[论文解读] 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 4

一句话总结

本研究提出一种方法，利用公开的国家电力和燃气消费数据结合气象数据，估算各国特定的供暖温度阈值。通过应用赤池信息准则（AIC）识别无需供暖的夏季时段，发现燃气供暖国家的平均阈值温度为15.0 ± 1.7 °C，而电力供暖国家的平均阈值温度为13.4 ± 2.4 °C，尽管供暖 degree-days 为正，但在6月至8月期间均无供暖需求的证据。

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.

研究动机与目标

• 通过估算各国特定的供暖温度阈值，提高能源系统建模的准确性。
• 通过利用广泛可得的电力和燃气消费数据，弥补高分辨率供暖消耗数据的不足。
• 使用统计模型选择（AIC）对供暖 degree-days 进行分析，识别出无需空间供暖的夏季时段。
• 证明聚合消费数据（日、周、月）可得到统计上无法区分的阈值估计结果。
• 挑战目前在多个国家统一使用相同阈值温度（如16°C或18°C）的常见做法。

提出的方法

• 使用按日、周和月分辨率聚合的国家电力和燃气消费数据。
• 利用室外温度数据和不同阈值温度计算供暖 degree-days（HDD）。
• 应用线性回归模型建立HDD与能源消耗之间的关系。
• 采用赤池信息准则（AIC）识别每个国家最优的夏季时段（即无供暖需求的月份）。
• 在不同数据聚合水平（日、周、月）下测试结果的稳健性。
• 将夏季季节定义为AIC值最低的时期，表明该时段最符合无供暖需求的模型拟合。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何利用国家消费数据与气象数据，估算出最优的国家特定供暖温度阈值？
• RQ2 数据聚合方式（日、周、月）对供暖温度阈值估计结果有何影响？
• RQ3 在欧洲各国之间，无供暖需求的夏季季节是否存在显著差异？能否通过AIC可靠识别？
• RQ4 当前假设统一使用阈值温度（如16°C或18°C）在多大程度上扭曲了实际的国家供暖需求模式？
• RQ5 在不同国家中，燃气供暖与电力供暖系统在阈值温度特征上存在何种差异？

主要发现

• 燃气供暖国家的平均供暖温度阈值为15.0 ± 1.7 °C，而电力供暖国家的平均值为13.4 ± 2.4 °C。
• 使用日、周或月聚合消费数据估算的阈值温度在统计上无显著差异。
• 在任何研究国家中，6月、7月和8月期间均无空间供暖需求的证据，尽管供暖 degree-days 为正值。
• 夏季季节（定义为无供暖需求的时期）在各国之间存在显著差异，南欧国家（如葡萄牙）的夏季期长达9个月。
• 本研究表明，若使用非优化的阈值温度，英国国家供暖需求的估算值可能被高估高达93%。
• 即使在邻近的欧洲国家之间，阈值温度也存在显著差异，表明统一假设（如16°C或18°C）无法代表各国实际情况。