¿Establecimiento de un sistema de índice de evaluación integral para la conservación de energía en los edificios, tomando como ejemplo las zonas calurosas de verano y frías de invierno?
1. Introducción
La clave de la investigación sobre el sistema de índice de evaluación integral es cómo seleccionar subindicadores que reflejen completamente el consumo de energía del edificio y cómo determinar el peso de cada uno. subindicador para establecer un sistema de indicadores orgánicos y cómo determinar el plan de diseño estándar como punto de referencia para juzgar si el borrador del diseño original ahorra energía. A partir del análisis de los principales factores que influyen en el consumo de energía de los edificios residenciales, se estableció un sistema de índice que consta de varios subindicadores. Basándose en el concepto de "diseño estándar" y la idea de utilizar indicadores relativos para juzgar la conservación de energía, este sistema de indicadores se utiliza para comparar la cantidad relativa de consumo de energía del edificio entre el "plan de diseño estándar" y el borrador del diseño original. para lograr el propósito de juzgar de manera integral y sencilla si el borrador del diseño original ahorra energía. El propósito de este método de evaluación es restar importancia al concepto de conocimiento profesional, no comparar directamente la cantidad absoluta de consumo de energía del edificio y eliminar la dependencia del software de simulación del consumo de energía, para lograr una evaluación integral y simple del ahorro de energía. del borrador del diseño original.
2. Análisis de factores relacionados con el consumo energético de los edificios residenciales
2.1 Características del consumo energético de los edificios residenciales en zonas calurosas de verano e invierno frías
Verano caluroso y frío Las zonas de invierno se encuentran generalmente en Longhai, al sur del río Yangtze, al norte de las montañas Nanling y al este de la cuenca de Sichuan, se puede decir que son los tramos medio e inferior del río Yangtze. La temperatura en esta zona en julio es generalmente unos 2°C más alta que en otras zonas de la misma latitud, lo que la convierte en la zona más calurosa de esta latitud, excepto en las zonas áridas desérticas. La temperatura en enero es generalmente de 8 a 10 °C más baja que en otras zonas de la misma latitud, lo que la convierte en la región invernal más fría del mundo a la misma latitud. Las características climáticas de veranos calurosos e inviernos fríos determinan la composición del consumo de energía de los edificios en la zona, es decir, el consumo de energía de aire acondicionado en verano y el consumo de energía de calefacción en invierno. Al mismo tiempo, los edificios residenciales tienen similitudes con otro tipo de edificios y también tienen características propias.
2.2 Introducción a los indicadores de ahorro de energía
Según los diferentes indicadores de ahorro de energía de los edificios, se pueden dividir en dos métodos: uno es el método de control de subíndices (indicadores prescriptivos) , es decir, la envolvente del edificio Establezca un valor límite para el coeficiente de transferencia de calor, el coeficiente de forma, la relación ventana-pared de la estructura protectora (paredes, techos, ventanas) y los indicadores mínimos de eficiencia energética de calefacción, aire acondicionado y equipo de iluminación. Debido a que los subindicadores son demasiado específicos y cada indicador es relativamente independiente y carece de una correlación efectiva, es imposible equilibrar directamente el consumo de energía de cada parte del edificio. El segundo es el método de control integral (control integral de indicadores de ahorro de energía). , lo que requiere que el consumo energético total del edificio alcance un determinado indicador. El índice de consumo de refrigeración, el índice de consumo de calor, el consumo de energía anual de aire acondicionado y el consumo de energía anual de calefacción pueden reflejar de manera integral la calidad del diseño del edificio, el rendimiento térmico de la envolvente del edificio y la eficiencia del sistema HVAC. Sin embargo, debido a la complejidad del método de cálculo, no se puede aplicar de forma eficaz.
El índice de evaluación es la síntesis de los subindicadores de ahorro energético y la simplificación del índice integral de ahorro energético.
