فصلنامه سیستم های انرژی پایدار

فصلنامه سیستم های انرژی پایدار

توسعه کدگذاری چرخه‌ای فصلی برای پیش‌بینی تأثیر حضور پویای ساکنین بر مصرف انرژی ساختمان با استفاده از مدل جانشین شبکه‌ عصبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
دانشکده مهندسی مکانیک، دانشکدگان فنی، دانشگاه تهران، تهران، ایران
10.22059/ses.2026.414083.1239
چکیده
پیش‌بینی دقیق مصرف انرژی ساختمان برای بهبود بهره‌وری و کاهش هزینه‌های شبیه‌سازی، نیازمند بازنمایی مناسب حضور ساکنین است. در این پژوهش، الگوهای حضور ساکنین در مقیاس ساعتی به‌صورت پیوسته و ماه‌های سال به‌صورت چرخه‌ای (با توابع سینوسی و کسینوسی) کدگذاری و به‌عنوان ورودی شبیه‌سازی‌های انرژی‎پلاس و مدل‌های یادگیری ماشین استفاده شده‌اند. این رویکرد، برخلاف تعریف‌های گسسته یا نرخ‌های ثابت، امکان تحلیل اثرات متفاوت حضور در ساعات و فصول مختلف و تعمیم بهتر مدل را فراهم می‌کند. پس از طراحی شبکه عصبی مصنوعی با قابلیت پیش‌بینی میانگین ماهانه توان مصرفی ساختمان با دقت بالا، تحلیل معیار شاپلی و نمودارهای وابستگی جزئی نشان دادند که ساعات ظهر و بعدازظهر بیشترین تأثیر را بر بار مصرفی دارند و همچنین آشکار کردند که تغییر میزان حضور ساکنین در ساعات مختلف روز، طی فصول زمستان و تابستان، اثراتی متفاوت و به‌طور محسوسی غیرخطی بر مصارف ساختمان بر جای می‌گذارد. در نهایت نشان داده شد که جابه‌جایی زمان شروع حضور، بدون تغییرات فیزیکی در ساختمان، می‌تواند مصرف انرژی را بهینه کرده و چارچوبی ساکن‌محور برای مدیریت هوشمند انرژی ارائه دهد. در نهایت نتایج نشان داد که بهینه‌سازی زمان‌بندی حضور افراد در طول سال، برای یک برنامه ساده، می‌تواند نرخ تقاضای انرژی در سیستم تهویه مطبوع را نسبت به خط مبنای بیشینه ماهانه تا حدود 15% کاهش دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Development of Cyclic Seasonal Encoding to Predict the Effect of Dynamic Occupancy on Building Energy Consumption Using Neural-Network Surrogate

نویسندگان English

Sam Sarlak Goodarzi
Behrang Sajadi
Department of Mechanical Engineering, College of Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran
چکیده English

Accurate prediction of building energy consumption for improving efficiency and reducing simulation costs requires an appropriate representation of occupant presence. In this study, occupant presence patterns at an hourly scale were encoded as continuous variables, and the months of the year were encoded cyclically (using sine and cosine functions) and used as inputs to EnergyPlus simulations and machine learning models. This approach, in contrast to discrete definitions or fixed occupancy rates, enables the analysis of the differing effects of presence across hours and seasons and improves the model’s ability to generalize to new conditions. After designing an artificial neural network capable of accurately predicting the monthly average total HVAC electricity demand rate, SHAP analysis and partial dependence plots showed that midday and afternoon hours have the greatest impact on energy loads and further revealed that changing the level of occupancy at different hours of the day, across winter and summer, has distinct and markedly nonlinear effects on energy use. Finally, it was shown that shifting the start time of occupancy, without any physical changes to the building, can optimize energy consumption and provides an occupant-centric framework for intelligent building energy management. Finally, the results indicated that optimizing the timing of occupied windows throughout the year for a simple schedule can lead to reduction in the monthly average demand rate up to approximately 15%.

کلیدواژه‌ها English

Building Energy Consumption Prediction
Occupant-centered Energy Analysis
Occupant Presence
Cyclical Time Encoding
EnergyPlus

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 10 تیر 1405