一種基于證據(jù)推理分析算法和熵權(quán)的建筑照明設(shè)備開啟率仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于建筑行為節(jié)能、建筑環(huán)境及能耗模擬領(lǐng)域，涉及一種基于證據(jù)推理分 析算法和熵權(quán)的建筑照明設(shè)備開啟率仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 建筑照明設(shè)備不但自身消耗能源，而且照明設(shè)備運(yùn)行時(shí)所釋放的熱量還是形成建 筑空調(diào)系統(tǒng)夏季冷負(fù)荷的重要部分，對建筑節(jié)能有十分重要的影響。建筑照明能耗是建筑 能耗的重要組成部分，例如在辦公建筑中，照明能耗通常占到建筑總能耗的25%~40% (周 欣等.大型辦公建筑照明能耗實(shí)測數(shù)據(jù)分析及模型初探.照明工程學(xué)報(bào).第24卷第4期， 2013.08)。吳剛(吳剛.建筑照明及人口密度度空調(diào)冷負(fù)荷形成的影響分析.科技信息，2013 年第11期)通過調(diào)查得出商場建筑一層照明設(shè)備形成的空調(diào)冷負(fù)荷密度平均值為55W/m 2， 二層以上照明設(shè)備形成的空調(diào)冷負(fù)荷密度平均值為40W/m2。
[0003] 當(dāng)前建筑環(huán)境及能耗模擬技術(shù)已相對成熟，在建筑節(jié)能中發(fā)揮著十分重要的作 用。建筑照明設(shè)備運(yùn)行時(shí)所釋放的熱量是構(gòu)成建筑夏季空調(diào)冷負(fù)荷的主要成分之一，對建 筑能耗有重要影響。建筑照明設(shè)備在計(jì)算時(shí)段的逐時(shí)開啟率是建筑環(huán)境及能耗模擬軟件的 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對模擬結(jié)果有顯著影響。然而，當(dāng)前建筑環(huán)境及能耗模擬工具提供的建筑照明設(shè) 備逐時(shí)開啟率考慮因素單一，難以反映建筑照明設(shè)備的運(yùn)行情況。以廣泛使用的建筑環(huán)境 及能耗模擬軟件DeST為例，辦公室這一類型的建筑照明設(shè)備開啟率默認(rèn)設(shè)置全年均為:工 作日8:00~11:00全開 100%，12:00時(shí)為30% ,13:00~16:00為 100%全開，16:00為0.50， 17:00~19:00為0.10，其余時(shí)段全關(guān)?？梢?，該軟件提供的建筑照明設(shè)備開啟方式?jīng)]有考慮 到建筑所在光氣候、室外照度、室內(nèi)人員數(shù)量、建筑自然采光設(shè)計(jì)優(yōu)劣等因素的影響。
[0004] 建筑照明設(shè)備開啟方式受多種因素影響。Reinhart C.F.等(Reinhart C.F. ,Voss K.Monitoring manual control of electric lighting and blinds.Lighting Reserch and Technology. 2003，35:243~260;)研究認(rèn)為建筑照明開啟方式主要與室外照度和人員 作息相關(guān)關(guān)。任曉欣，燕達(dá)(任曉欣，燕達(dá).基于人行為的辦公建筑照明能耗計(jì)算模型研究. 建筑科學(xué)，第30卷第6期，2014年6月）研究表明，辦公室面積、空間大小、在室人員數(shù)量對建 筑照明能耗和照明設(shè)備開啟方式有很大影響。我國地域廣闊，《建筑采光設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》 (GB50033-2013)將我國分為1、11、111、1￥、￥五個(gè)光氣候分區(qū)，位于不同光氣候的建筑采光 自然條件不同，相應(yīng)的建筑照明設(shè)備開啟率也將存在很大差異。
[0005] 上述分析表明，由于缺乏能綜合考慮當(dāng)?shù)貧夤夂蛱匦?、建筑室外照度、室?nèi)人員數(shù) 量、建筑自然采光設(shè)計(jì)優(yōu)劣等因素的建筑照明設(shè)備開啟率計(jì)算理論模型及數(shù)據(jù)，將大大影 響到建筑環(huán)境與能耗模擬工具在建筑節(jié)能中發(fā)揮更大的作用，并且難以為建筑行為節(jié)能提 供可靠的依據(jù)。
