案例Python项目计算机题目:房屋供暖消耗能源的模拟项目
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2017-09-24


项目背景内容介绍:

伦敦一个区域(Haringey)的房屋供暖消耗能源的模拟项目。之前的学生完成了该地区的 Synthetic population

(综合人口生成)的步骤,对于该地区的每个人,我们现在知道了他属于哪个家庭,他的年龄,职业状况,等等社会特征。根据另一组数据源建立的 markov chain,我们也知道他每一天的各个时段在哪里做什么(每

10 分钟为单位),是否在家,如果在家的话,他是否在睡觉。

我们假设,只要一个家里(Household)有至少一个人在家,家里的供暖系统就会被开启。初始的房屋室内温度是 20 度。如果家里没有人,家里的供暖系统就会被调为 0 度;如果有至少一个人且至少一个人不在睡觉(是活跃的),那么家里的供暖系统会被自动设定为 22 度;如果家里所有的人都在睡觉,那么家里的供暖系统会设定为 18 度。(这些部分都已经做好了)

为了简单化模型,现在片区的所有房屋都被假设为是一个 60 平米的固定大小的单层长方形盒子,房屋的隔热性能和材料(U-value),以及住户的散热率都是固定的。

现在该地区每一个人口的社会属性,属于哪一个家庭,以及家庭里每一个成员的日程安排(是否在家)都知道了,跟据这些数据做的地区供暖能源消耗计算模型也做好了(见 project 文件夹 Urban-Occupants-

Paper),所有项目的代码和文件都在以下的文件包里,特殊的说明和注意事项在 README.md 文件里。

现在的任务是,与其假设房屋都是统一大小的正方形盒子,我们根据该片区真实的每个家庭所在房屋数据,随机赋予房子真实的房屋面积(Floor area)和房屋隔热性能,具体方法如下:根据该片区的人口普查结果,该片区有 7 类房屋:

0 Detached whole house or bungalow

0 Semi-detached whole house or bungalow

0 Terraced whole house or bungalow

0 Purpose built flat or maisonette

0 Converted or shared house (belongs to the flat or maisonette category)

0 Caravan (including rooms, caravan, mobile homes, houseboat)

0 Other (flats and maisonette in commercial buildings)

在把 dwelling type 加入了 synthetic population (合成人口数据)之后,对于人口中的每一个人,我们都知道了他所住房子的 dwelling_type 类型(以上 7 类中的一类):(这个部分已经完成,除了有一个 bug 存在,具体下面介绍,希望能加以解决)。现在的任务就是在计算供暖耗能的时候,根据房屋的类型,从该类型的所有行数据里随机抽取一行代入计算。

请见 Haringey_All 表格,其中中每一行都是一个单位家庭,在名为 dwelling type 的列,每一个家庭的房屋类型(以上 7 类中的 6 类)都已经定义好了,其中 Other (flats and maisonette in commercial buildings) 没有被纳入,因为无法定义,它的特性赋值就用默认定值(见下面的表格)。其余的需要随机抽样的相关的列有:

-Floor Area: 房屋占地面积

-Window to wall ratio (WWR): 窗户与墙的面积比

-U-value wall: 墙的热传导性

-U-value roof: 屋顶的热传导性

-U-value floor: 地板的热传导 -U-value window 窗户的热传导


现在需要的是从同一个类型的 dwelling_type 数据集合中随机抽取 floor area, U-value wall,


U-value roof U-value window,赋予给这个房子,取代原有的默认值。比如某一个房子已知是Detached whole house or bungalow类型,那么就从所有 dwelling_type 列叫Detached whole house or bungalow 的房屋数据里随机抽取一行,把相应的-Floor Area: 房屋占地面积, Window to wall ratio )WWR: 窗户与墙的面积比,U-value wall: 墙的热传导性,U-value roof:

屋顶的热传导性,U-value floor: 地板的热传导,U-value window 窗户的热传导 赋值给该房屋,现有的模块会自动计算供暖的能量消耗,把赋值完成就可以了。如果某一个房子是Other

(flats and maisonette in commercial buildings) 类型的,那就不用抽样了,继续沿用之前的默

认定值就可以了。

要注意的是,不同的个人可以属于同一个家庭,因而住同一个房屋,注意不要将不同的房屋性质赋予给同一个房子。

Other (flats and maisonette in commercial buildings) 类的房子特性赋值表:(均为默认定值)

Parameter name

Value

Parameter name

Value

Thermal mass capacity

9.9 MJ/K

Initial indoor temp

20

165000 x floor area [J/K]

Thermal mass area

150 2

Absent set point

0

2.5 x floor area [m^2]

Floor area

60 2

Passive set point

18

Room height

2.5 m

Active set point

22

Window to wall ratio

0.19

Maximum heating power

10 kW

U-value wall

0.26 W/( 2K)

Metabolic heat active

140 W

U-value roof

0.12 W/( 2K)

Metabolic heat passive

70 W

U-value floor

0.40 W/( 2K)

Metabolic heat < 18

0.75

U-value window

1.95 W/( 2K)

Natural ventilation rate

0.65 l/(s 2)

Transmission adjustment ground

0.91

除此之外其余 6 类的房子特性赋值表:

Parameter name

Valu



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