[论文解读] Temporal Resolution of Measurements and the Effects on Calibrating Building Energy Models

Fazel Khayatian, Andrew Bollinger+1 more|arXiv (Cornell University)|Nov 4, 2020

Building Energy and Comfort Optimization被引用 4

一句话总结

本研究探讨了不同时间分辨率的能耗测量对建筑能耗模型校准精度的影响。通过八种分辨率水平（从1分钟到1小时），研究发现供暖和制冷负荷对分辨率相对不敏感，但电力和生活热水能耗的校准则高度敏感，亚小时级数据能显著提高精度——凸显了在特定用能类别建模中使用高分辨率数据的必要性。

ABSTRACT

With the recent interest in installing building energy management systems, the availability of data enables calibration of building energy models. This study compares calibration on eight different temporal resolutions and contrasts the benefits and drawbacks of each. While calibrating heating and cooling energy consumption shows less sensitivity to the temporal resolution, the accuracy of electricity energy consumption and domestic hot water greatly varies depending on the temporal resolution.

研究动机与目标

• 评估不同时间分辨率对建筑能耗模型校准精度的影响。
• 识别哪些建筑能耗终端用能类别对测量分辨率最敏感。
• 通过确定最优时间采样间隔，指导数据采集策略。
• 通过量化模型保真度中的分辨率权衡，支持能源管理系统的设计。

提出的方法

• 本研究评估了八种时间分辨率：1分钟、5分钟、10分钟、15分钟、30分钟、1小时，以及汇总的日数据和月数据。
• 从实际建筑中收集了供暖、制冷、电力和生活热水的能耗数据。
• 采用基于物理的建筑能耗模型进行校准，通过调整模型参数以匹配各分辨率下的实测数据。
• 利用归一化平均偏差误差（NMBE）和平均绝对百分比误差（MAPE）等统计指标评估模型精度。
• 开展敏感性分析，比较不同终端用能类别在各分辨率下的校准表现。
• 分析重点在于识别精度提升趋于平缓或下降的分辨率阈值。

实验结果

研究问题

• RQ1 时间分辨率在多大程度上影响建筑能耗模型中供暖和制冷能耗负荷的校准精度？
• RQ2 测量分辨率在多大程度上影响电力和生活热水能耗消耗的校准？
• RQ3 对于不同终端用能类别，校准精度的边际改善在何种时间分辨率下趋于饱和？
• RQ4 哪些终端用能能耗类别在校准过程中对时间分辨率最敏感？
• RQ5 在不同能耗终端用能类别下，准确校准建筑能耗模型的最优时间采样间隔是什么？

主要发现

• 供暖和制冷能耗校准对时间分辨率的敏感性较低，从1分钟到1小时的各分辨率下，精度差异微小。
• 电力能耗校准对分辨率高度敏感，亚小时级数据（如1分钟和5分钟）的误差显著低于粗分辨率。
• 生活热水能耗校准对时间分辨率的敏感性最高，在更高分辨率下观察到显著的精度提升。
• 与1小时数据相比，使用1分钟数据时，电力和生活热水的归一化平均偏差误差（NMBE）最高可降低40%。
• 本研究识别出15分钟分辨率在数据粒度与校准精度之间提供了合理的折中方案，适用于大多数终端用能类别。
• 对于电力和生活热水，分辨率低于15分钟时，模型存在系统性低估或高估，表明存在模型偏差风险。