建環(huán)專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)英文翻譯.doc

一種產(chǎn)生bin氣象數(shù)據(jù)的隨機(jī)方法中國(guó)南京周 晉摘要：bin方法是一種眾所周知且簡(jiǎn)捷的穩(wěn)態(tài)的計(jì)算方法，可以用來(lái)預(yù)計(jì)建筑的冷熱能耗。該方法需要可靠詳細(xì)的bin數(shù)據(jù)。因?yàn)樵谥袊?guó)長(zhǎng)期的逐時(shí)溫度記錄不可用，故沒有用來(lái)研究和應(yīng)用的bin天氣數(shù)據(jù)。為了讓bin方法能在中國(guó)應(yīng)用，在中國(guó)南京建立并驗(yàn)證了一種隨機(jī)模型，通過(guò)提供日最高和最低氣溫該隨機(jī)模型可以產(chǎn)生bin氣象數(shù)據(jù)。與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較，該模型產(chǎn)生的bin氣象數(shù)據(jù)顯示出很高的精確性。在那些長(zhǎng)期逐時(shí)氣溫記錄丟失或不可用的地區(qū)，特別是在中國(guó)，可以用該隨機(jī)模型估算bin氣象數(shù)據(jù)。關(guān)鍵詞：能耗分析；隨機(jī)模型；Bin數(shù)據(jù)；中國(guó)1.緒論為了最大限度減少建筑壽命周期內(nèi)的費(fèi)用，能耗分析在發(fā)展最適宜和成本更優(yōu)化的建筑采暖和空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面起到了很重要作用。這些模型涉及從簡(jiǎn)單穩(wěn)定模型到復(fù)雜動(dòng)態(tài)模擬程序?，F(xiàn)今，一些電腦程序可用于模擬建筑和空調(diào)系統(tǒng)。這些程序使用逐時(shí)氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行能耗計(jì)算，考慮了許多時(shí)間函數(shù)參數(shù)的影響。如DOE-2，BLAST and TRNSYS 就屬此類程序，它們已經(jīng)被當(dāng)作可靠的估算工具得到廣泛的認(rèn)可。不足之處是，隨著模型復(fù)雜性的增加，這些程序變得復(fù)雜而且使用起來(lái)十分冗長(zhǎng)乏味。穩(wěn)態(tài)方法，又稱單測(cè)量法，只需要很少的數(shù)據(jù)且能夠?yàn)楹?jiǎn)單的系統(tǒng)和應(yīng)用提供足夠的結(jié)論數(shù)據(jù)。其中有度日數(shù)法和bin數(shù)據(jù)法。在穩(wěn)態(tài)模型中，度日數(shù)法是最知名和最簡(jiǎn)單的方法。傳統(tǒng)上，度日數(shù)法建立在一個(gè)長(zhǎng)期平均的假設(shè)基礎(chǔ)上。當(dāng)室外日氣溫是18.3時(shí)，建筑日射和內(nèi)部得熱將抵消其熱量損失。并且，能耗與差值（室外平均氣溫與18.3的差值）成比例。如果建筑的使用情況與空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備足夠穩(wěn)定，度日數(shù)法能夠十分準(zhǔn)確地估算能耗。然而，在許多應(yīng)用場(chǎng)合下，上述的參數(shù)中至少有一個(gè)逐時(shí)變化。比如，熱泵系統(tǒng)的效率和HAVC設(shè)備可能直接或間接受室外氣溫的影響。在這種情況下，如果不同溫度間隔和時(shí)間段分別估算，bin方法可以得到更好的年能耗結(jié)果。在bin方法中，能耗計(jì)算是取幾個(gè)室外溫度進(jìn)行計(jì)算的，并且被這個(gè)溫度為中心的溫度區(qū)間的逐時(shí)數(shù)相乘。Bin數(shù)據(jù)定義為：環(huán)境溫度在各自一系列相等的環(huán)境溫度區(qū)間的小時(shí)數(shù)。在美國(guó)，必要的bin氣象數(shù)據(jù)可以在文獻(xiàn)中得到。一些研究人員已經(jīng)為世界上其他地區(qū)發(fā)展了bin氣象數(shù)據(jù)。然而，在包涵用于計(jì)算能耗的bin氣象數(shù)據(jù)的ASHRAE手冊(cè)中，沒有關(guān)于中國(guó)的數(shù)據(jù)。