Đặc điểm và cấu trúc bộ dữ liệu mở để đánh giá sử dụng năng lượng của tòa nhà dân cư trên quy mô khu phố và đô thị
Characterizing and structuring open datasets for assessment of residential building energy use on the neighborhood and urban scale
| Tác giả | Kristian Stenerud Skeie
Lillian Sve Rokseth Carine Lausselet Arild Gustavsen |
| Ngày đăng tải | 08/05/2025 |
| DOI | https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2025.115842 |
| Nguồn bài nghiên cứu | Science Direct |
| Từ khóa |
Mô hình hóa năng lượng tòa nhà đô thị Dữ liệu đo điện thông minh Mô phỏng năng lượng tòa nhà Mô hình thành phố 3D |
1 – GIỚI THIỆU
Nghiên cứu này điều tra tiềm năng sử dụng và tích hợp các bộ dữ liệu mở để đánh giá và trực quan hóa việc sử dụng năng lượng trong khu dân cư bằng cách áp dụng các mô hình phù hợp với phương pháp tính toán quốc gia, thống kê và dữ liệu tổng hợp từ các nền tảng đo lường thông minh. Nghiên cứu cũng phân tích khả năng và hạn chế của việc sử dụng dữ liệu mở để tái tạo hình học của tòa nhà và dẫn xuất thông tin liên quan nhằm tạo ra bộ dữ liệu phong phú, phù hợp với thống kê. Khả năng sử dụng dữ liệu mở và các khung mô hình hóa tương thích là rất quan trọng để phát triển các công cụ đáp ứng nhu cầu của nhiều bên liên quan và các trường hợp sử dụng đa dạng. Kết quả cho thấy mô hình năng lượng tòa nhà dân cư, được hiệu chỉnh dựa trên nhiều năm tiêu thụ điện tổng hợp hàng giờ, hoạt động tốt trên quy mô thời gian hàng ngày và hàng tháng, liên tục đáp ứng các ngưỡng xác thực quy định cho CV (RMSE) và NMBE. Tuy nhiên, hiệu suất trên cơ sở hàng giờ – quan trọng đối với việc đánh giá các chiến lược giảm tải điện trong những giờ lạnh nhất – có thể được cải thiện với các phương pháp tiên tiến hơn.
2 – MÔ TẢ HỆ THỐNG
Hệ thống được mô tả trong nghiên cứu này bao gồm các bộ dữ liệu mở về thông tin tòa nhà, thống kê tiêu thụ năng lượng và dữ liệu đo điện thông minh. Nguồn dữ liệu bao gồm các nền tảng đo lường thông minh như Elhub ở Na Uy, dữ liệu thống kê quốc gia từ Cục Thống kê Na Uy (SN), và dữ liệu mô hình 3D của các tòa nhà từ các cơ sở dữ liệu không gian địa lý quốc gia. Mô hình được áp dụng cho một khu vực điển hình tại một thành phố của Na Uy nhằm minh họa phương pháp tiếp cận và xác thực kết quả mô hình.
3 – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu bao gồm:
– Thu thập và xử lý dữ liệu: Tích hợp dữ liệu từ các nguồn mở bao gồm tiêu thụ điện hàng giờ, thống kê năng lượng quốc gia, dữ liệu tòa nhà, và dữ liệu địa lý không gian.
– Xây dựng mô hình năng lượng: Sử dụng phương pháp mô hình hóa dựa trên kiểu mẫu (archetype) để ước tính nhu cầu năng lượng của tòa nhà dân cư.
– Hiệu chỉnh và xác thực mô hình: Mô hình được hiệu chỉnh dựa trên dữ liệu tiêu thụ điện hàng giờ trong nhiều năm và được xác thực trên các quy mô thời gian khác nhau (hàng giờ, hàng ngày, hàng tháng).
– Phân bổ không gian: Sử dụng dữ liệu lưới 250 mét và dữ liệu điểm tòa nhà để phân bổ năng lượng sử dụng vào các khu vực cụ thể.
4 – KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình năng lượng của tòa nhà dân cư được phát triển hoàn toàn từ dữ liệu mở có độ chính xác cao khi so sánh với dữ liệu tiêu thụ điện thực tế trên quy mô hàng ngày và hàng tháng. Tuy nhiên, hiệu suất mô hình trên quy mô hàng giờ có thể được cải thiện hơn nữa. Phân bố năng lượng tiêu thụ được trực quan hóa trên bản đồ không gian địa lý, giúp phân tích chi tiết tác động của các chính sách năng lượng ở cấp độ khu phố và tòa nhà.
5 – KẾT LUẬN
Nghiên cứu này đã chứng minh rằng một khung mô hình năng lượng tòa nhà dựa trên vật lý, từ dưới lên (bottom-up), có thể được phát triển và xác thực chỉ bằng cách sử dụng các bộ dữ liệu mở quốc gia và phương pháp phù hợp với tiêu chuẩn tính toán năng lượng quốc gia của Na Uy. Việc tích hợp dữ liệu không gian địa lý và công cụ mô hình hóa mã nguồn mở giúp tạo ra các mô hình số đô thị động, có thể cập nhật, cung cấp thông tin hữu ích cho các phân tích sâu về hiệu suất năng lượng, chiến lược cải tạo và các mục tiêu bền vững rộng hơn.
