《辦公建筑電力能耗特征研究》9700字（論文）

辦公建筑電力能耗特征研究目錄TOC\o"1-2"\h\u28690辦公建筑電力能耗特征研究 1149621辦公建筑電力能耗系統(tǒng)研究 1164991.1辦公建筑電力能耗拆分 197931.2辦公建筑設(shè)備運(yùn)行策略 2224871.3辦公建筑電力能耗占比特征 4314271.4辦公建筑電力能耗線路組成特征 522752電力能耗數(shù)據(jù)準(zhǔn)備 6245842.1數(shù)據(jù)收集 6254682.2數(shù)據(jù)異常值處理 6220573辦公建筑電力能耗特征研究 7327593.1人員行為特征 7210573.2時(shí)間序列特征 7114423.3影響因素 10102724基于歷史數(shù)據(jù)特征的辦公建筑能耗分類(lèi) 11229184.1基于歷史數(shù)據(jù)特征的辦公建筑能耗分類(lèi)原則 11200854.2案例分析 121辦公建筑電力能耗系統(tǒng)研究1.1辦公建筑電力能耗拆分辦公建筑電力能耗系統(tǒng)具有集中管理的組織特點(diǎn)，可以對(duì)總能耗數(shù)據(jù)和分項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、監(jiān)視、存儲(chǔ)等功能，實(shí)現(xiàn)建筑輔助管理，進(jìn)一步提升建筑的使用效率和節(jié)能水平。辦公建筑能耗拆分以可比性和易用性為基本原則，功能上還需兼顧完備性。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部2008年頒布的《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑分項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)采集技術(shù)導(dǎo)則》[59]建筑能耗分類(lèi)模型如表2-1所示，該模型對(duì)用電能耗按照一級(jí)子項(xiàng)和二級(jí)子項(xiàng)進(jìn)行分類(lèi)，但是未給出各子項(xiàng)的具體分類(lèi)原則和包含內(nèi)容。建筑能耗拆分類(lèi)別一級(jí)子項(xiàng)二級(jí)子項(xiàng)總電力能耗空調(diào)用能末端用能冷站用能熱站用能照明插座用電照明和插座用電走廊和應(yīng)急照明用電室外景觀照明用電動(dòng)力用電電梯用電水泵用電通風(fēng)機(jī)用電特殊用電信息中心、洗衣房、廚房、游泳池等在此基礎(chǔ)上結(jié)合可比性、易用性和完備性，王鑫[60]提出了如圖2-1所示的辦公建筑具體電力能耗拆分方法。該分類(lèi)模型主要包含：暖通空調(diào)、一般照明插座設(shè)備、一般動(dòng)力設(shè)備、特殊功能設(shè)備4大類(lèi)，并對(duì)每類(lèi)設(shè)備的具體原則和設(shè)備類(lèi)型進(jìn)行了說(shuō)明。辦公建筑具有公區(qū)、租區(qū)和商區(qū)三種業(yè)態(tài)，管理運(yùn)維者對(duì)建筑商區(qū)和租區(qū)等獨(dú)立付費(fèi)線路的關(guān)注遠(yuǎn)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于公區(qū)照明系統(tǒng)、集中暖通空調(diào)系統(tǒng)、信息中心等公共線路。1.2辦公建筑設(shè)備運(yùn)行策略辦公建筑設(shè)備運(yùn)行策略作為影響建筑電力能耗的主要因素，其與建筑內(nèi)設(shè)備類(lèi)型和管理方式高度相關(guān)。建筑電力消耗設(shè)備根據(jù)運(yùn)行模式可以分為：定頻設(shè)備和變頻設(shè)備，其中自動(dòng)變頻設(shè)備控制原理一般為溫差控制或壓差控制，部份變頻設(shè)備還可以根據(jù)需求手動(dòng)設(shè)置設(shè)備運(yùn)行頻率。張琦等人[61]從辦公建筑所處地域和辦公建筑使用類(lèi)型兩方面考慮，對(duì)我國(guó)南北方典型城市中的55幢辦公建筑（其中，北京42幢、廣州5幢、深圳8幢）進(jìn)行建筑設(shè)備運(yùn)行模式的調(diào)研可以得到如表2-2、表2-3所示的辦公建筑主要設(shè)備類(lèi)型及運(yùn)維管理人員運(yùn)行方式調(diào)研結(jié)果。