基於氣象預報的建築動態冷熱負荷預測模型研究

《基於氣象預報的建築動態冷熱負荷預測模型研究》是依託天津大學，由趙靖擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於氣象預報的建築動態冷熱負荷預測模型研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：趙靖
• 依託單位：天津大學

項目摘要

氣象參數對建築動態冷熱負荷的作用十分明顯，各類氣象參數如空氣溫度、相對濕度、水平面直射輻射、水平面散射輻射、風速、雲量等結合起來共同驅動著建築的動態熱回響。基於逐時氣象預報數據提前對建築動態冷、熱負荷做出預測，能夠為日後根據負荷變化調節制定能源系統的前饋運行策略提供基礎理論的依託，從而為提高建築室內熱舒適度、降低建築的運行能耗奠定理論基礎。本項目致力於深化研究氣象參數作用於建築熱環境領域所涉及的一系列基礎性問題，著力在分析各類氣象參數對建築動態冷、熱負荷的敏感性特性的基礎上，研究基於逐時氣象參數預報的建築動態冷熱負荷預測計算模型，探索在氣象預報條件下的動態負荷預測與典型氣象條件下的全年逐時負荷模擬結果的修正關係及其計算原理。並通過編寫計算程式建立完整的動態冷熱負荷預測模型，結合案例建築的全周期運行結果，對該模型進行誤差分析及不確定性分析，綜合評價模型的適用性和準確性。

結題摘要

氣象參數對建築動態冷熱負荷的作用十分明顯，各類氣象參數如空氣溫度、相對濕度、水平面直射輻射、散射輻射、風速、風向等共同驅動著建築的動態熱回響。基於逐時氣象預報數據提前對建築動態冷、熱負荷做出預測，能夠為日後根據負荷變化調節最佳化能源系統運行策略提供理論基礎。本項目著力在分析各類氣象參數對建築動態冷、熱負荷的敏感性特性的基礎上，基於數據驅動的方法建立建築動態冷熱負荷預測理論計算模型，利用氣象預報的逐時典型氣象參數氣象預報數據對其結果進行科學修正的計算方法，並通過編寫計算程式建立完整的動態冷熱負荷預測模型，基於MATLAB的GUI工具箱開發了建築冷熱負荷預測系統，主要包括數據導入、模型訓練以及預測功能模組。取得的重要結果如下：敏感性分析結果顯示，對冷負荷影響較大的氣象參數依次為幹球溫度、水平面總輻射、相對濕度、水平面散射輻射，相關性係數分別為0.927、0.587、0.573、0.566，對熱負荷影響較大的氣象參數為幹球溫度，相關性係數為0.781，太陽輻射的影響較小，相關性係數小於0.2；基於小波變換、支持向量機（SVM）和偏最小二乘回歸方法（PLS）建立建築動態冷熱負荷組合預測模型（Wavelet-SVM-PLS），採用實時監測的相關氣象參數分別進行了提前1、2、3、24小時的冷熱負荷預測，預測精度整體上優於與其他模型。其中，提前1小時負荷預測精度最高，提前24小時的精度最低，冷負荷預測模型的平均絕對相對誤差指標分別為2.60%和9.87%，熱負荷預測模型分別為3.99%和12.19%；基於蒙特卡洛隨機抽樣法修正天氣預報數據，以基於SVM單一負荷預測模型為例，研究結果表明修正後的天氣預報數據，可以使提前24小時的負荷預測誤差從11.54%進一步降低到10.92%，證明了方法的可行性。本項目實現了基於逐時氣象預報數據提前對建築動態冷、熱負荷做出預測，能夠為日後根據負荷變化調節制定能源系統的前饋運行策略提供基礎理論的依託，解決了實時運行能耗模擬軟體的複雜性及耗時長的問題，這對於改善室內熱舒適、降低建築能耗具有基礎性的研究意義。