大型公共建筑用電能耗預(yù)測模型及預(yù)測數(shù)據(jù)

文/張杰 王波

能源是是社會發(fā)展最基本的物質(zhì)基礎(chǔ)，能源問題也是全世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展最重要的問題。隨著我國城市化進(jìn)程的不斷進(jìn)行，我國的大型公共建筑的能源消耗將進(jìn)一步加大，最終占能源消費(fèi)總量的四成左右。大型公共建筑是建筑面積在2萬平方米以上，擁有中央空調(diào)的商業(yè)、旅游、辦公、通信的公共建筑。據(jù)統(tǒng)計(jì)我國的大型公共建筑已經(jīng)占到我國建筑總面積的20%，但是我國公共建筑的能源消費(fèi)卻占到消費(fèi)總量的40%。大型公共建筑的能耗是普通居民能源消耗的2倍以上，是鄉(xiāng)村能源消耗的4倍以上。大型公共建筑的能耗的密度比較高，但是它的能源使用率只有28%。所以，處理好大型公共建筑的問題已經(jīng)成為我國未來幾年的重要國策。

1 大型公共建筑用電能耗結(jié)構(gòu)

1.1 大型公共建筑用電耗能構(gòu)成分析

我國的大型公共建筑有辦公建筑、商業(yè)建筑、服務(wù)建筑和教育機(jī)構(gòu)建筑等。這些建筑的面積都超過2萬平方米，并且使用大型中央空調(diào)。根據(jù)國家規(guī)定大型公共建筑用電主要有照明插座用電、空調(diào)用電、動力用電和特殊用電等，但在不同類型的建筑的用電比例會有一定的不同。

比如說，辦公建筑用電主要是空調(diào)、照明和一些辦公設(shè)備的能耗。因?yàn)檗k公人員的數(shù)量決定辦公建筑的辦公設(shè)備，所以正常情況下這兩部分用電都比較穩(wěn)定；大型商場建筑主要是建筑面積比較大、人員流動快、人員密集、各種照明設(shè)備的使用頻率比較高，中央空調(diào)的運(yùn)行時間比較長。商場照明有室內(nèi)照明和夜晚景觀照明，并且照明亮度大、照明時間長。因?yàn)樯虉鋈藛T眾多，所以產(chǎn)生較多的熱量，導(dǎo)致空調(diào)一直處于超負(fù)荷運(yùn)行；酒店建筑在入住高峰時期照明插座、空調(diào)動力和中西餐廳、洗衣房、游泳館、健身房和休閑中心等都會增長，酒店還要滿足客戶的住宿、娛樂以及舒適度的要求。這就導(dǎo)致酒店類建筑能耗突然激增，并且酒店越高級能耗就會越高。不同的大型公共建筑，它的能耗構(gòu)成也不同，不同的公共建筑因?yàn)楣δ艿牟煌黜?xiàng)能耗也會受到影響。

1.2 大型公共建筑用電耗能功能

大型公共建筑主要有照明的插座用電、空調(diào)用電、動力系統(tǒng)用電和特殊用電所組成。照明用電是建筑物內(nèi)主要的區(qū)域照明為主的室內(nèi)設(shè)備用電的總和，對于辦公建筑而言，當(dāng)大廈的辦公人員穩(wěn)定的時候，照明和插座用電基本上也比較穩(wěn)定?？照{(diào)系統(tǒng)用電是給建筑提供空調(diào)和保暖服務(wù)設(shè)備的總稱。辦公建筑的空調(diào)系統(tǒng)用電耗能會隨著季節(jié)的變化產(chǎn)生巨大的波動，在進(jìn)行能耗預(yù)測的時候需要重點(diǎn)關(guān)注。其次，是動力系統(tǒng)用電。動力系統(tǒng)包括電梯、排風(fēng)扇、生活用水和排污的設(shè)備用電的總和。最后，是特殊用電。特殊用電是建筑物的信息中心、洗衣房、餐廳和其他的用電。