表2-2辦公建筑主要設(shè)備類(lèi)型調(diào)研設(shè)備名稱(chēng)設(shè)備類(lèi)型占比冷凍水泵變頻51%定頻49%冷卻水泵變頻39%定頻61%冷卻塔定頻78%分高低檔6%變頻16%新風(fēng)機(jī)組變頻16%定頻84%表2-3辦公建筑主要設(shè)備運(yùn)行方式調(diào)研設(shè)備名稱(chēng)運(yùn)行方式占比冷凍水泵固定運(yùn)行臺(tái)數(shù)55%一機(jī)對(duì)一泵37%根據(jù)冷機(jī)開(kāi)啟臺(tái)數(shù)確定但不一定8%冷卻水泵固定運(yùn)行臺(tái)數(shù)53%一機(jī)對(duì)一泵33%根據(jù)冷機(jī)開(kāi)啟臺(tái)數(shù)確定但不一定13%新風(fēng)機(jī)組全年運(yùn)行方式從來(lái)不開(kāi)40%四季都開(kāi)40%春秋季開(kāi)，冬夏季不開(kāi)10%冬夏季開(kāi)，春秋季不開(kāi)3%夏季開(kāi)，其他時(shí)間不開(kāi)5%其他3%新風(fēng)機(jī)組夏季逐日運(yùn)行方式24h10%定時(shí)開(kāi)關(guān)71%間歇運(yùn)行19%照明控制公共區(qū)域、辦公區(qū)域照明統(tǒng)一控制0%公共區(qū)域統(tǒng)一控制、辦公區(qū)域隨機(jī)87%不同統(tǒng)一控制13%公共區(qū)域照明控制方式全天開(kāi)啟4%全天關(guān)閉7%定時(shí)開(kāi)，定時(shí)關(guān)64%燈具智能控制20%其他4%通過(guò)表2-2和表2-3可以對(duì)辦公常見(jiàn)設(shè)備類(lèi)型和設(shè)備一般控制和運(yùn)行方式進(jìn)一步的總結(jié)得到表2-4。表2-4辦公建筑設(shè)備一般運(yùn)行策略類(lèi)別主要運(yùn)行設(shè)備運(yùn)行模式運(yùn)行調(diào)節(jié)依據(jù)：主要影響因素暖通設(shè)備冷水機(jī)組手動(dòng)開(kāi)關(guān)根據(jù)氣溫靈活調(diào)節(jié)：室外溫度（變頻）冷凍水泵冷水機(jī)組聯(lián)動(dòng)控制聯(lián)動(dòng)時(shí)間程序控制：溫度、壓力控制（變頻/定頻）冷卻塔手動(dòng)開(kāi)關(guān)根據(jù)回水溫度：回水溫度（變頻/定頻）冷卻水泵冷卻塔關(guān)聯(lián)運(yùn)行聯(lián)動(dòng)時(shí)間程序控制：溫度、壓力控制（變頻/定頻）空調(diào)機(jī)組時(shí)間程序控制運(yùn)行周期：工作日工作時(shí)間/全新風(fēng)（變頻/定頻）新風(fēng)機(jī)組時(shí)間程序控制季節(jié)調(diào)節(jié)：定時(shí)開(kāi)關(guān)（變頻）照明插座室內(nèi)插座用戶特征室內(nèi)照明手動(dòng)開(kāi)關(guān)室外照明時(shí)間程序控制隨季節(jié)調(diào)整開(kāi)關(guān)時(shí)間公區(qū)照明時(shí)間程序控制隨時(shí)間段調(diào)整開(kāi)關(guān)時(shí)間衛(wèi)生間照明手動(dòng)開(kāi)關(guān)控制常開(kāi)電梯升降電梯自動(dòng)運(yùn)行無(wú)人時(shí)停使且照明自動(dòng)關(guān)斷自動(dòng)扶梯自動(dòng)運(yùn)行無(wú)人搭乘停駛或慢性給排水給排水系統(tǒng)24h運(yùn)行其他動(dòng)力其他動(dòng)力系統(tǒng)24h運(yùn)行信息中心信息中心24h運(yùn)行信息中心空調(diào)24h運(yùn)行1.3辦公建筑電力能耗占比特征根據(jù)1.1節(jié)建筑能耗拆分方法可以對(duì)辦公建筑各線路進(jìn)行實(shí)地調(diào)研整理，按照暖通空調(diào)、一般照明插座設(shè)備、一般動(dòng)力設(shè)備、特殊功能設(shè)備4大類(lèi)進(jìn)行二次整合，對(duì)每類(lèi)能耗占比進(jìn)行分析確定建筑主要耗能分項(xiàng)及其內(nèi)部設(shè)備占比。辦公建筑租區(qū)全年使用時(shí)間約為200~250天，平均每日設(shè)備運(yùn)行時(shí)間為11小時(shí)，設(shè)備全年運(yùn)行時(shí)間約為2200~2750小時(shí)。根據(jù)對(duì)北京市甲級(jí)辦公建筑的調(diào)查，辦公建筑單位建筑面積全年用電平均約為150~200kWh，以其中一棟建筑為例各分項(xiàng)能耗全年占比均值如圖2-2所示，空調(diào)系統(tǒng)分項(xiàng)耗電量占比如圖2-3所示[34]。如圖2-2所示，空調(diào)系統(tǒng)占比為37%，照明和辦公設(shè)備占比分別為28%和22%，其他能耗（除電梯外的一般動(dòng)力能耗和特殊用電）占比為10%，電梯分項(xiàng)能耗占比為3%。如圖2-3所示，在全年占比最大的空調(diào)系統(tǒng)中，冷凍機(jī)占總耗電量的30%，由于該辦公建筑采用變風(fēng)量系統(tǒng)，空調(diào)箱風(fēng)機(jī)占比約為45.3%，冷泵和冷卻塔能耗占比合計(jì)為15.5%，而采暖泵電耗約為9.2%。根據(jù)研究人員的實(shí)際調(diào)研[34]和模擬[62]，可以得到一般辦公建筑中空調(diào)系統(tǒng)和照明系統(tǒng)為總能耗占比的第一、二位。