[发明专利]一种基于居住用户活动模式的住宅能耗预测方法

权利要求书

1.一种基于居住用户活动模式的住宅能耗预测方法，其特征在于：包括活动行为和能源消耗模式的识别和分类以及基于居住活动模式进行建筑能耗预测两个步骤，其中活动行为和能源消耗模式的识别和分类包括以下子步骤：S11)、提取居住活动数据集和住宅能耗数据集的共同特征-社会经济学特征，社会经济学特征包括年龄、工作、教育、收入、家庭人数；分别针对居住活动数据集和住宅能耗数据集的社会经济特征进行聚类，得到相应的簇，以及人群之间的对应关系；S12)、对相应簇中的活动模式与建筑能耗模式进行分析；

S13)、挖掘活动模式与建筑能耗模式之间的映射；S14)、基于CART决策树，对聚类分析出的活动模式和建筑能耗模式进行分类，通过分类识别出居住用户所属的活动行为模式和能源消耗模式类别；基于居住活动模式进行建筑能耗预测包括以下子步骤：S21)、住宅类型的模拟：根据住宅结构数据集中的建筑结构特征模拟四种典型的住宅类型，四种典型的住宅类型包括独立式住宅、联排住宅、每层2-4套的公寓、每层5套以上的公寓；S22)、利用以上得到的活动模式和住宅类型，再融合气象数据特征，基于工程计算方法进行建筑能耗预测；

进行建筑能耗预测时计算各分项能耗，包括室内加热的能耗、制冷的能耗、通风的能耗、照明的能耗、其他家用电器的能耗和天气的能耗；

室内加热的能耗计算过程为：

NetHeatLoss＝Loss_envelope+Loss_ground+Loss_v,i-(Gain_solar+Gain_activity) (1)，

NetHeatLoss是补偿热损失所消耗的能量，其中Loss_envelope是建筑外围结构所造成的热量损失，计算公式为：ΔT为室内室外的温差，SurfaceArea_i表示建筑物的第i个表面区域，Heatresistance表示建筑表面的耐热性，R-value_i是建筑物第i个表面区域的耐热指标；Loss_ground表示地面的热量损失，计算公式为：ΔT'表示室内与地面的温差，Groundfloor表示地面面积，R-value_floor表示地面的耐热指标；Loss_v,i表示通风和渗透造成的热量损失，将通风和渗透作为整体，其计算公式为：Loss_v,i＝V×AirHeatCapacity×AirDensity×ΔT(5)，V表示一小时内的总空气流量，AirHeatCapacity和AirDensity是特定温度和压力下的空气特征值，ΔT为室内室外的温差；Gain_solar表示通过太阳辐射获得的能量，其计算公式为：Gain_solar＝solarRadiation×WindowSize×SHGC(6)，其中SHGC是太阳能热增益系数，SolarRadiation是太阳能辐射系数，WindowSize是窗户的面积；Gain_activtiy表示通过人类活动获得的能量，计算公式为：Gain_activity＝HumanHeatGainSleep+HumanHeatGainActive(7)，其中HumanHeatGainSleep和HumanHeatGainActive分别是人类睡觉和活动时的热增量；当公式1的补偿热损失所消耗的能量NetHeatLoss值为正的时候，住宅需要进行供热，使得室内达到人体舒适的一个温度，只有当室外温度低于平衡温度的时候，室内启动加热系统；使用平衡温度BalanceTemp_heating来确定是否需要供热，加热的平衡温度的计算如公式8所示，只有当室外温度低于平衡温度的时候，供热系统才会启动；

其中，ComfortTemp_heating表示舒适温度；

室内制冷的能耗计算过程为：

定义基于净损失和增益的冷却能量模型为：

NetheatGain＝Gain_envelope-Loss_ground+Gain_v,i+Gain_solar+Gain_activity (9)，

其中Gain_envelope表示建筑外围结构所获得的热量增益，计算公式同(2)；Loss_ground表示地面的热量损失，计算公式同(4)；Gain_v,i表示通风和渗透带来的热量增益，计算公式同(5)；Gain_solar表示通过太阳辐射获得的能量，计算公式同(6)；Gain_activtiy表示通过人类活动获得的能量，计算方法同(7)；制冷的平衡温度的计算如公式(10)所示，只有当室外温度高于平衡温度的时候，制冷系统才会启动；

其中，ComfortTemp_cooling表示制冷的舒适温度，其余变量前面均有说明；

室内通风的能耗计算过程为：

通风的能耗为Fanefficacy为风扇功效，CFM表示单位时间内过滤器通过的气流量，Ventilationduration表示通风时间；

室内照明的能耗计算过程为：

照明的能耗为其中Minmumluminace为最低亮度值，当室内亮度低于这个值时，开灯照明，Luminanceefficacy为灯的发光效率，LightingArea为灯光的照明面积，LightingDuration为灯光持续时间；

室内家用电器的能耗计算过程为：

其他家用电器的能耗为E_appliance＝∑P_i×Activityduration(13)，P_i是其他电器中某种电器的等效功率，Activityduration为电器使用时间，通过活动模式获得；

与天气相关的能耗计算过程：

用气象数据集提供的每月受到的太阳辐射量除以每月的天数再乘以建筑物的面积作为天气能耗。

2.根据权利要求1所述的基于居住用户活动模式的住宅能耗预测方法，其特征在于：步骤S11中，对住宅能源数据集和居住活动数据集，基于社会经济学特征，利用K-means进行聚类，通过肘部法则和轮廓系数，设置k＝3，对聚类后的簇进行统计分析。