1.3 大型公共建筑用電耗能影響的因素

我們應(yīng)該科學(xué)的認(rèn)識影響大型公共建筑用電耗能的因素。大型公共建筑用電耗能的主要有建筑的自身缺陷、人為的因素、外界的因素等。建筑本身的因素有建筑的類別、體型系數(shù)、太陽的熱系數(shù)、建筑的窗墻比重、建筑的朝向等；人為的因素有室內(nèi)人員的密度、室內(nèi)的溫度和設(shè)備的功率等；外界的因素主要有氣候條件、節(jié)假日和海拔的高度等。大型公共建筑會受到這幾個因素的相互作用，共同影響著公共建筑的用電耗能。所以，辦公建筑的能耗數(shù)據(jù)就是照明插座用電能耗平均數(shù)值、動力系統(tǒng)用電能耗的均值、特殊用電能耗的均值、空調(diào)系統(tǒng)能耗均值以及建筑自身參數(shù)數(shù)據(jù)在一起結(jié)果。

2 大型公共建筑的空調(diào)系統(tǒng)用電能耗預(yù)測方法和分析

2.1 使用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的空調(diào)系統(tǒng)用電耗能的預(yù)測方法

在大型公共建筑正常工作的時候要對未來的一段時間的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的預(yù)估和評測是非常重要的。對于沒有能耗數(shù)據(jù)的大型公共建筑要用外圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)用新技術(shù)建立虛擬的建筑模型，然后估算出建筑建成之后的能源消耗的數(shù)值。對于有歷史能耗數(shù)據(jù)的建筑一般應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測建筑未來的能耗數(shù)據(jù)。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)出現(xiàn)的問題采用相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它具有自動學(xué)習(xí)、自動組織、自動適應(yīng)的功能，對于非線性連續(xù)函數(shù)有一定的逼近性，可以大范圍的數(shù)據(jù)融合，更加快速高效處理數(shù)據(jù)。RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成功處理非線性函數(shù)逼近、時間序列分析、數(shù)據(jù)的分類、模式識別、圖像處理、系統(tǒng)建模和故障的診斷等。RBF網(wǎng)絡(luò)可以加快學(xué)習(xí)速度和適應(yīng)能力對于大型建筑的數(shù)據(jù)有很好的效果。

2.2 辦公建筑用電耗能預(yù)測數(shù)據(jù)分析

我們把辦公建筑一個月的實(shí)際耗能和預(yù)測數(shù)值進(jìn)行比較可以得出差值和變換的百分比。通過計(jì)算預(yù)測數(shù)值和當(dāng)前實(shí)際能耗數(shù)據(jù)的比值大小可以得出異常耗能數(shù)據(jù)，如果比值超過20%就說明這個辦公建筑用電能耗過高應(yīng)該采取措施。因?yàn)檗k公建筑的用電情況比較繁多，在下一步對比分析的時候就應(yīng)該上一步的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。比如說發(fā)現(xiàn)動力用電數(shù)據(jù)異常，就值分析動力用電數(shù)據(jù)的分項(xiàng)排風(fēng)機(jī)、電梯的數(shù)據(jù)就可以了。對于空調(diào)等其他耗能的數(shù)據(jù)可以不用分析。根據(jù)這樣的辦法找到異常數(shù)據(jù)來源，為用戶提供一個準(zhǔn)確的分析報(bào)告，列舉出異常的數(shù)據(jù)，為用戶提供改造方向。

3 建筑能耗預(yù)測和分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 大型公共建筑需求分析和設(shè)計(jì)思路

本文是對大型公共建筑能耗監(jiān)管和優(yōu)化的信息平臺的研究，意在建立一個能耗統(tǒng)計(jì)、能耗監(jiān)測、能耗分析、能耗評價(jià)的綜合管理平臺，幫助用戶提高大型建筑的能源管理水平，為建筑節(jié)能減排提供管理的工具和決策方向。這個平臺要建立全面的實(shí)時監(jiān)控建筑的能耗檢測系統(tǒng)，能耗采集點(diǎn)布局要合理并且對于細(xì)節(jié)的把控。進(jìn)而幫助用戶全面認(rèn)識建筑不同時段、不同部門、不同區(qū)域的能耗情況，這樣也會讓分析的結(jié)果更準(zhǔn)確。

