基于数据挖掘技术的地下空间能耗分析与评价

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摘要分析了中国建筑的能耗现状，并提出了采用数据挖掘技术对地下空间的建筑能耗进行预测和基准评价分析，建立了地下空间的能耗预测模型和能耗评价模型，通过分析地下空间的能耗情况，寻找节能潜力，将为节能优化提供建议。

关键词地下空间数据挖掘能耗预测能耗评价

中图分类号：C35文献标识码： A

1 概述

建筑能耗是指建筑物在使用过程中消耗的商品能源的总和。随着我国城镇建筑的飞速发展和经济水平的提高，民用建筑尤其是公共建筑总面积和总能耗迅速增长。从图1可以看出，建筑商品能耗总量及其中电力消耗量均大幅增长。公共建筑总面积从1996年的27.6亿m2增长到2011年的79.7亿m2，单位面积能耗从1996年的620kwhe/m2，增长到75.7kwhe/m2[1]，大面积高能耗的建筑的增多，也使得地下空间的建筑面积随之增长，同时随着绿色建筑的发展，绿色标准里也相应将合理开发利用地下空间纳入了评分项，所以对地下空间的能耗研究不仅能更好的了解地下建筑的发展状况，同时也促进地下空间的绿色和节能发展。

图1 建筑商品能耗总量及用电量

2 数据预处理

城市地下空间的使用主要是地下车库、地铁、地下商场等作用，随着民用建筑节能的快速发展，地下空间的开发和利用也逐渐增多，并且很多规范和标准要求对建筑用能系统进行能耗分项计量与监测系统，因此积累了很多地下空间的能耗数据。能耗数据是建筑中各类系统和设备运行状态的终端表现，通过分析分项能耗的数据值及其变化特征，比如采用数据挖掘、回归分析等技术将这些大量的数据通过分析和判断，最后用来对新建筑进行能耗的目标预测，以提高建筑的能耗预测、基准评价、运行优化等功能。

由于现在对建筑的用能系统进行分项计量，所以储存在民用建筑能量管理系统中的能耗数据越来越多，地下空间的建筑能耗数据有如下特点。

1)能耗数据统计在建筑主体的耗能中，且数据没有单独分开

2)能耗数据属性较地上建筑少

3)对地下空间单独进行能耗测量的项目较少

所以，人为的分析和采用传统的能耗数据分析是无法完成的，比如目前大多数公共建筑均设置有机动车停车库，而机动车停车库实际用能强度远低于建筑主体部分用能强度，需要单独给出能耗统计。另一方面，不同类型建筑由于服务对象、使用时间等方面的不同，地下空间的使用情况也不同，所以应将地下空间进行功能分类，如地下车库、地下商场、地铁等地下建筑类型。

3 数据挖掘技术的应用

从数据挖掘的角度来看，地下空间的能耗不同于地上建筑能耗数据的一个显著的方面就是，地下空间建筑所受到的不确定干扰因素远远小于地上建筑，能耗数据的规律性比较强，所以将地下空间的能耗数据挖掘从三个方面进行应用分析。

3.1 地下空间能耗预测

很多建筑在规划阶段，业主就需要与规划部门确定和申请该项目的全年用能和最大用电量，如办公建筑中的暖通空调系统、照明、设备、给排水系统等的耗电量指标，但是由于地下空间的各种面用能系统的能耗远低于地上建筑，所以在确定全年用能情况时，应单独给出能耗指标，并且根据不同的建筑类型，确定不同的指标大小。

对地下空间建筑单独进行能量分配时，就需要对地下空间的能耗进行预测，而通过建立数据挖掘技术对地下建筑能耗进行预测，通过输入地下空间类型、建筑的运行能耗模式，能够为该项目提供合理的输配电量。

图2 地下空间建筑能耗预测模型

图2为地下空间建筑能耗预测模型，其具体过程是首先对地下建筑数据库进行预处理和特征选择，主要是确定数据库中与目标建筑相似的建筑的数据信息获取的过程，聚类分析主要用于从大量数据中发现潜在的模式和分布规律；离群点分析主要用于发现数据中存在的“特殊对象”，然后进行聚类挖掘，对准备好的额数据进行相应的聚类算法（如RBF神经网络），最后得到能耗的预测值[2]。

3.2 地下空间能耗基准评价

建筑能耗基准评价是通过比较某栋建筑与相同类型、相同功能的类似建筑的能耗特性来对其能耗状况进行评价的方法。

通过基准评价，建筑业主或管理者可以了解其建筑运行情况，对比自己建筑与其它类似建筑的能源消耗差异．如果发现目标建筑比其它同类建筑能耗高，可以采取措施降低能耗。在建筑设计阶段和建筑改造阶段过程中，建筑能耗基准评价同样可以评价建筑设计是否合理。在对建筑目标进行单独能源或多重能源审计时，建筑能耗基准评价是用来评，采取的节能措施的重要方法[3]。

现在采用的地下空间的能耗评价一般是请专门的能耗监测机构对建筑的能耗进行实地调查和测评，这样讲花费很多人力和财力。如果采用数据挖掘和回归分析等技术，对该地下空间建筑和已有的同类型的地下建筑数据进行分析，并参考相关标准的限值，进而判定是否节能和提出采取相关的优化措施。

图3 地下空间建筑能耗评价模型

图3是地下空间建筑能耗评价模型图，首先根据上面提到的能耗预测过程，对建筑的能耗值进行预测分析，如对地下汽车库的能耗评价，首先根据地下汽车库的数据库中的数据进行挖掘和分析，得到能耗的预测值，然后将预测值与标准中的现在进行对比，如即将颁布的《建筑能耗标准》中对不同建筑类型的地下车库的建筑能耗值做了相应的规定，见下表1-1所示。

表 1-1 机动车停车库能耗指标

4 结论

1.本文提出了采用数据挖掘对地下空间的能耗进行预测，通过建立地下空间的能耗预测模型，对历史地下空间的数据进行聚类分析识别出建筑物存在的能耗模式，然后采用如RBF网络的方法对地下建筑进行能耗计算。

2.为了评价地下建筑的能耗情况，建立了地下空间能耗基准评价模型，根据计算出的地下建筑的能耗预测值，对照相应的标准进行能耗限值的判定，对不达标的建筑采取节能措施进行优化分析，最终达到标准的要求。

3.本文中的采用数据挖掘技术队地下空间的能耗进行模拟和分析，由于数据挖掘的技术很多，研究适用于地下空间的模型可以参考地上建筑，如由于Stepwise模型、Apfiod-rule模型、ID3模型中的一种或者多种，来进行模拟评价分析[4]。

参考文献：

[1]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2014[M].中国建筑工业出版社，2014

[2]韩连华．基于回归分析和数据挖掘的建筑能耗基准评价模型研究[D]．北京，北京工业

大学，2009

[3]刘文凤,数据挖掘在公共建筑能耗分析中的应用研究[D]. 重庆，重庆大学，2010

[4] 毛国君，段丽娟，王实，石云．数据挖掘原理与算法[M].清华大学出版社，2007：5,68―73,107,1 14-126．