[0006] 本發(fā)明針對上述不足，提供一種基于證據(jù)推理分析算法和熵權(quán)的建筑照明設(shè)備開 啟率仿真方法。本方法綜合考慮建筑所在當(dāng)?shù)氐墓鈿夂蛱匦?、建筑室外照度、室?nèi)人員數(shù) 量、建筑自然采光設(shè)計(jì)優(yōu)劣等因素對建筑照明設(shè)備使用行為的影響，構(gòu)建建筑照明設(shè)備開 啟率仿真理論模型及方法，輸出計(jì)算時(shí)段內(nèi)逐時(shí)建筑照明設(shè)備開啟率仿真數(shù)據(jù)，計(jì)算時(shí)段 可以根據(jù)需要設(shè)定為最冷月、最熱月、夏季、冬季乃至全年。所輸出的建筑照明設(shè)備開啟率 仿真數(shù)據(jù)為建筑環(huán)境及能耗模擬軟件提供更為科學(xué)的建筑照明設(shè)備使用行為數(shù)據(jù)，從而將 大大提高建筑環(huán)境及能耗模擬軟件的計(jì)算科學(xué)性。所構(gòu)建的建筑照明設(shè)備開啟行為仿真理 論模型及方法能為建筑行為節(jié)能提供理論依據(jù)。本方法基于證據(jù)推理和熵權(quán)理論進(jìn)行仿 真，能處理建筑照明設(shè)備開啟率仿真中的主觀因素和客觀因素，定量因素和定性因素，并 且，還能夠定量的處理仿真過程中的不完全信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對當(dāng)前建筑環(huán)境及模擬軟件所提供的建筑設(shè)備開啟率考慮因素單一，建 筑照明設(shè)備開啟率仿真不能處理不確定和不完全信息的不足，提供一種基于證據(jù)推理分析 算法和熵權(quán)的建筑照明設(shè)備開啟率仿真方法。
[0008] 本發(fā)明基于證據(jù)推理方法（Evidential Reasoning Approach，簡稱ER方法）和熵 權(quán)理論，構(gòu)建建筑照明設(shè)備開啟率仿真理論模型和方法。ER方法由Jian-Bo Yang和Madan G.Singh(Jian-Bo Yang,M.G.S.,An evidential reasoning approach for multiple attribute decision decision making with uncertainty. IEEE transactions on system，man and cybernetic, 1994.24(1) ·)于1994年提出，可以用來對帶有不確定信息的 混合有定量和定性問題進(jìn)行理論建模。熵（Entropy) (C · E · Shannon · A mathematical theory of communication.Bell System TechnicalJournal，1948，27(3):379-423;王彬· 熵與信息.西北工業(yè)大學(xué)出版社，1994)原本屬于熱力學(xué)的概念，后由于Shannon引入信息 論，目前熵是隨機(jī)系統(tǒng)的不確定性度量的有力工具，本方法將熵引入用來確定建筑照明設(shè) 備開啟率影響因素權(quán)重分配。
[0009] 本發(fā)明所構(gòu)建的建筑照明設(shè)備開啟率仿真理論模型和方法，能處理建筑照明設(shè)備 開啟率仿真中的主觀因素和客觀因素，定量因素和定性因素，并且，還能夠定量的處理仿真 中的不完全信息。
[0010] 一種基于證據(jù)推理分析算法和熵權(quán)的建筑照明設(shè)備開啟率仿真方法，其實(shí)施步驟 如下：
[0011] 1)將建筑照明設(shè)備開啟率(〇~100%)劃分成有限個(gè)數(shù)的區(qū)間，假設(shè)建筑照明設(shè)備 開啟率被劃分成為N個(gè)區(qū)間，則建筑照明設(shè)備開啟率區(qū)間集合表不為Η(Ηι、H2、…、Hn);
[0012] 2)識別影響建筑照明設(shè)備開啟率的因素，影響因素可以包含定性和定量因素，假 設(shè)確定影響因素的數(shù)目為L，影響因素集合可表示為E(E^E 2VsEl);
[0013] 3)構(gòu)建建筑照明設(shè)備開啟率區(qū)間信度矩陣，信度βη>1表示根據(jù)影響因素E 1提供的 信息，建筑照明設(shè)備開啟率區(qū)間Hn的信度，信度βη,,滿足下式：

表示仿真過程信息是完全的，
表示仿真過程存在信息不完全性，，η代表 筑照明設(shè)備開啟率區(qū)間序號，i表示影響因素序號；
[0014] 4)確定建筑照明設(shè)備開啟率影響因素權(quán)重，因素E1的權(quán)重用Co1表示，按照熵權(quán)原 理計(jì)算ω i;
