Application of machine learning to estimate building energy use intensities

Autores:
R.K. Veiga a, A.C. Veloso b, A.P. Melo a, R. Lamberts a
Resumo:

Information on building energy consumption and its characteristics is essential for carrying out benchmarking processes. However, currently a lack of data acts as a major barrier in this regard. To address this issue, the purpose of this study is to demonstrate the application of machine learning to estimate building energy use intensities of bank branches buildings located in Brazil. The methodology proposed in this study completed a data collection regarding the bank branch typology. Then, the archetype model and its fixed and variables inputs variables were defined to generate 48,000 samples that were simulated using EnergyPlus program. A Sobol sensitivity analysis was performed, showing that the lighting power density followed by the weather variable were found to be the most influential variables when estimating the energy consumption of the bank branches. Finally, a comparison between machine learning techniques were applied to train the predictive model. The Support Vector Machine achieved MAE and RMSE values of 3.16 and 4.45 kWh/m2.year, respectively, representing the most accurate model for benchmarking purposes. Due to the non-linearity among the variable parameters, optimizing sophisticated machine learning techniques significantly improved the model accuracy. The results are of great value, since the model developed can be used in future benchmarking throughout the country. The methodology showed high accuracy and could be extended to other typologies.

Ano:

Inserção de simulações de desempenho térmico no processo de projeto

Autores:
Larissa Pereira de Souza, Mateus Bavaresco, Carlos Eduardo Verzola Vaz, Roberto Lamberts
Resumo:

O crescente aumento de consumo energético em edificações é uma questão preocupante. O modo como as edificações se comportam em relação ao clima em que estão inseridas é importante no seu consumo final, e assim, diretrizes iniciais de projeto voltadas ao seu comportamento térmico podem reduzir boa parte do consumo durante a operação. Isso porque essas diretrizes visam otimizar o desempenho das edificações, minimizando o uso de equipamentos de resfriamento para garantir o conforto dos usuários. No entanto, essas análises de desempenho térmico são realizadas com o projeto já consolidado, dificultando o alcance de bons níveis de desempenho e sem grande margem de alteração de projeto com este foco. Visando unir o processo a essas análises, o objetivo deste trabalho é o levantamento de dados sobre o processo de projeto de arquitetos para compreender quais parâmetros de desempenho já são considerados, quais outros poderiam ser incorporados, e quais as fases de maior relevância do ponto de vista térmico. Percebeu-se que os participantes deste estudo, apesar de considerarem relevante a avaliação de critérios como insolação e ventilação natural na concepção de projeto, o fazem com métodos pouco precisos. Além disso, evidenciou-se o desconhecimento de aspectos importantes, como a NBR 15575, a etiqueta de eficiência energética e o uso de simulações computacionais. Portanto, propõe-se uma estrutura de trabalho integrando as respostas sobre definições de projeto com os critérios de análise de desempenho. O desenvolvimento de uma estrutura de trabalho permitirá futuros experimentos de inserção de simulações no processo de projeto para validação.

Ano:

Renewable energy and energy conservation area policy (REECAP) framework: A novel methodology for bottom-up and top-down principles integration

Autores:
Abel S. Vieira a, Rodney A. Stewart a, Roberto Lamberts b, Cara D. Beal c
Resumo:

Climate change mitigation strategies are multifaceted and require collaboration among a range of stakeholder groups. The objective of this paper was to develop an overarching Renewable Energy and Energy Conservation Area Policy (REECAP) framework. The framework was developed based on a comprehensive literature review, in which seven principles for Renewable Energy and Energy Conservation Policies were identified. The paper also includes a case study to demonstrate an application of the REECAP framework. The novelty of the framework stems from its integration of carbon-energy-cash flows among different decision-making spheres, scales and area specific characteristics. The framework provides a mathematical understanding of how energy strategies can be transformed and optimised in a cost-effective manner by integrating stakeholders under a shared vision.

Ano:

Anexo 66: Definition and Simulation of Occupant Behavior in Buildings (2013 - 2018)

O comportamento dos ocupantes em edifícios possuem impactos significativos no uso de energia e qualidade ambiental. Embora seja crucial para o design e operação de edifícios de baixo consumo energético, muitas vezes é subestimado. O comportamento dos ocupantes é complexo, e as pesquisas da área precisam de embasamento multidisciplinar para alcançar o aprofundamento necessário nessa área.

Anexo 69: Strategy and Practice of Adaptive Thermal Comfort in Low Energy Buildings (2014 - 2022)

O Anexo 69 abordou estudos em conforto térmico no ambiente construído visando tanto avançar o conhecimento na área, em termos metodológicos, quanto aprimorar a divulgação do conhecimento obtido, por meio de bases públicas. Mais informações sobre o Anexo 69 podem ser encontradas clicando aqui.

 

Anexo 79: Occupant-Centric Building Design and Operation (2018-2023)

À medida que os edifícios se tornam mais eficientes, o comportamento dos ocupantes têm impacto crescente no consumo de energia. Além disso, as mudanças na dinâmica de trabalho e as expectativas de conforto estão transformando a ocupação dos edifícios. Nos últimos anos, houve um aumento significativo no interesse pela modelagem de comportamento dos ocupantes, impulsionado pelo projeto IEA EBC Annex 66, que focou em compreender o comportamento dos ocupantes em edifícios e como eles eram considerados no processo de projeto.

Anexo 80: Resilient Cooling of Buildings (2018-2023)

O Anexo 80 teve como objetivo o desenvolvimento e o estudo de soluções de resfriamento resilientes, de baixa emissão de carbono e baixa demanda de energia, a fim de mitigar o sobreaquecimento das edificações em situações extremas. Dentre as atividades lideradas pelo LabEEE no âmbito deste projeto, destaca-se a realização do 7° Expert Meeting do Anexo 80 em Florianópolis, em outubro de 2022.

Anexo 87: Energy and Indoor Environmental Quality Performance of Personalised Environmental Control Systems (2021-2026)

Estudos anteriores já evidenciaram que o uso de sistemas personalizados de controle ambiental aumenta significativamente os níveis de satisfação dos usuários em edificações. O objetivo do Anexo 87 é estabelecer diretrizes e materiais técnicos de referência para que sistemas personalizados de controle ambiental sejam incorporados em projetos e edifícios em operação. Além disso, visa quantificar os benefícios desses sistemas para a saúde, conforto e eficiência energética.

Anexo 89: Ways to Implement Net-zero Whole Life Carbon Buildings (2023-2027)

O projeto foca nas ações necessárias para implementar, em políticas públicas e na prática, edifícios com zero emissões de gases com efeito de estufa em todo o ciclo de vida. Isto significa considerar explicitamente as emissões incorporadas e operacionais em todas as fases do ciclo de vida, visando alcançar o objetivo global (ou final) do Acordo de Paris que é limitar a aquecimento para bem abaixo de 2°C, e de preferência para 1,5°C, acima dos níveis pré-industriais, a fim de se alcançar a neutralidade climática até 2050.

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