基于珠三角地区问卷数据的办公建筑用户行为模式研究

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据国际能源署的最新数据显示,中国石油消费量已经超过美国成为全球第一能源消费国家,其中建筑能耗占中国能源消耗的40%,将来会成为我国第一能耗“大户”,尤其是大型公共建筑的单位能耗远高于住宅建筑,是我国建筑能耗节能计划的重中之重。而在众多影响建筑能耗因素中,人行为是优化建筑设计、诊断建筑能耗和评估建筑性能的关键问题。同时,随着社会经济不断发展,人们对低能耗与舒适办公环境的追求日益强烈,建筑环境的热舒适与建筑能耗之间的矛盾亟待解决。因此,人行为研究具有重要意义。然而,相对国外来说,目前国内办公建筑典型人行为相关研究较少,针对珠三角地区办公建筑人行为的研究更是缺乏。因此,本文为建筑能耗性能、区域能源设计和室内环境质量等相关研究提供珠三角地区典型办公建筑人行为模型,对该地区的建筑节能技术研究、政策制定和市场导向具有重要意义。具体的研究工作及相关结论概括如下:首先,本文在2019年对我国珠江三角洲地区九座城市的办公建筑开展问卷调查。调查形式分为线上问卷和线下问卷,回收有效问卷共计873份。问卷详细调查了办公建筑室内环境参数、空调设备控制、照明设备控制、窗户设备控制、窗帘设备控制、工作类型及场所和个人基本信息。在大量问卷数据的基础上,本文利用数理统计方法对室内环境参数及自适应性行为、人员时间计划表、房间制冷温度设定值和用户行为模式进行分析。本文发现,办公人员对温度和湿度的评价存在较强的相关性,且办公人员感到不满意的室内环境参数更容易影响其工作效率。同时,在面对相同温湿度情况,办公人员之间的自适应行为依然呈现多样化,行为之间互相影响,且这种行为在不同类别耗能设备中也存在较大的差异。然后,本文将人行为模型分为移动模型和动作模型两方面进行设定。其中移动模型为设定人员时间计划表,而动作模型分为房间制冷温度设定值和典型用户行为模式。具体内容分为:(1)利用K-means聚类法得到8种主要的办公作息模式,并输入到马尔可夫链模型中,模拟得到8种随机的人员时间计划表。(2)通过有序多分类的Logistic回归方法建立了房间制冷温度设定值的预测模型,且在模型满足检验的要求下,对模型的影响因素进行分析。(3)本文对办公建筑中用户对暖通空调设备、照明设备、窗户和窗帘四种主要控制行为进行分析,并利用K-modes聚类法分别得到四类行为的典型用户行为模式。同时,通过独立事件概率计算公式可以得到四类耗能设备典型用户行为模式的开启/关闭的概率,输入到De ST软件中,模拟可得到四类耗能设备行为的随机时间计划表。最后,本文对珠三角地区办公建筑人行为模型进行相关的数值模拟。在相同的客观条件下,模拟某一用户模式(AO-1、WO-5、LO-3)中人员控制空调、窗户、照明等控制行为对建筑内环境的热舒适以及冷负荷的影响。值得说明的是,由于De ST软件中不能直接模拟得到室内的PMV-PPD指标,故本文利用软件模拟得到的室内壁面温度,然后通过相关公式计算出室内平均辐射温度,最终根据公式计算得到室内的PMV和PPD。本文将人行为工况与固定时间计划表工况下室内热舒适和房间冷负荷的模拟结果进行对比,得到以下结论:(1)珠三角地区办公建筑办公时段在人行为模块下比固定时间计划表室内热舒适性能PMV不满意率降低了83%,不舒适小时数降低85%,说明人行为模块下室内热舒适性的模拟结果更真实。(2)发现部分办公室用户体感偏冷,故还有节能潜力。(3)发现人员移动模式对PMV影响相对较小,而空调动作模式对PMV影响较大。(4)人行为模块与固定时间计划表两种工况下峰值负荷较为相近,但人行为工况下的逐时负荷波动较大,说明即使是办公建筑,用户行为对房间冷负荷(能耗)带来的影响也较大,完善现有文献综述中办公建筑用户行为对房间冷负荷(能耗)影响的研究。
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