1.4辦公建筑電力能耗線路組成特征辦公建筑在設(shè)計(jì)階段依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和建筑需求進(jìn)行電氣設(shè)計(jì)，對(duì)各低壓配電箱引出線路所帶的負(fù)載進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)并預(yù)留部份空白線路，便于根據(jù)建筑后期需求進(jìn)行電氣線路持續(xù)的增添修改。但是，現(xiàn)階段辦公建筑電力線路實(shí)際運(yùn)行階段存在兩個(gè)問(wèn)題：一方面由于施工、運(yùn)行階段的不穩(wěn)定因素，線路實(shí)際連接設(shè)備可能與原始設(shè)計(jì)不符；另一方面，由于辦公建筑用電設(shè)備數(shù)量遠(yuǎn)大于建筑電氣線路數(shù)量，無(wú)法保證線路與設(shè)備一一對(duì)應(yīng)或者一條線路只連接同一種設(shè)備，極易出現(xiàn)線路設(shè)備混雜的現(xiàn)象。實(shí)現(xiàn)電力能耗遠(yuǎn)程監(jiān)控一般需要對(duì)線路安裝遠(yuǎn)程電表，由于該設(shè)備費(fèi)用較高，對(duì)于多線路設(shè)備一般不單獨(dú)安裝，在使用建筑能耗監(jiān)控平臺(tái)數(shù)據(jù)時(shí)還需要對(duì)線路設(shè)備連接情況進(jìn)行了解。因此，依據(jù)建筑原始電氣設(shè)計(jì)接口建立的建筑能源監(jiān)測(cè)平臺(tái)單一線路所連設(shè)備出現(xiàn)的7種模式如表2-5所示：表2-5能耗線路組成類(lèi)型序號(hào)能耗線路組成類(lèi)型1單一定頻2單一變頻3同類(lèi)定頻4同類(lèi)變頻5定-定頻線路6定-變頻線路7變-變頻線路綜上所述，通過(guò)對(duì)建筑管理者關(guān)心的電力能耗線路及重點(diǎn)設(shè)備的運(yùn)行方式進(jìn)行分析說(shuō)明，進(jìn)一步明確辦公建筑能耗監(jiān)控平臺(tái)電力用能的基本情況。并且可知辦公建筑電力線路“純”度較低，部份線路所連設(shè)備組合比較復(fù)雜，尤其對(duì)于多設(shè)備線路尤其是不宜進(jìn)行二次拆分的變-變頻設(shè)備，無(wú)法直接根據(jù)設(shè)備特性和指標(biāo)對(duì)能耗異常進(jìn)行有效判斷。因此，利用各線路歷史數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)其用能規(guī)律并進(jìn)行診斷十分的有意義。2電力能耗數(shù)據(jù)準(zhǔn)備2.1數(shù)據(jù)收集計(jì)算機(jī)、通信、自動(dòng)化等技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了建筑行業(yè)向智能化、自動(dòng)化方向的轉(zhuǎn)型。隨著樓宇智能化和自動(dòng)化程度的提升，以樓宇自控系統(tǒng)為代表的適應(yīng)各種智能化應(yīng)用場(chǎng)景的各類(lèi)樓宇實(shí)時(shí)監(jiān)視、控制系統(tǒng)（如機(jī)房群控、照明監(jiān)控系統(tǒng)、安全監(jiān)控系統(tǒng)等）不斷涌現(xiàn)。電力監(jiān)控平臺(tái)是一種主要針對(duì)建筑的電力能源消費(fèi)建筑能耗監(jiān)測(cè)平臺(tái)。電力監(jiān)控平臺(tái)利用遠(yuǎn)傳電表實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑電力線路的監(jiān)控，為建筑供配電網(wǎng)絡(luò)和用電設(shè)備提供24h不間斷的保護(hù)和監(jiān)控，提高供配電可靠性和自動(dòng)化水平。電力監(jiān)控平臺(tái)可以提供電力網(wǎng)絡(luò)仿真、可視化建筑電力網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、監(jiān)測(cè)電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)性故障，實(shí)現(xiàn)供配電無(wú)人值守。電力監(jiān)控平臺(tái)通過(guò)數(shù)據(jù)采集箱采集各電表的電力數(shù)據(jù)，同時(shí)電力監(jiān)控平臺(tái)提供Web監(jiān)控和管理平臺(tái)。電力監(jiān)控Web平臺(tái)具備友好的人機(jī)界面，能夠以配電一次干線圖的形式直觀顯示配電線路的分布情況，同時(shí)將實(shí)時(shí)采集的各回路的電參量信息，以及配電回路開(kāi)關(guān)的分合閘狀態(tài)，接地刀閘狀態(tài)及相關(guān)故障、告警信號(hào)，實(shí)時(shí)顯示在系統(tǒng)界面中。