大型公共建筑用電能耗預(yù)測及分析系統(tǒng)是監(jiān)管和技能優(yōu)化信息的重要部分，對于公共建筑用電能耗預(yù)測和分析需要的數(shù)據(jù)可以從數(shù)據(jù)庫查閱。在進(jìn)行預(yù)測分析的時候應(yīng)該對耗能的實(shí)際監(jiān)測數(shù)據(jù)和預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比處理。所以可以設(shè)置數(shù)據(jù)模塊和功能模塊，這個系統(tǒng)要方便用戶使用設(shè)置專門的用戶模塊。數(shù)據(jù)模塊主要有信息的獲取、信息傳輸、信息處理以及信息的管理。功能模塊主要是這個系統(tǒng)的功能，主要有能好的預(yù)測和預(yù)測分析兩個方面。系統(tǒng)的基礎(chǔ)模塊可以根據(jù)用戶的需求設(shè)置建筑的設(shè)備信息和能耗數(shù)據(jù)，通過調(diào)整功能模塊中用戶選擇的功能對應(yīng)完成用戶需求的功能。系統(tǒng)在工作的過程中根據(jù)功能模塊的數(shù)據(jù)需求，能耗監(jiān)測、預(yù)測評價(jià)每個模塊之間的數(shù)據(jù)，并分析數(shù)據(jù)得到最終的結(jié)果。這樣用戶只需要在顯示的界面進(jìn)行選擇，就可以為用戶分析數(shù)據(jù)的異常，為用戶的決策提供方向，極大地提高管理效率。

3.2 大型公共建筑用電能耗數(shù)據(jù)庫和界面設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)測和分析的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容有建筑的基本信息、本地的氣候數(shù)據(jù)和能源消耗等。系統(tǒng)關(guān)系在設(shè)計(jì)的時候，每一個系統(tǒng)要預(yù)留一個空的數(shù)據(jù)庫讓用戶添加數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)需求分析是根據(jù)客戶的需求從數(shù)據(jù)庫得到相應(yīng)的信息，結(jié)合大型公共建筑能耗預(yù)測所需要的數(shù)據(jù)可以把信息分為建筑的基本信息、本地氣候數(shù)據(jù)、建筑能耗數(shù)據(jù)三類。系統(tǒng)管理的界面設(shè)計(jì)系統(tǒng)首次登陸用戶要輸入建筑面積、層數(shù)、建筑無得外圍結(jié)構(gòu)等參數(shù)，輸入之后系統(tǒng)會自動把參數(shù)包岑在建筑基本信息數(shù)據(jù)庫中。用戶可以通過點(diǎn)擊能耗預(yù)測進(jìn)入能耗預(yù)測界面。在能耗預(yù)測界面，建筑類別可以選擇需要的類型。能耗預(yù)測直接在數(shù)據(jù)庫中直接調(diào)出來進(jìn)行預(yù)測，用戶還能根據(jù)自己的情況選擇全年能耗預(yù)測值。預(yù)測數(shù)據(jù)分析報(bào)告是根據(jù)能耗預(yù)測報(bào)告中的數(shù)據(jù)，對實(shí)際數(shù)值和預(yù)測數(shù)值進(jìn)行比較分析，找到異常數(shù)據(jù)的設(shè)備，為用戶提供改進(jìn)的措施。預(yù)測數(shù)據(jù)分析報(bào)告為客戶展現(xiàn)所有超過預(yù)測數(shù)據(jù)20%的疑似數(shù)據(jù)，為用戶精確到每個設(shè)備，省去客戶一個一個排查的時間，大大提高管理效率。

4 結(jié)束語

大型公共建筑能耗預(yù)測以及預(yù)測分析，是大型公共建筑能耗監(jiān)管和優(yōu)化信息平臺的系統(tǒng)，它主要通過分析大型公共件數(shù)的能源結(jié)構(gòu)建立電能耗預(yù)測模型，并完成數(shù)據(jù)的分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文根據(jù)大型公共建筑用電能耗波動較大的特點(diǎn)利用正交試驗(yàn)對商業(yè)建筑空調(diào)系統(tǒng)影響因素進(jìn)行分析，確認(rèn)商業(yè)建筑空調(diào)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。采用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法對大型公共建筑空調(diào)系統(tǒng)的電能耗進(jìn)行預(yù)測，通過預(yù)測數(shù)值和真實(shí)數(shù)據(jù)的對比，找到耗能異常數(shù)據(jù)和三者的比較生成預(yù)測分析報(bào)告。分析大型建筑能耗預(yù)測分析的設(shè)計(jì)要求和每個模塊的功能，最終完成能耗預(yù)測及分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和界面設(shè)計(jì)。因?yàn)榇笮凸步ㄖ秒姾哪艿囊蛩乇容^多，在進(jìn)行預(yù)測的時候應(yīng)該考慮多方面的有可能影響結(jié)果的因素，為能耗預(yù)測和數(shù)據(jù)分析提供更準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。