办公建筑用能行为动力学建模与分析研究

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建筑人行为是导致建筑能源性能差异的主要原因之一,如何量化建筑人行为的不确定性对于能源性能模拟具有重要作用。现有研究已经在与能源相关的建筑人行为建模和模拟方面开展了大量的工作,大多围绕建筑环境自适应行为建立典型的人行为模型,然而,非物理环境因素的多样性和复杂性增加了建筑人行为建模的难度,且很少有研究专门对自主驱动的建筑人行为进行建模,建筑人行为背后的生成机制也仍然处于探索阶段。为此,本文参考跨学科的人类行为动力学理论,来探索自主驱动的建筑人行为的建模方法,进一步理解自主驱动的建筑人行为的生成机制。本文以某大型政府办公建筑内自主驱动的用能行为作为研究对象,利用房间级别有功功率数据间接表征室内用能行为,并基于人类行为动力学理论提出了办公建筑用能行为动力学建模方法,建立了样本办公室整体的用能行为动力学模型和不同办公室各自的用能行为动力学模型,同时分析了不同办公室用能行为动力学模型的参数规律与影响因素。建模结果表明,办公建筑用能行为时间统计特征具有显著的非泊松特性,样本办公室整体的用能行为动力学模型最适合用μ=1.10、σ=1.50的对数正态分布拟合,不同办公室的用能行为动力学模型可以用截断幂律分布、广延指数分布和对数正态分布这三种分布类型较好的拟合,其中截断幂律分布模型的普适性最好,模型的幂指数α几乎都为1。模型的影响因素方面,办公室用能事件数和用电量对截断幂律分布模型和广延指数分布模型的幂指数无明显影响,而与指数 λ呈正相关关系;对数正态分布模型的期望与办公室用能事件数、用电量均呈负相关关系,方差则会随着用能事件数、用电量的增大呈现先减后增的趋势。在用能行为动力学建模的基础上,本文分析了用能行为时间序列的阵发性与记忆性,并利用优先权任务选择模型和级联非齐次泊松过程模型进行用能行为生成机制研究。研究结果表明,用能行为具有典型的强阵发弱记忆性,阵发性趋近于1,记忆性趋近于0,两种生成机制模型都可以合理的解释用能行为时间统计特征呈现截断幂律分布的原因,用能行为的生成机制可能是理性决策或者是系统自身的周期节律。最终本文的研究结果可以应用于建筑性能模拟、建筑系统设计和建筑节能运行。
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