CN110991851B - 一种建筑空间环境设备用能有效性评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及公共建筑能效评估与节能控制领域，具体是涉及一种建筑空间环境设备用能有效性评估方法。建立设备的单影响因素评判矩阵，该矩阵的元素至少包括人员数量有效性评估值、人员数量无效性评估值、环境参数有效性评估值、环境参数无效性评估值。建立影响因素权重矩阵，该矩阵的元素至少包括人员数量影响系数的权重和环境参数影响系数的参数。将影响因素权重矩阵与设备的单影响因素评判矩阵相乘，获得综合因素评估矩阵。若综合因素评估矩阵中的用于评估综合有效用能影响因素系数的元素值大于设定值，则设备用能为有效。计算设备综合用能有效性评估值。

Description

一种建筑空间环境设备用能有效性评估方法

技术领域

本发明涉及公共建筑能效评估与节能控制领域，具体是涉及一种建筑空间环境设备用能有效性评估方法。

背景技术

建筑用电能耗约占据全球电能的42％，以美国为例，建筑消耗70％的电能，其中50％被浪费掉，而公共建筑单位面积用电能耗高，用户节能意识参差不齐等特点，因此“行为能耗”在公共建筑中更加突出。统计数据表明，由于不合理用电行为导致的公共建筑不合理能耗约占公共建筑总用电能耗的30％左右，如何实现对公共建筑空间内环境设备的用能过程有效性的评估将是未来建筑节能研究的方向之一。建筑能耗是由用能设备(技术)、用能环境(环境温度、采光)、用能人员等多种因素共同决定，当前公共建筑用能评估的主要不足在于：以单位面积的用能总量评估建筑节能的优劣，不能有效体现用能过程的合理性与有效性。实际情况中用能很少但不合理、用能多却非常有效的情形非常多。

目前，亟需一种针对用电设备有效性使用的评估方法。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供了一种建筑空间环境设备用能有效性评估方法，能够评估用电设备的有效性使用程度。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种建筑空间环境设备用能有效性评估方法，包括如下步骤：

S1，建立设备的单影响因素评判矩阵，该矩阵的元素至少包括人员数量有效性评估值、人员数量无效性评估值、环境参数有效性评估值、环境参数无效性评估值；

所述人员数量有效性评估值为人员数量信息对设备有效性用能的影响系数，所述人员数量无效性评估值为人员数量信息对设备无效性用能的影响系数，所述环境参数有效性评估值为环境参数对设备有效性用能的影响系数，所述环境参数无效性评估值为环境参数对设备无效性用能的影响系数；

建立影响因素权重矩阵，所述该矩阵的元素至少包括人员数量影响系数的权重和环境参数影响系数的参数；

S2，将影响因素权重矩阵与设备的单影响因素评判矩阵相乘，获得综合因素评估矩阵；

S3，若综合因素评估矩阵中的用于评估综合有效用能影响因素系数的元素值大于设定值，则设备用能为有效，统计设备用能为有效的时间，进行步骤S4，否则设备用能为无效；

S4，计算设备综合用能有效性评估值，该有效性评估值为步骤S3中的设备用能为有效的时间与设备开启的总时间的比值。

进一步，所述设备包括空调设备，则步骤S1中的单影响因素评判矩阵为空调设备的单影响因素评判矩阵R_空调：

为空调设备所在的空间人员数量信息的有效性评估值，即步骤S1中的人员数量有效性评估值，

为空调设备所在的空间人员数量信息的无效性评估值，即步骤S1中的人员数量无效性评估值，x_空调为空调设备所在建筑空间内的人员数量，Pe_空调为该建筑空间内的额定人员数量，α为空调设备所在的环境温度有效性评估值，即步骤S1中的环境参数有效性评估值，1-α为空调设备所在的环境温度无效性评估值，即步骤S1中的环境参数无效性评估值，

其中，

χ为空调所在环境的实时温度，Tl为空调所在环境的最低温度，Th为空调所在环境的最高温度，c为大于零的常数，d为小于1的常数。

进一步，步骤S2中的影响因素权重矩阵为空调设备的影响因素权重矩阵A_空调：

A_空调＝(a₁，a₂)

a₁+a₂＝1

步骤S2中的综合因素评估矩阵为空调设备的综合因素评估矩阵B_空调：

B_空调＝A_空调R_空调＝(b₁，b₂)

其中，b₁为空调设备的综合有效用能影响因素系数，b₂为空调设备的综合无效用能影响因素系数，a₁为空调设备的人员数量影响系数的权重，a₂为空调设备的环境温度影响因素权重，即步骤S1中的环境参数影响系数的参数。