電力監(jiān)控平臺(tái)的建立實(shí)現(xiàn)了建筑內(nèi)的電力消耗在線實(shí)時(shí)監(jiān)控，其數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)了大量的建筑分項(xiàng)電力能耗數(shù)據(jù)，為本文研究提出的基于實(shí)際建筑能耗數(shù)據(jù)的異常診斷提供了廣泛的數(shù)據(jù)來(lái)源。但是，電力監(jiān)控平臺(tái)只能監(jiān)控電表所在線路的設(shè)備或設(shè)備組電力能耗數(shù)據(jù)，而非單一設(shè)備的電力監(jiān)控。因此，如何利用能耗自身特性實(shí)現(xiàn)異常診斷是本文研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。2.2數(shù)據(jù)異常值處理電力能耗監(jiān)控平臺(tái)具有數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳功能，因此易受到數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)等環(huán)節(jié)的影響，造成數(shù)據(jù)與真實(shí)值不符。其異常數(shù)據(jù)的種類(lèi)如表2-6所示，主要包括：（1）數(shù)據(jù)缺失；（2）數(shù)據(jù)突變；（3）數(shù)據(jù)隱性異常；（4）數(shù)據(jù)傳輸異常。表2-6電力監(jiān)測(cè)平臺(tái)數(shù)據(jù)異常及特征數(shù)據(jù)類(lèi)型數(shù)據(jù)特征異常數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)缺失無(wú)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)突變數(shù)據(jù)過(guò)大或過(guò)小，不能反映真實(shí)情況數(shù)據(jù)隱性異常數(shù)據(jù)不符合用能設(shè)備實(shí)際運(yùn)行特點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸異常設(shè)備掉線（數(shù)據(jù)沖突），數(shù)據(jù)不能反映真實(shí)情況其中，數(shù)據(jù)缺失值主要由傳感器故障或者信號(hào)傳輸錯(cuò)誤引起，顯示為空值，一般處理方法包括插補(bǔ)法、刪除法、建模法等[63]。數(shù)據(jù)傳輸異常一般由通信沖突導(dǎo)致，表現(xiàn)為數(shù)據(jù)出現(xiàn)長(zhǎng)期恒值或錯(cuò)誤代碼值，如“0”、“999”等。而數(shù)據(jù)突變和數(shù)據(jù)隱性異常與數(shù)據(jù)的運(yùn)行狀態(tài)緊密相關(guān)，異常值的判斷和處理方法層出不窮，常見(jiàn)的方法包括箱線圖法、基于距離的聚類(lèi)法、機(jī)器學(xué)習(xí)的方法等；常見(jiàn)的異常值處理方法有刪除法、常量替換法、插補(bǔ)法和建模分析法[64]。本文將根據(jù)被處理對(duì)象的數(shù)據(jù)特征選擇不同的數(shù)據(jù)異常值判斷方法。3辦公建筑電力能耗特征研究3.1人員行為特征辦公建筑人員行為具有明確的周期性，且與時(shí)間具有強(qiáng)相關(guān)性。一般辦公建筑工況根據(jù)工作日和休息日類(lèi)型劃分為工作日工況和非工作日工況，星期一至星期五為工作日，星期六、星期日為非工作日，除此之外法定節(jié)假日一般也為非工作日工況。在兩種工況之間的設(shè)備運(yùn)行情況一般具有較大的差異，非工作日工況電力能耗往往低于工作日工況，形成電力能耗波谷，同時(shí)設(shè)備運(yùn)行情況也有所不同。因此兩工況之間不進(jìn)行比較，在各自工況內(nèi)進(jìn)行比較。同時(shí)，辦公建筑內(nèi)人員具有相對(duì)固定的上下班時(shí)間，設(shè)備運(yùn)行也具有周期性特征，一般工作時(shí)間開(kāi)啟、非工作時(shí)間關(guān)閉。如圖2-5所示，通過(guò)某建筑2019年7月1日-7月7日的建筑總能耗、冷水機(jī)組能耗和辦公區(qū)域升降電梯三類(lèi)能耗分析，建筑能耗在一個(gè)自然周內(nèi)逐日能耗分為工作日和非工作日兩種工況，每日逐時(shí)能耗可以根據(jù)上下班時(shí)間分為工作時(shí)間（08:00-19:00）和非工作時(shí)間（19:00-08:00）。3.2時(shí)間序列特征3.1時(shí)間序列平穩(wěn)性分析建筑電力能耗數(shù)據(jù)是典型的時(shí)間序列，時(shí)間序列對(duì)于平穩(wěn)性的定義有兩種一種為嚴(yán)平穩(wěn)時(shí)間序列，另一種為寬平穩(wěn)時(shí)間序列。