3. La composición del sistema de índice de evaluación integral
El sistema de índice de evaluación integral para la conservación de energía de edificios residenciales en áreas calurosas de verano e invierno frías será un grupo de indicadores que están interconectados , mutuamente restrictivos y en diferentes niveles es un todo orgánico que refleja de manera integral las características básicas de la connotación de diseño de ahorro energético de los edificios residenciales en la región.
3.1 Índice de características meteorológicas exteriores
3.1.1 Grados día
Para áreas con veranos calurosos e inviernos fríos, el número de días de calefacción y aire acondicionado será ser el principal parámetro meteorológico que refleja las características meteorológicas. La "Norma de diseño de ahorro de energía para edificios residenciales en zonas calurosas de verano e invierno frías" (JGJ134-2001) utiliza dos variables: días de calefacción HDD18 y días de aire acondicionado CDD26. En este estudio, se utilizó la variable meteorológica grados día de calefacción para analizar el efecto de ahorro de energía en calefacción, y la variable meteorológica grados día de aire acondicionado para analizar el efecto de ahorro de energía del aire acondicionado. Determine el consumo anual de electricidad para calefacción y aire acondicionado de edificios residenciales locales según HDD18 y CDD26.
3.1.2 Radiación solar total
Seleccione la radiación solar total durante el período de calefacción y el período de aire acondicionado como medida del factor de radiación solar que afecta al consumo energético anual del edificio. . El sistema de generación de datos meteorológicos por hora (Medpha) se utiliza para generar radiación solar total por hora durante todo el año, y luego se obtienen estadísticamente los datos de radiación solar total de las principales ciudades en áreas calurosas de verano e invierno frías durante el período de calefacción y el período de aire acondicionado.
Dado que los valores de radiación solar total en diferentes direcciones son diferentes y las ventanas son más sensibles a los cambios en la radiación solar total, el ángulo entre la cara frontal de la ventana y el lado este se utiliza como parámetro de medición para los cambios en la radiación solar total. radiación.
3.2 Índice característico de la forma del edificio
3.2.1 Orientación del edificio
Los dos conceptos de "orientación óptima" y "rango de orientación óptimo" son para cada uno Los resultados de observaciones y mediciones de la luz solar y la ventilación, los dos principales factores que influyen en la orientación local.
Coeficiente de forma
Basado en el concepto original de coeficiente de forma del cuerpo, se proponen el "coeficiente de forma del cuerpo extremo" y el "coeficiente de forma del cuerpo perfecto". El coeficiente límite de forma del cuerpo se refiere a la relación entre el perímetro y el área de la sección del edificio, que refleja el impacto de la forma de la sección del edificio en el índice integral de ahorro de energía. El coeficiente de perfección de forma se define como la relación entre el coeficiente de forma último y el coeficiente de forma, que refleja el impacto de la altura del edificio en el índice integral de ahorro de energía cuando la forma de la sección transversal es cierta.
3.3 Indicadores de rendimiento térmico de la envolvente del edificio
Para simplificar el análisis, se analizó el rendimiento térmico de la envolvente del edificio desde tres aspectos: cubierta, pared exterior y ventanas. ellos, la puerta Las paredes interiores del hueco de la escalera se tratan aproximadamente como paredes exteriores. Para techos y paredes exteriores se utilizan dos indicadores: coeficiente de transferencia de calor e inercia térmica. Entre ellos, se utiliza el coeficiente de transferencia de calor promedio, es decir, el coeficiente de transferencia de calor de la pared exterior se obtiene mediante el método ponderado por área; , se utilizan el coeficiente de transferencia de calor y el coeficiente de sombreado.
La relación del área de ventana a pared es la relación entre el área de abertura de la ventana y el área de la pared externa de la unidad de fachada de la habitación (es decir, el área delimitada por la altura del edificio y la posición del mirador). línea). El artículo 4.2.4 de la "Norma de diseño de ahorro de energía para edificios civiles (edificios residenciales con calefacción)" JGJ26-95 estipula que la relación del área de ventana a pared en diferentes direcciones no debe exceder los siguientes valores: 0,25 en el norte, 0,30 en el este y oeste, y 0,35 en el sur.
