关窗户、开关窗帘、开关灯、开关空调等动作对房间设备和室内环境进行调节和控制。这些行为决定了房间设备的运行状态,也直接影响建筑室内环境和运行能耗。本文提出一种基于条件触发和分段条件概率函数的室内人员动作描述方法,它能够全面反映人行为随机、环境反馈、事件相关、及不同动作之间关联等特征。以此模型为基础,容易与建筑能耗模拟软件实现集成,对人员动作、设备运行状态、室内环境等进行耦合模拟,从而定量刻画这些行为对建筑室内环境与运行能耗的影响。     

高校宿舍建筑内使用者用能行为特征的统计学分析

校园建筑能耗巨大,且因其用能管理粗放,建筑用能行为存在很大浪费。然而,校园建筑内使用者用能行为特征及其对节能的量化研究却非常缺乏。本项目在某高校内选取了宿舍建筑进行调研,分析了宿舍内照明、空调、电脑、热水器的使用特征。建立了冬夏两季单人日均用电的简化计算模型,并利用K-均值聚类分析,分析了奢侈型、适度性、节约型等3种类型的用能行为特征。调研结果表明:宿舍内照明和热水器的使用比较节俭;空调的逐时使用比例也较小,但空调温度设定及空调温度控制方式欠科学;通过减少学生离开时的电脑开机和待机比例,在一定程度上可降低电耗。聚类分析表明,奢侈型样本在冬夏两季个人日均用电量为6.81 k W·h/(人·d),适度型样本为3.56 k W·h/(人·d),节约型样本为1.16 k W·h/(人·d)。三类用能行为样本在冬夏季空调的使用时间上差别很大,可见空调的使用时长对用能行为聚类有重要贡献,而照明、电脑、热水器的使用对聚类的影响不大。高校建筑用能行为特征分析可为绿色校园建设提供基础数据支持。     

居住建筑门窗开启对自然通风特性影响的数值研究

利用Airpak软件,在非供暖空调环境下,研究了最常见的平开门和推拉窗不同开启组合方式下的流量系数,定量分析了风压通风中多开口模型的流量系数。搭建了模拟实验平台,利用多区域网络模型对实际房间通风量进行了模拟计算,发现通过改变门窗的开度能够改变有效通风面积,影响房间的自然通风量。利用DeST-h软件模拟分析了门窗不同开启模式对空调能耗的影响。