對(duì)于嚴(yán)平穩(wěn)時(shí)間序列，時(shí)間序列的行為（統(tǒng)計(jì)學(xué)分布）不隨時(shí)間的變化而變化；對(duì)于寬平穩(wěn)時(shí)間序列，時(shí)間序列在低階（一階、二階）情況下不隨時(shí)間的變化而變化，兩者沒(méi)有確定的包含關(guān)系。本文利用建筑電力能耗數(shù)據(jù)的時(shí)間序列特征進(jìn)行研究，而不利用其統(tǒng)計(jì)學(xué)特征對(duì)其進(jìn)行建模，不涉及后續(xù)的時(shí)間序列穩(wěn)定性轉(zhuǎn)化。本文采用自相關(guān)性（ACF）、偏自相關(guān)性（PACF）和ADF-KPSS聯(lián)合檢驗(yàn)對(duì)建筑時(shí)間序列平穩(wěn)性特征進(jìn)行可視化和定量的分析。ACF描述了一個(gè)觀測(cè)值和另一個(gè)觀測(cè)值之間的自相關(guān)，包括直接和間接的相關(guān)性信息；PACF是部分自相關(guān)函數(shù)或者偏自相關(guān)函數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)間序列的平穩(wěn)性的可視化檢驗(yàn)。ADF檢驗(yàn)通過(guò)確定時(shí)間序列中單位根的存在性判斷序列是否平穩(wěn)，ADF檢驗(yàn)原假設(shè)為序列有一個(gè)單根，存在單根則序列平穩(wěn)或差分平穩(wěn)。ADF檢驗(yàn)假設(shè)一個(gè)時(shí)間序列Y滿足高階自相關(guān)：(2-1)同時(shí)減去Yt?1(2-2)其中，，，可得到：包含截距項(xiàng)序列：(2-3)包含截距項(xiàng)和趨勢(shì)向序列：(2-4)對(duì)式（2-2）、式（2-3）和式（2-4）求解。若γ=0，則支持原假設(shè)；若γ<0，則備擇假設(shè)為真。KPSS檢驗(yàn)假設(shè)序列趨勢(shì)平穩(wěn)，備擇假設(shè)為原序列為單位根過(guò)程，其假設(shè)與備擇與ADF檢驗(yàn)相悖。KPSS檢驗(yàn)假設(shè)序列yi(2-5)其中，yi為觀測(cè)序列，zi為yi與趨勢(shì)得偏差值，且zi=γi+εi，γi為隨機(jī)游走序列，滿足γi=綜上所述，ADF檢驗(yàn)和KPSS檢驗(yàn)都是利用檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量與置信區(qū)間進(jìn)行比較，不同的是ADF檢驗(yàn)中檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量小于臨界值，拒絕原假設(shè)，即序列平穩(wěn)；KPSS檢驗(yàn)中檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量大于臨界值，拒絕原假設(shè)，即序列不平穩(wěn)。根據(jù)ADF檢測(cè)原理可知ADF檢驗(yàn)的備擇假設(shè)為線性平穩(wěn)或差分平穩(wěn)時(shí)間序列，而KPSS檢驗(yàn)則可以識(shí)別時(shí)間序列的趨勢(shì)平穩(wěn)性。因此，綜合兩類(lèi)檢驗(yàn)結(jié)果得到如表2-7所示的時(shí)間序列特征分析結(jié)果。表2-7ADF-KPSS聯(lián)合檢驗(yàn)結(jié)果分析矩陣序號(hào)ADF檢驗(yàn)KPSS檢驗(yàn)平穩(wěn)性分析1平穩(wěn)平穩(wěn)平穩(wěn)2非平穩(wěn)非平穩(wěn)非平穩(wěn)3平穩(wěn)非平穩(wěn)差分平穩(wěn)4非平穩(wěn)平穩(wěn)趨勢(shì)平穩(wěn)其中，兩類(lèi)檢驗(yàn)皆平穩(wěn)的序列為嚴(yán)格平穩(wěn)序列其均值、方差和協(xié)方差均不隨時(shí)間變化；ADF檢驗(yàn)結(jié)果平穩(wěn)且KPSS檢驗(yàn)結(jié)果非平穩(wěn)的序列為差分平穩(wěn)序列，進(jìn)行差分后序列平穩(wěn)；ADF檢驗(yàn)結(jié)果非平穩(wěn)且KPSS檢驗(yàn)結(jié)果平穩(wěn)，則該序列為趨勢(shì)平穩(wěn)序列，該序列沒(méi)有單位根但顯示出明顯趨勢(shì)；其余序列為非平穩(wěn)序列。根據(jù)本文研究對(duì)象，即辦公建筑電力線路能耗，不存在趨勢(shì)平穩(wěn)，因此本文不給予考慮。3.2時(shí)間序列離散度分析根據(jù)時(shí)間序列平穩(wěn)性定義，時(shí)間序列平穩(wěn)需要滿足以下三個(gè)要求，式（2-6）、式（2-7）和式（2-8）所示：(2-6)(2-7)(2-8)也就是對(duì)于時(shí)間序列Y：（1）隨機(jī)變量的期望(均值)μ不隨時(shí)間t改變；（2）任意時(shí)刻二階矩都存在；（3）兩個(gè)隨機(jī)變量之間的自相關(guān)系數(shù)，只與這兩個(gè)變量的時(shí)間間隔有關(guān)，而不隨時(shí)間的推移而改變。