3.4 Indicadores de rendimiento del sistema HVAC y de calidad del aire interior
Los parámetros de rendimiento del ambiente interior y del sistema HVAC son los puntos de referencia para el análisis del consumo de energía del edificio y se mantienen constantes en comparación con otros factores que influyen. Por lo tanto, al seleccionar los subindicadores en el sistema de índice de evaluación, no se seleccionaron los indicadores de medición correspondientes de estos dos aspectos, sino que se incluyeron parámetros relacionados como la temperatura interior, los tiempos de ventilación y el índice de eficiencia energética en el análisis del consumo de energía del edificio. , que reflejó indirectamente el rendimiento del sistema ieq y HVAC.
4. Relación jerárquica del sistema de índices de evaluación integral
En resumen, los 17 subíndices se pueden medir desde tres aspectos: clima exterior, forma del edificio y rendimiento térmico de envolvente del edificio Seleccione: el número de días de calefacción (HDD16), el número de días de aire acondicionado (CDD26), la radiación solar total durante el período de calefacción, la radiación solar total durante el período de aire acondicionado, el coeficiente de forma extrema. el coeficiente de forma perfecta y la orientación del edificio que reflejan las características de la forma del edificio, donde la orientación se expresa como la dirección positiva del edificio y el ángulo entre la relación ventana-pared este, el coeficiente de transferencia de calor del techo y el índice de inercia térmica; , el coeficiente de transferencia de calor de la pared exterior y el índice de inercia térmica, el coeficiente de transferencia de calor de la ventana y el coeficiente de sombreado reflejan el rendimiento térmico de la envolvente del edificio, entre los cuales la relación ventana-pared se divide en cuatro direcciones: frontal, trasera, izquierda y derecha. . El índice de evaluación integral de la conservación de energía del edificio es el consumo de energía anual del edificio, que es la suma del consumo de energía anual de calefacción y aire acondicionado.
5. Aplicación del sistema de índice de evaluación integral
La aplicación del sistema de índice integral se refiere al establecimiento de la relación entre los 17 subindicadores y el índice integral. Se pueden utilizar uno de los 17 subindicadores para determinar si un edificio es energéticamente eficiente sin utilizar software de análisis de consumo de energía para análisis complejos del consumo de energía. La relación entre subindicadores e indicadores integrales se expresa como el peso relativo entre indicadores en el sistema de indicadores de evaluación. Por lo tanto, la determinación del peso entre indicadores es la clave para aplicar este sistema de indicadores para la evaluación.
5.1 Método de determinación del peso
La red neuronal puede aproximarse completamente a cualquier relación no lineal compleja y tiene las características sobresalientes de almacenamiento distribuido, autoadaptación y autoorganización. El modelo de red BP que es el más utilizado actualmente tiene tecnología madura, estructura simple y estado de funcionamiento estable. Puede convertir el problema de E/S de un grupo de muestras en un problema de optimización no lineal. Si se utiliza la red BP para procesar la evaluación de la eficiencia energética de los edificios, la influencia de cada indicador en el índice integral de eficiencia energética se puede resumir y dominar automáticamente mediante el aprendizaje. El peso de cada indicador está implícito en la red de una manera relativamente correlacionada. , haciendo objetiva la evaluación de la eficiencia energética de los edificios con coherencia y regularidad para lograr el propósito de simplicidad y aplicabilidad.
5.2 Valor del índice de evaluación del ahorro de energía
5.2.1 Parámetros de entrada
Este documento utiliza el software de análisis del consumo de energía DeST para redefinir el punto de referencia de evaluación integral del ahorro de energía. .