进一步，步骤S3的具体步骤如下：

若b₁大于空调设备的设定值，则空调设备用能为有效，并且统计空调设备用能为有效的时间te_空调；

步骤S4的具体步骤如下：

η_空调为空调设备综合用能有效性评估值，t_空调为空调设备开启的总时间。

进一步，所述设备包括照明设备，则步骤S1中的单影响因素评判矩阵为照明设备的单影响因素评判矩阵R_照明：

为照明设备所在的空间人员数量信息的有效性评估值，即步骤S1中的人员数量有效性评估值，

为照明设备所在的空间人员数量信息的无效性评估值，即步骤S1中的人员数量无效性评估值，x_照明为照明设备所在的建筑空间内的实时人员数量，Pe_照明为该建筑空间内的额定人员数量，β为照明设备所在环境的自然光照度有效性评估值，即步骤S1中的环境参数有效性评估值，1-β为照明设备所在环境的自然光照度无效性评估值，即步骤S1中的环境参数无效性评估值，

其中，

Sun为照明设备所在环境的实时自然光强度，I为照明设备所在环境的最低照度值。

进一步，步骤S2中的影响因素权重矩阵为照明设备的影响因素权重矩阵A_照明：

A_照明＝(a′₁，a′₂)

a′₁+a′₂＝1

步骤S2中的综合因素评估矩阵为照明设备的综合因素评估矩阵B_照明：

B_照明＝A_照明R_照明＝(b′₁，b′₂)

其中，b′₁为照明设备的综合有效用能影响因素系数，b′₂为照明设备的综合无效用能影响因素系数，a′₁为照明设备的人员数量影响系数的权重，a′₂为照明设备的无效用能的权重。

进一步，步骤S3的具体步骤如下：

若b₁′大于照明设备的设定值，则照明设备用能为有效，并且统计照明设备用能为有效的时间te_照明；

步骤S4的具体步骤如下：

η_照明为照明设备综合用能有效性评估值，t_照明为照明设备开启的总时间。

进一步优选的，步骤S3中的设定值包括空调设备的设定值和照明设备的设定值，两者均为0.6。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明的评估方法为综合评估方法，对公共建筑环境设备的用能过程进行了多因素的综合评估，为公共建筑环境设备的能耗评估提供了行之有效的方法。

(2)对空调设备和照明设备分别进行监控，能有效的反应公共建筑环境设备实际用能过程。

(3)内置有分布式操作***和标准建筑信息集的CPN计算模块作为环境设备用能评估的主单元之一，其可以与邻居CPN节点进行数据通信，且依据空间单元的邻居关系连接成无中心、扁平化的计算网络，实现整个建筑的管理和控制，对于每个空间单元的环境设备都能进行实时用能评估；且本发明为公共建筑空间单元环境设备的用能过程监控与评估，其相比传统建筑的总量型能耗监控与评估更加详细和量化。

(4)将使用用电设备的人员数量作为评估因素之一，能够准确反映用电设备是否得到充分使用。

(5)将温度、光照强度作为评估因素之一，能够准确反映用电设备是否是在有需求的情况下才使用的，降低能耗。

附图说明

图1为本发明的评估***结构图；

图2为本发明的评估方法流程图。

图中标注符号的含义如下：

1-设备电能和环境数据采集模块 10-第一电能数据采集单元

11-第二电能数据采集单元 12-环境数据采集单元

13-人员数量采集单元 14-微处理器 15-第一通信单元

2-CPN计算模块 20-主控单元 21-数据存储单元 22-时钟单元

23-第二通信单元 24-第三通信单元 3-终端数据显示模块

40-第一电源输出单元 41-第二电源输出单元

具体实施方式

以下结合实施例和说明书附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种建筑空间环境设备用能有效性评估***，如图1所示，该评估***包括设备电能和环境数据采集模块1、CPN计算模块2、终端数据显示模块3、电源模块。

设备电能和环境数据采集模块1用于获取设备的用电参数和设备所在的环境参数。

CPN计算模块2用于处理设备电能和环境数据采集模块1获取的数据。

设备电能和环境数据采集模块1包括第一电能数据采集单元10、第二电能数据采集单元11、环境数据采集单元12、人员数量采集单元13、微处理器14、第一通信单元15，第一电能数据采集单元10、第二电能数据采集单元11、环境数据采集单元12、人员数量采集单元13分别与微处理器14电连接，第一通信单元15与微处理器14双向电连接。

CPN计算模块2包括主控单元20及与主控单元20双向电连接的数据存储单元21、时钟单元22、第二通信单元23、第三通信单元24。

终端数据显示模块3与第二通信单元23WiFi数据连接。

电源模块4包括给设备电能和环境数据采集模块1的各个单元供电的第一电源输出单元40、给CPN计算模块2的各个单元供电的第二电源输出单元41。

第一通信单元15与第二通信单元23WiFi数据连接。

设备电能和环境数据采集模块1实时采集公共建筑环境设备的用能数据包括电压、电流、有功功率、无功功率、电量，以及公共建筑内的人员数据与用能的环境数据等，并将采集到的数据通过第一通信单元15传输给CPN计算模块2。CPN计算模块2通过对采集的电能数据、人员数据以及用能环境数据进行分析，并分析结果传输给终端数据显示模块3以便进行实时监测。

