[論文レビュー] Estimating country-specific space heating threshold temperatures from national consumption data

Smail Kozarcanin, Gorm Bruun Andresen+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 27, 2019

Building Energy and Comfort Optimization参考文献 33被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、公開されている国別電力およびガス消費データと気象データを組み合わせることで、国ごとの暖房閾値温度を推定する手法を提案する。夏季に暖房が必要でない期間を特定するために、赤池情報量基準（AIC）を適用した結果、ガス暖房の国では平均15.0 ± 1.7 °Cの閾値温度を示し、電気暖房の国では平均13.4 ± 2.4 °Cを示した。6月から8月にかけても暖房度数日数が正であったにもかかわらず、暖房の必要がない証拠は確認されなかった。

ABSTRACT

Space heating in buildings is becoming a key element of sector-coupled energy system research. Data availability limits efforts to model the buildings sector, because heat consumption is not directly metered in most countries. Space heating is often related to weather through the proxy of heating degree-days using a specific heating threshold temperature, but methods vary between studies. This study estimates country-specific heating threshold temperatures using widely and publicly available consumption and weather data. This allows for national climate and culture-specific human behaviour to be captured in energy systems modelling. National electricity and gas consumption data are related to degree-days through linear models, and Akaike's Information Criteria is used to define the summer season in each country, when space heating is not required. We find that the heating threshold temperatures computed using daily, weekly and monthly aggregated consumption data are statistically indifferent. In general, threshold temperatures for gas heating centre around 15.0 +/- 1.7 degree C (daily averaged temperature), while heating by electricity averages to 13.4 +/- 2.4 degree C. We find no evidence of space heating during June, July and August, even if heating degree-days are present.

研究の動機と目的

• 国別暖房閾値温度を推定することで、エネルギーシステムモデリングの精度を向上させること。
• 高解像度の暖房消費データの不足を補うために、広く利用可能な電力およびガス消費データを活用すること。
• 暖房が必要でない夏季期間（すなわち、暖房需要がない月）を、暖房度数日数の統計的モデル選択（AIC）によって特定すること。
• 集計消費データ（日次、週次、月次）を用いても、閾値温度の推定が統計的に有意に差がないことを示すこと。
• 複数の国にわたり一様な閾値温度（例：16°C または 18°C）を用いることが一般的であるが、これを疑問視すること。

提案手法

• 日次、週次、月次の解像度で集計された国別電力およびガス消費データを用いる。
• 室外温度データと変動する閾値温度を用いて、暖房度数日数（HDD）を計算する。
• HDDとエネルギー消費量の関係をモデル化するために線形回帰を適用する。
• 各国における最適な夏季期間（すなわち、暖房需要がない期間）を特定するために、赤池情報量基準（AIC）を用いる。
• 日次、週次、月次の異なるデータ集計レベルにおける結果の妥当性を検証する。
• AIC値が最小となる期間を夏季期間と分類し、これは暖房需要がない最良の適合を示す。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 国別暖房閾値温度を推定するにあたり、国別消費データおよび気象データを用いた場合、最適な閾値温度は何か？
• RQ2 日次、週次、月次のデータ集計方法の選択が、暖房閾値温度の推定に与える影響は何か？
• RQ3 暖房が必要でない夏季期間はヨーロッパ諸国間で顕著に異なるか？ また、AICを用いることで信頼性高く特定できるか？
• RQ4 現在一般的に用いられている一様な閾値温度（例：16°C または 18°C）の仮定は、実際の国別暖房需要パターンをどれほど誤って表現しているか？
• RQ5 ガス暖房と電気暖房のシステムは、国ごとの閾値温度プロファイルにおいてどのように異なるか？

主な発見

• ガス暖房の国では平均15.0 ± 1.7 °Cの暖房閾値温度を示し、電気暖房の国では平均13.4 ± 2.4 °Cを示した。
• 日次、週次、月次の集計消費データを用いた場合、閾値温度の推定値に統計的に有意な差は認められなかった。
• 6月、7月、8月のどの国においても、暖房需要の兆候は確認されなかったが、それでも暖房度数日数は正であった。
• 暖房が必要でない期間（夏季）は国ごとに顕著に異なり、南ヨーロッパ諸国（例：ポルトガル）では9か月にわたる夏季期間を示した。
• 本研究では、最適でない閾値温度が使用された場合、イギリスの全国的暖房需要推定値が最大93％まで過大評価されている可能性を示唆している。
• 隣接するヨーロッパ諸国間ですら、閾値温度に顕著な差が認められ、16°C や 18°C といった一様な仮定は、実際の国別事情を反映していない。