通過(guò)上三式可知，即使是平穩(wěn)序列依舊可能具有較大的離散度，而離散度較大的時(shí)間序列與離散度較小的時(shí)間序列相比其回歸和預(yù)測(cè)誤差更大。因此，離散度也應(yīng)作為辦公建筑能耗特征分析內(nèi)容之一。時(shí)間序列離散度采用變異系數(shù)（CV）表示，CV代表數(shù)據(jù)的離散程度的絕對(duì)值大小。變異系數(shù)為無(wú)量綱數(shù)據(jù)，可以對(duì)不同組別的數(shù)據(jù)進(jìn)行橫向的分析和比較。變異系數(shù)計(jì)算公式，如式（2-9）所示：(2-9)其中，CV為差異系數(shù)，Stv.為標(biāo)準(zhǔn)差，Mean為平均數(shù)，一般變異系數(shù)大于15%，則序列離散度較大。3.3影響因素對(duì)現(xiàn)有研究的分析，梁等人[65]對(duì)商業(yè)辦公建筑能耗基準(zhǔn)模型進(jìn)行分析指出日類(lèi)型、室外溫度對(duì)于其能耗預(yù)測(cè)至關(guān)重要；趙德印等人[66]以室外干球溫度、日期和小時(shí)為輸入?yún)?shù)對(duì)辦公建筑VRV系統(tǒng)能耗進(jìn)行輸入和評(píng)價(jià)；孫勇軍[67]在輸入?yún)?shù)中加入室外溫度和相對(duì)濕度變量可以提升辦公建筑能耗預(yù)測(cè)的精度?？梢钥闯霈F(xiàn)有研究：一方面，強(qiáng)調(diào)了室外溫度、相對(duì)濕度和時(shí)間變量對(duì)于辦公建筑用能特性評(píng)估的重要性；另一方面，這些變量在實(shí)際建筑（即使是信息較少的老建筑）的BAS系統(tǒng)中也是普遍存在的。根據(jù)表2-2、表2-3和表2-4可知，辦公建筑設(shè)備的運(yùn)行策略和調(diào)節(jié)依據(jù)。室外氣候條件和操作人員的手工調(diào)節(jié)對(duì)設(shè)備運(yùn)行有較大影響，進(jìn)而影響建筑各設(shè)備電力能耗水平。對(duì)于室外氣候條件中溫度和濕度對(duì)建筑能耗影響最為明顯，夏季建筑開(kāi)啟空調(diào)、加濕等設(shè)備、冬季建筑則需要開(kāi)啟采暖設(shè)備，這些都會(huì)導(dǎo)致能耗的急劇增加；對(duì)于操作人員的手工調(diào)節(jié)，現(xiàn)階段大部分設(shè)備都具有內(nèi)部控制邏輯，操作人員一般都針對(duì)設(shè)備的開(kāi)啟時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，具有一定的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律。本節(jié)通過(guò)同工況工作模式下的逐時(shí)能耗與時(shí)間變量、室外天氣變量和室外濕度變量關(guān)系分析確定影響該線路電力能耗的主要影響因素。常見(jiàn)的相系數(shù)有三種：Pearson系數(shù)、Spearman系數(shù)和Kendall系數(shù)。其中，Pearson系數(shù)最為常用，但是該方法就有兩點(diǎn)局限性：一方面，Pearson系數(shù)算法適用于正態(tài)分布數(shù)據(jù)，若數(shù)據(jù)分布不呈現(xiàn)正態(tài)分布，則可能造成計(jì)算偏差；另一方面，Pearson系數(shù)利用協(xié)方差進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，易受異常值影響魯棒性差。針對(duì)真實(shí)建筑能耗逐時(shí)數(shù)據(jù)波動(dòng)性強(qiáng)和非嚴(yán)格線性的特點(diǎn)，選擇Spearman系數(shù)作為相關(guān)行分析計(jì)算依據(jù)，其計(jì)算公式為：(2-10)其中，Ui為變量Xi的相對(duì)位置或者順序，Vi則對(duì)應(yīng)著Yi的具體值的相對(duì)位置或者順序，利用位置變量替代絕對(duì)值變量，降低了Spearman系數(shù)的敏感性。相關(guān)性系數(shù)在-1~1之間，因此相關(guān)類(lèi)型分為：正相關(guān)、負(fù)相關(guān)和不相關(guān)三種。絕對(duì)值越接近1，變量之間相關(guān)性越強(qiáng)；反之則相關(guān)性越弱。4基于歷史數(shù)據(jù)特征的辦公建筑能耗分類(lèi)4.1基于歷史數(shù)據(jù)特征的辦公建筑能耗分類(lèi)原則根據(jù)1節(jié)對(duì)辦公建筑電力能耗系統(tǒng)研究和3.1節(jié)對(duì)辦公建筑人員行為特征的分析研究，可知辦公建筑內(nèi)人員行為具有典型的周期性，并且設(shè)備實(shí)際運(yùn)行具有季節(jié)性和不確定性。因此，根據(jù)辦公建筑設(shè)備實(shí)際運(yùn)行策略和人員行為特征將建筑全年工況進(jìn)行如表2-8劃分。