Debido a las limitaciones del software de análisis del consumo de energía, este artículo simplifica el sistema de indicadores en el análisis de la aplicación de evaluación de redes neuronales: primero, debido a la lenta velocidad de análisis del software, este artículo solo utiliza Changsha como un ejemplo para analizar la red neuronal Realizar entrenamiento. Una vez determinada la ubicación, se fijan los cuatro valores de índice que reflejan las características meteorológicas y, en segundo lugar, las muestras necesarias para el análisis de ahorro de energía se reducirán considerablemente porque la base de datos de la envolvente del edificio del software DeST limita un análisis más específico de la ubicación; Rendimiento térmico de la envolvente del edificio, en Al determinar los parámetros de entrada de la muestra de ahorro de energía, solo se puede seleccionar el rendimiento térmico de la envolvente del edificio en función del tipo de componente, y la inercia térmica y el coeficiente de sombreado están ocultos.
Por lo tanto, los parámetros de entrada de la muestra de análisis de ahorro de energía son 10, y cada parámetro tiene tres niveles: alto, medio y bajo.
Valores del índice de evaluación de ahorro de energía en cada nivel
Parámetros de salida
Los resultados del juicio de ahorro de energía se dan en forma de porcentaje de ahorro de energía. Si el edificio cumple con los requisitos de ahorro de energía, el porcentaje de ahorro de energía es cero o positivo; si el edificio no cumple con los requisitos de ahorro de energía, el porcentaje de ahorro de energía es negativo. El porcentaje de ahorro de energía se define como:
Donde: BEPi - porcentaje de ahorro de energía;
Es - el valor estándar del consumo eléctrico anual del edificio en función del número de días, kWh/ m2;
EI —— Valor de cálculo de simulación DeST del consumo eléctrico anual del edificio a evaluar, kWh/m2
5.3 Aplicación del modelo de red BP
De acuerdo con la muestra seleccionada para el análisis de ahorro de energía, los parámetros de la estructura de la red se seleccionaron inicialmente de la siguiente manera: el número de nodos de la capa de entrada es 10, el número de neuronas de la capa oculta es 10 × 3 = 30, la función de transferencia es tansig, el número de neuronas de la capa de salida es 1 y la función de transferencia es purelin. La estructura del modelo de red neuronal del sistema de índice de evaluación de ahorro de energía es [10 × 30]. La forma final de la estructura de la red de BP aún no se ha determinado por completo. Si los resultados de la capacitación y la inspección no cumplen con los requisitos esperados, se realizarán ajustes según las circunstancias específicas.
El error relativo máximo entre el valor de salida de la red de muestra de entrenamiento y el valor esperado obtenido por la red BP es inferior al 5% (excepto algunas excepciones), y el error relativo máximo entre la salida El valor y el valor esperado de la red de muestra de prueba es 4,3%. Se puede ver que la red tiene una gran capacidad de autoaprendizaje y un buen rendimiento de la red, lo que indica la viabilidad y eficacia del uso de redes neuronales para una evaluación integral del ahorro de energía.
6. Conclusión
Este sistema de índice de evaluación integral se basa en las características de consumo de energía de los edificios residenciales en áreas calurosas de verano y frías de invierno, y es científico, factible, jerárquico, completo y dominante y la independencia como un todo orgánico. Este es un grupo de indicadores interrelacionados, mutuamente restrictivos y de diferentes niveles. Es una síntesis de subindicadores de ahorro de energía y una simplificación de los indicadores integrales de ahorro de energía. Puede reflejar de manera integral las características básicas del diseño de ahorro de energía. Connotación de edificios residenciales en la región.
La evaluación de la eficiencia energética de los edificios es un problema de input-output. A los evaluadores de la eficiencia energética de los edificios, lo que más les preocupa es determinar directamente si un edificio es energéticamente eficiente (parámetros de salida) a partir de los parámetros de descripción relevantes del edificio (parámetros de entrada), sin conocer el proceso de análisis específico. Este sistema de evaluación puede restar importancia al concepto de conocimiento profesional, no comparar directamente la cantidad absoluta de consumo de energía del edificio y eliminar la dependencia del software de simulación del consumo de energía, logrando así una evaluación integral y simple del ahorro de energía del borrador del diseño original.
La clave para utilizar este sistema de indicadores para la evaluación es determinar el peso entre indicadores. El método de cálculo de redes neuronales artificiales propuesto en este artículo es factible y eficaz.
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