[0015] 所述步驟4)包括以下步驟：
[0016] (41)影響因素Ei的熵用Si表示，Si如下式計(jì)算： 中，
[0018] K，fn, i為熵計(jì)算過程的中間參數(shù)；
[0019] (42)根據(jù)熵的性質(zhì)判定，熵值越大，所對應(yīng)因素的重要程度越小，因素E1的權(quán)重Co 1
[0020] 5)通過證據(jù)推理的分析算法進(jìn)行建筑照明設(shè)備開啟率區(qū)間綜合信度合成，用βη(η = 1，2，···，Ν)表示綜合考慮所有的影響因素后建筑照明設(shè)備開啟率區(qū)間化的綜合信度，βΗ表 示由于信息不完全導(dǎo)致的不可分配的信度
[0021 ]所述步驟5)信度合成包括以下步驟：
[0022] (51)結(jié)合因素權(quán)重和信度矩陣，按照式1~式5建立證據(jù)理論中的基本信度分配函 數(shù)，式中出現(xiàn)兩個(gè)含義相同的變量，有利于明確表達(dá)參數(shù)的物理意義；
[0030]式中：
[0031] Himm1(Hn)--代表從因素E1的角度提供的信息，建筑照明設(shè)備開啟率區(qū)間H n的基 本信度；
[0032] Himm1(H)--代表從因素E1的角度來看整個(gè)仿真過程中分配到建筑照明設(shè)備開啟 率區(qū)間集合H之外的信度，由I/和Iiw兩部分組成；
[0033]
代表E1這個(gè)影響因素之外的其它影響因素對建筑照明設(shè)備開啟率 的作用；
[0034]
-代表E1這個(gè)影響因素進(jìn)行建筑照明設(shè)備開啟率仿真的信息不完全 的程度，如果We1這個(gè)影響因素的仿真信息是完全的，則,廣G;
[0035] (52)根據(jù)證據(jù)推理的分析算法，按照式6~式11進(jìn)行信度合成：
[0042]式中：
[0043] mn-代表綜合考慮影響因素集合E后建筑照明設(shè)備開啟率區(qū)間Hn的基本信度；
[0044] 代表影響因素集合E之外的其它影響因素對建筑照明設(shè)備開啟率的作用；
[0045] "\一代表綜合考慮影響因素集合E進(jìn)行建筑照明設(shè)備開啟率仿真的信息不完全的 程度；
[0046] k-信度合成計(jì)算過程中引入的中間變量；
[0047] 6)根據(jù)βη(η = 1，2，…，N)中的最大值，確定仿真時(shí)刻建筑照明設(shè)備開啟率區(qū)間，并 取該區(qū)間中位數(shù)為仿真時(shí)刻的建筑照明設(shè)備開啟率，提供由于信息不完全導(dǎo)致的不可分配 信度βΗ;
[0048] 7)重復(fù)步驟3)~步驟6)對仿真時(shí)段逐時(shí)進(jìn)行計(jì)算，得到仿真時(shí)段的建筑照明設(shè)備 開啟率逐時(shí)值列表。
[0049]本發(fā)明針對當(dāng)前建筑環(huán)境及模擬軟件所提供的建筑設(shè)備開啟率考慮因素單一，建 筑照明設(shè)備開啟率仿真不能處理不確定和不完全信息的不足。提供一種基于證據(jù)推理分析 算法和熵權(quán)的建筑照明設(shè)備開啟率仿真方法。本方法綜合考慮建筑所在當(dāng)?shù)氐墓鈿夂蛱?性、建筑室外照度、室內(nèi)人員數(shù)量、建筑自然采光設(shè)計(jì)優(yōu)劣等因素對建筑照明設(shè)備使用行為 的影響，構(gòu)建建筑照明設(shè)備開啟率仿真理論模型及方法，輸出計(jì)算時(shí)段內(nèi)逐時(shí)建筑照明設(shè) 備開啟率仿真數(shù)據(jù)，計(jì)算時(shí)段可以根據(jù)需要設(shè)定為最冷月、最熱月、夏季、冬季乃至全年。所 輸出的建筑照明設(shè)備開啟率仿真數(shù)據(jù)為建筑環(huán)境及能耗模擬軟件提供更為科學(xué)的建筑照 明設(shè)備使用行為數(shù)據(jù)，從而將大大提高建筑環(huán)境及能耗模擬軟件的計(jì)算科學(xué)性。所構(gòu)建的 建筑照明設(shè)備開啟行為仿真理論模型及方法能為建筑行為節(jié)能提供理論依據(jù)。本方法基于 證據(jù)推理和熵權(quán)理論進(jìn)行仿真，能處理建筑照明設(shè)備開啟率仿真中的主觀因素和客觀因 素，定量因素和定性因素，并且，還能夠定量的處理仿真過程中存在的不完全信息。
【附圖說明】：
[0050] 圖1是本發(fā)明的方法流程圖
【具體實(shí)施方式】
[0051] 如圖1所示，一種基于證據(jù)推理分析算法和熵權(quán)的建筑照明設(shè)備