按照設(shè)備實(shí)際運(yùn)行策略和不同月份設(shè)備運(yùn)行的策略，將全年分為供冷季、供暖季和過(guò)渡季；按照人員使用特征，將全年工況劃分為工作日和非工作日、工作時(shí)間和非工作時(shí)間。結(jié)合辦公建筑電力能耗線路及已知設(shè)備管理運(yùn)行規(guī)律對(duì)辦公建筑能耗進(jìn)行初步分類(lèi)。根據(jù)3.2節(jié)和3.3節(jié)對(duì)辦公建筑電力能耗時(shí)間序列特征的分析和影響因素相關(guān)性的研究，提出如圖2-6所示的基于歷史數(shù)據(jù)的辦公建筑能耗分類(lèi)方法。該方法在了解辦公建筑設(shè)備運(yùn)行策略和線路基本組成的基礎(chǔ)上，發(fā)掘歷史能耗特征，為實(shí)現(xiàn)對(duì)多模式的子項(xiàng)能耗的電力能耗異常診斷打下基礎(chǔ)。同時(shí)，該方法有效拓寬了辦公建筑電力能耗診斷方法應(yīng)用范圍，并針對(duì)性的解決了辦公建筑能耗線路組成不“純”導(dǎo)致的無(wú)法直接根據(jù)設(shè)備特性和指標(biāo)對(duì)能耗異常進(jìn)行有效判斷的問(wèn)題?；跀?shù)據(jù)的辦公建筑電力能耗分類(lèi)算法，針對(duì)逐日和逐時(shí)能耗分層次進(jìn)行時(shí)間序列和影響因素相關(guān)性判斷，最終根據(jù)能耗線路數(shù)據(jù)特征得到如表2-9所示的5類(lèi)能耗線路，為下一步利用數(shù)據(jù)特征建立多模式能耗異常診斷奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。表2-8辦公建筑全年工況劃分序號(hào)月類(lèi)型日類(lèi)型時(shí)間類(lèi)型1供冷季工作日工作時(shí)間2供冷季非工作日非工作時(shí)間3供暖季工作日工作時(shí)間4供暖季非工作日非工作時(shí)間5過(guò)渡季工作日工作時(shí)間6過(guò)渡季非工作日非工作時(shí)間根據(jù)3.2節(jié)和3.3節(jié)對(duì)辦公建筑電力能耗時(shí)間序列特征的分析和影響因素相關(guān)性的研究，提出如圖2-6所示的基于歷史數(shù)據(jù)的辦公建筑能耗分類(lèi)方法。該方法在了解辦公建筑設(shè)備運(yùn)行策略和線路基本組成的基礎(chǔ)上，發(fā)掘歷史能耗特征，為實(shí)現(xiàn)對(duì)多模式的子項(xiàng)能耗的電力能耗異常診斷打下基礎(chǔ)。同時(shí)，該方法有效拓寬了辦公建筑電力能耗診斷方法應(yīng)用范圍，并針對(duì)性的解決了辦公建筑能耗線路組成不“純”導(dǎo)致的無(wú)法直接根據(jù)設(shè)備特性和指標(biāo)對(duì)能耗異常進(jìn)行有效判斷的問(wèn)題?；跀?shù)據(jù)的辦公建筑電力能耗分類(lèi)算法，針對(duì)逐日和逐時(shí)能耗分層次進(jìn)行時(shí)間序列和影響因素相關(guān)性判斷，最終根據(jù)能耗線路數(shù)據(jù)特征得到如表2-9所示的5類(lèi)能耗線路，為下一步利用數(shù)據(jù)特征建立多模式能耗異常診斷奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)?；跉v史數(shù)據(jù)特征的辦公建筑能耗分類(lèi)算法流程為：（1）對(duì)選擇線路逐日能耗進(jìn)行穩(wěn)定性檢驗(yàn)。計(jì)算ADF檢驗(yàn)和KPSS檢驗(yàn)結(jié)果并根據(jù)表2-7判斷能耗序列的平穩(wěn)性和非平穩(wěn)性；（2）若線路為平穩(wěn)序列，計(jì)算其變異系數(shù)：變異系數(shù)小于15%，線路為Ⅰ類(lèi)線路；變異系數(shù)大于15%，線路為Ⅴ類(lèi)線路；（3）若線路為非趨勢(shì)平穩(wěn)的非平穩(wěn)序列，對(duì)月類(lèi)型、日類(lèi)型和時(shí)間類(lèi)型相同的運(yùn)行工況，即同運(yùn)行工況下的線路逐時(shí)能耗穩(wěn)定性進(jìn)行分析；（4）若該線路同工況下逐時(shí)能耗為平穩(wěn)序列，該線路為Ⅱ類(lèi)線路；（5）若該線路同工況下逐時(shí)能耗為非趨勢(shì)平穩(wěn)的非平穩(wěn)序列，將逐時(shí)能耗、室外天氣和小時(shí)變量進(jìn)行Spermanen相關(guān)系數(shù)分析，進(jìn)一步將序列分為室外氣候強(qiáng)相關(guān)序列和弱相關(guān)序列。若該能耗與室外氣候具有較強(qiáng)的相關(guān)性，則該能耗線路為Ⅲ類(lèi)能耗；（6）若同工況下逐時(shí)能耗與室外氣候具有較弱，對(duì)日運(yùn)行能耗進(jìn)行進(jìn)一步平穩(wěn)性驗(yàn)證，確定其能耗運(yùn)行模式。日運(yùn)行數(shù)據(jù)平穩(wěn)則該能耗線路為Ⅳ類(lèi)線路；否則，該能耗線路為Ⅴ類(lèi)線路；（7）選取新的線路返回步驟（1）。