第一电源输出单元40为设备电能和环境数据采集模块1的各个单元提供12V直流供电需求。第二电源输出单元41与CPN计算模块2相连接，并为其提供220V交流供电需求。

实施例2

一种建筑空间环境设备用能有效性评估方法，如图2所示，包括如下步骤：

S1，定义人员数量有效性评估值、人员数量无效性评估值、环境参数有效性评估值、环境参数无效性评估值。

人员数量有效性评估值为人员数量信息对设备有效性用能的影响系数，人员数量无效性评估值为人员数量信息对设备无效性用能的影响系数，环境参数有效性评估值为环境参数对设备有效性用能的影响系数，环境参数无效性评估值为环境参数对设备无效性用能的影响系数。

定义上述系数和参数的权重。

S2，将步骤S1中的元素组成设备的单影响因素评判矩阵，权重组成影响因素权重矩阵。

本实施例中，空调设备的单影响因素评判矩阵R_空调：

为空调设备所在的空间人员数量信息的有效性评估值，即步骤S1中的人员数量有效性评估值，

为空调设备所在的空间人员数量信息的无效性评估值，即步骤S1中的人员数量无效性评估值，x_空调为空调设备所在建筑空间内的人员数量，Pe_空调为该建筑空间内的额定人员数量，一般为6-12人，α为空调设备所在的环境温度有效性评估值，1-α为空调设备所在的环境温度无效性评估值，

其中，

χ为空调所在环境的实时温度，Tl为空调所在环境的最低温度，Th为空调所在环境的最高温度，c为大于零的常数，d为小于1的常数。

空调设备的影响因素权重矩阵A_空调：

A_空调＝(a₁，a₂)

a₁+a₂＝1

a₁为空调设备的人员数量影响系数的权重，a₂为空调设备的环境温度影响因素权重，即步骤S1中的环境参数影响系数的参数，在实验测试中，无对环境温度和人员数量有特殊要求时，a₁取0.5，a₂取0.5。

S3，将影响因素权重矩阵与设备的单影响因素评判矩阵相乘，获得综合因素评估矩阵。

本实施中，空调设备的综合因素评估矩阵B_空调：

B_空调＝A_空调R_空调＝(b₁，b₂)

其中，b₁为空调设备的综合有效用能影响因素系数，b₂为空调设备的综合无效用能影响因素系数。

S4，若b₁大于空调设备的设定值，则空调设备用能为有效，并且统计空调设备用能为有效的时间te_空调。本实施例中设定值取0.6。

S5，计算空调设备综合用能有效性评估值：

η_空调为空调设备综合用能有效性评估值，t_空调为空调设备开启的总时间。

实施例3

在实施例2的基础上，单影响因素评判矩阵为照明设备的单影响因素评判矩阵R_照明：

为照明设备所在的空间人员数量信息的有效性评估值，即步骤S1中的人员数量有效性评估值，

为照明设备所在的空间人员数量信息的无效性评估值，即步骤S1中的人员数量无效性评估值，x_照明为照明设备所在的建筑空间内的实时人员数量，Pe_照明为该建筑空间内的额定人员数量，一般为6-12人，β为照明设备所在环境的自然光照度有效性评估值，1-β为照明设备所在环境的自然光照度无效性评估值，

其中，

Sun为照明设备所在环境的实时自然光强度，I为照明设备所在环境的最低照度值。

影响因素权重矩阵为照明设备的影响因素权重矩阵A_照明：

A_照明＝(a′₁，a′₂)

a′₁+a′₂＝1

照明设备的综合因素评估矩阵B_照明：

B_照明＝A_照明R_照明＝(b′₁，b′₂)

其中，b′₁为照明设备的综合有效用能影响因素系数，b′₂为照明设备的综合无效用能影响因素系数，a′₁为照明设备的人员数量影响系数的权重，a′₂为照明设备的无效用能的权重，a′₁和a′₂均取0.5。

若b′₁大于0.6，则照明设备用能为有效，并且统计照明设备用能为有效的时间te_照明；

η_照明为照明设备综合用能有效性评估值，t_照明为照明设备开启的总时间。

各个元件的型号如表1所示。

表1

Claims (6)

1.一种建筑空间环境设备用能有效性评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，建立设备的单影响因素评判矩阵，该矩阵的元素至少包括人员数量有效性评估值、人员数量无效性评估值、环境参数有效性评估值、环境参数无效性评估值；