表2-9基于數(shù)據(jù)特征的能耗線路分類(lèi)類(lèi)型編號(hào)能耗序列特征Ⅰ類(lèi)逐日能耗平穩(wěn)且離散度?、蝾?lèi)逐日能耗不平穩(wěn)且逐時(shí)能耗平穩(wěn)Ⅲ類(lèi)逐日能耗非平穩(wěn)且逐時(shí)能耗氣候條件強(qiáng)相關(guān)Ⅳ類(lèi)逐日能耗非平穩(wěn)且室外氣候弱相關(guān)且日運(yùn)行逐時(shí)能耗平穩(wěn)Ⅴ類(lèi)逐日能耗非平穩(wěn)且室外氣候弱相關(guān)且日運(yùn)行逐時(shí)能耗非平穩(wěn)4.2案例分析4.1數(shù)據(jù)來(lái)源 本小節(jié)使用北京市某建筑2018年12月-2019年12月全年逐日、逐時(shí)電力能耗數(shù)據(jù)對(duì)辦公建筑電力能耗數(shù)據(jù)的分類(lèi)原則進(jìn)行驗(yàn)證。由于該辦公建筑電力能耗計(jì)量線路共計(jì)168條（包含商區(qū)和租區(qū)）數(shù)量過(guò)大，經(jīng)訪談可知該建筑運(yùn)維人員主要關(guān)注包含公區(qū)照明和暖通空調(diào)設(shè)備的電力線路能耗消耗，且設(shè)備運(yùn)行具有季節(jié)性規(guī)律。因此，本小節(jié)針對(duì)該建筑公區(qū)照明（低區(qū)干線）和暖通空調(diào)設(shè)備（冷水機(jī)組、冷卻塔、冷泵組合線路、新風(fēng)機(jī)組）子線路共5條線路數(shù)據(jù)工作日工況進(jìn)行分類(lèi)驗(yàn)證。4.2線路分類(lèi)結(jié)果 （1）對(duì)公區(qū)照明（低區(qū)干線）和暖通空調(diào)子線路全年運(yùn)行期間能耗平穩(wěn)性進(jìn)行檢驗(yàn)，首先對(duì)其進(jìn)行自相關(guān)圖和偏自相關(guān)圖分析，得到如圖2-7、圖2-8、圖2-9、圖2-10和圖2-11。再進(jìn)行ADF-KPSS聯(lián)合檢驗(yàn)，結(jié)果如表2-10所示,表2-11為KPSS檢驗(yàn)臨界水平參照值，即置信水平1%、5%和10%置信度下的T檢驗(yàn)臨界值。表2-10運(yùn)行階段ADF-KPSS聯(lián)合檢驗(yàn)結(jié)果設(shè)備名稱(chēng)ADF檢驗(yàn)KPSS檢驗(yàn)T檢驗(yàn)P值（保留兩位小數(shù)）T檢驗(yàn)P值（保留兩位小數(shù)）公區(qū)照明（低區(qū)干線）-5.590.000.180.10冷水機(jī)組-2.030.270.280.10冷泵組合-1.380.590.460.05冷卻塔-170.220.260.10新風(fēng)機(jī)組-160.220.440.06表2-11KPSS檢驗(yàn)參照KPSS檢驗(yàn)參照值（T檢驗(yàn)）臨界水平/%臨界值10.73950.463100.347根據(jù)ADF檢驗(yàn)和KPSS檢驗(yàn)原理可知：ADF檢驗(yàn)中顯著性P<0.05拒絕原假設(shè)，則該序列ADF檢驗(yàn)平穩(wěn)；KPSS檢驗(yàn)中顯著性P<0.05拒絕原假設(shè)，則該序列KPSS檢驗(yàn)非平穩(wěn)。根據(jù)表2-10和表2-11中ADF-KPSS聯(lián)合檢驗(yàn)結(jié)果，與表2-7ADF-KPSS聯(lián)合檢驗(yàn)結(jié)果分析矩陣進(jìn)行比較可以得到：公區(qū)照明（低區(qū)干線）、冷水機(jī)組、冷泵組合、冷卻塔、新風(fēng)機(jī)組5條線路中只有公區(qū)照明（低區(qū)干線）線路全年運(yùn)行階段工作日能耗平穩(wěn)，其余四條線路全年運(yùn)行階段工作日能耗不平穩(wěn)。ADF-KPSS聯(lián)合檢驗(yàn)結(jié)果與自相關(guān)圖、偏自相關(guān)圖結(jié)果一致。（2）對(duì)公區(qū)照明（低區(qū)干線）能耗的離散度進(jìn)行分析。對(duì)公區(qū)照明（低區(qū)干線）線路全年運(yùn)行階段工作日能耗進(jìn)行離散度分析，根據(jù)式（2-9）可以計(jì)算出該線路變異系數(shù)為6.8%<15%。綜合上述分析，可知公區(qū)照明（低區(qū)干線）線路為Ⅰ類(lèi)線路，即全年運(yùn)行階段逐日能耗平穩(wěn)且離散度小。（3）暖通空調(diào)設(shè)備（冷水機(jī)組、冷卻塔、冷泵組合線路、新風(fēng)機(jī)組）子線路月類(lèi)型、日類(lèi)型和時(shí)間類(lèi)型相同的運(yùn)行工況進(jìn)行分析。以暖通空調(diào)設(shè)備供冷季能耗為例，對(duì)工作日運(yùn)行工況逐時(shí)能耗進(jìn)行自相關(guān)圖、偏自相關(guān)圖分析，得到如圖2-12、圖2-13、圖2-14和圖2-15。再對(duì)工作日運(yùn)行工況逐時(shí)能耗進(jìn)行