所述人员数量有效性评估值为人员数量信息对设备有效性用能的影响系数，所述人员数量无效性评估值为人员数量信息对设备无效性用能的影响系数，所述环境参数有效性评估值为环境参数对设备有效性用能的影响系数，所述环境参数无效性评估值为环境参数对设备无效性用能的影响系数；

建立影响因素权重矩阵，所述该矩阵的元素至少包括人员数量影响系数的权重和环境参数影响系数的参数；

S2，将影响因素权重矩阵与设备的单影响因素评判矩阵相乘，获得综合因素评估矩阵；

S3，若综合因素评估矩阵中的用于评估综合有效用能影响因素系数的元素值大于设定值，则设备用能为有效，统计设备用能为有效的时间，进行步骤S4，否则设备用能为无效；

S4，计算设备综合用能有效性评估值，该有效性评估值为步骤S3中的设备用能为有效的时间与设备开启的总时间的比值；

所述设备包括空调设备，则步骤S1中的单影响因素评判矩阵为空调设备的单影响因素评判矩阵R_空调：

为空调设备所在的空间人员数量信息的有效性评估值，即步骤S1中的人员数量有效性评估值；

为空调设备所在的空间人员数量信息的无效性评估值，即步骤S1中的人员数量无效性评估值；x_空调为空调设备所在建筑空间内的人员数量；Pe_空调为该建筑空间内的额定人员数量；α为空调设备所在的环境温度有效性评估值，即步骤S1中的环境参数有效性评估值；1-α为空调设备所在的环境温度无效性评估值，即步骤S1中的环境参数无效性评估值；

其中，

χ为空调所在环境的实时温度，Tl为空调所在环境的最低温度，Th为空调所在环境的最高温度，c为大于零的常数，d为小于1的常数；

或者，所述设备包括照明设备，则步骤S1中的单影响因素评判矩阵为照明设备的单影响因素评判矩阵R_照明：

为照明设备所在的空间人员数量信息的有效性评估值，即步骤S1中的人员数量有效性评估值，

为照明设备所在的空间人员数量信息的无效性评估值，即步骤S1中的人员数量无效性评估值，x_照明为照明设备所在的建筑空间内的实时人员数量，Pe_照明为该建筑空间内的额定人员数量，β为照明设备所在环境的自然光照度有效性评估值，即步骤S1中的环境参数有效性评估值，1-β为照明设备所在环境的自然光照度无效性评估值，即步骤S1中的环境参数无效性评估值，

其中，

Sun为照明设备所在环境的实时自然光强度，I为照明设备所在环境的最低照度值。

2.如权利要求1所述的环境设备用能有效性评估方法，其特征在于，步骤S2中的影响因素权重矩阵为空调设备的影响因素权重矩阵A_空调：

A_空调＝(a₁，a₂)

a₁+a₂＝1

步骤S2中的综合因素评估矩阵为空调设备的综合因素评估矩阵B_空调：

B_空调＝A_空调R_空调＝(b₁，b₂)

其中，b₁为空调设备的综合有效用能影响因素系数，b₂为空调设备的综合无效用能影响因素系数，a₁为空调设备的人员数量影响系数的权重，a₂为空调设备的环境温度影响因素权重，即步骤S1中的环境参数影响系数的参数。

3.如权利要求2所述的环境设备用能有效性评估方法，其特征在于，步骤S3的具体步骤如下：

若b₁大于空调设备的设定值，则空调设备用能为有效，并且统计空调设备用能为有效的时间te_空调；

步骤S4的具体步骤如下：

η_空调为空调设备综合用能有效性评估值，t_空调为空调设备开启的总时间。

4.如权利要求1所述的环境设备用能有效性评估方法，其特征在于，步骤S2中的影响因素权重矩阵为照明设备的影响因素权重矩阵A_照明：

A_照明＝(a′₁，a′₂)

a′₁+a′₂＝1

步骤S2中的综合因素评估矩阵为照明设备的综合因素评估矩阵B_照明：

B_照明＝A_照明R_照明＝(b′₁，b′₂)

其中，b′₁为照明设备的综合有效用能影响因素系数，b′₂为照明设备的综合无效用能影响因素系数，a′₁为照明设备的人员数量影响系数的权重，a′₂为照明设备的自然光照度影响因素权重。

5.如权利要求4所述的环境设备用能有效性评估方法，其特征在于，步骤S3的具体步骤如下：

若b′₁大于照明设备的设定值，则照明设备用能为有效，并且统计照明设备用能为有效的时间te_照明；

步骤S4的具体步骤如下：

η_照明为照明设备综合用能有效性评估值，t_照明为照明设备开启的总时间。

6.如权利要求1所述的环境设备用能有效性评估方法，其特征在于：步骤S3中的设定值包括空调设备的设定值和照明设备的设定值，两者均为0.6。

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