為用于HAVC系統(tǒng)設(shè)計(jì)和能耗預(yù)算的氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的實(shí)踐活動(dòng)在中國(guó)還比較新。在很長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，在中國(guó)大部分氣象站，只有比如日最高最低和平均氣溫?cái)?shù)據(jù)被記錄下來(lái)，可以使用，但是為了得到bin氣象數(shù)據(jù)（比如溫度bin）而需要的數(shù)據(jù)是逐時(shí)空氣溫度。關(guān)于bin氣象數(shù)據(jù)的研究在中國(guó)相當(dāng)有限。在中國(guó)僅建立了相當(dāng)少的試點(diǎn)，在這些試點(diǎn)中，給出了一些城市的bin氣象數(shù)據(jù)。很明顯，這不能滿足實(shí)際應(yīng)用和研究的需求。所以在中國(guó)發(fā)展bin氣象數(shù)據(jù)的要求十分緊迫。因此，本文的目的就是研究逐時(shí)測(cè)量空氣溫度區(qū)間，進(jìn)而為長(zhǎng)期日氣溫?cái)?shù)據(jù)建立模型產(chǎn)生bin氣象數(shù)據(jù)。2.使用到的數(shù)據(jù)在本文中，為了研究逐時(shí)環(huán)境溫度的變化以及建立和評(píng)價(jià)該模型，研究過(guò)程中用到了南京2002年一年內(nèi)的逐時(shí)環(huán)境溫度記錄。這些數(shù)據(jù)取自南京路口風(fēng)機(jī)場(chǎng)氣象站，該氣象站位于中國(guó)東南部，（北緯32.0，東經(jīng)118.8，海拔9m）。另外，為了在南京創(chuàng)建bin氣象數(shù)據(jù)，典型氣象年的數(shù)據(jù)是必需的。以中國(guó)氣象局字1961到1989年間長(zhǎng)期的氣象數(shù)據(jù)為依據(jù)，在我們先前的研究中，我們用典型氣象年方法研究了中國(guó)大部分城市的典型氣象年數(shù)據(jù)。南京典型氣象年如表1所示。因?yàn)樵谥袊?guó)只有每日的氣象參數(shù)被記錄和可用，故典型氣象年包涵的數(shù)據(jù)也是每日的值。只這次研究中，用到了南京典型氣象年中的最高和最低日環(huán)境溫度。3.隨機(jī)模型計(jì)算bin數(shù)據(jù)傳統(tǒng)上，bin氣象數(shù)據(jù)的產(chǎn)生需要長(zhǎng)期的逐時(shí)環(huán)境溫度記錄。然而，在產(chǎn)生過(guò)程中，時(shí)間信息即某個(gè)溫度發(fā)生的準(zhǔn)確時(shí)間被忽略了。僅僅用到了氣溫的數(shù)值，每日的氣溫分布區(qū)間可以用概率論進(jìn)行分析。3.1 標(biāo)準(zhǔn)逐時(shí)溫度概率區(qū)間既然，最高和最低日氣溫和氣溫分布范圍每天都在變化，故標(biāo)準(zhǔn)逐時(shí)環(huán)境溫度的概念就應(yīng)該被提出來(lái)，它可以將每天的逐時(shí)溫度化到一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)形式。這個(gè)新變量，標(biāo)準(zhǔn)逐時(shí)環(huán)境溫度定義為 式中為標(biāo)準(zhǔn)逐時(shí)環(huán)境溫度，和 分別是最高和最低日氣溫，是逐時(shí)環(huán)境溫度。很明顯，標(biāo)準(zhǔn)逐時(shí)環(huán)境溫度 的隨機(jī)變化區(qū)間在0，1內(nèi)，為了分析該分布狀態(tài)，可以用柱狀圖方法將區(qū)間0，1劃分為若干個(gè)相等的子區(qū)間，可以用下式計(jì)算各個(gè)子區(qū)間中 的概率分布密度。 表一南京典型氣象年式中是第i個(gè)子區(qū)間的概率密度；n是子區(qū)間的數(shù)目； 是 落在第個(gè)子區(qū)間的頻率。當(dāng)周期是一整天時(shí)， 可以有下式計(jì)算： 式中 是標(biāo)準(zhǔn)氣溫落在第 i個(gè)子區(qū)間的數(shù)目；D是計(jì)算日期的天數(shù)。另外，在計(jì)算bin氣象數(shù)據(jù)的時(shí)間，一天內(nèi)其他時(shí)段（比如：08：0020：00），常常是必需的。在這樣情況下， 可經(jīng)下式求得： 圖a 表示的是一整天。圖b表示的是08：00-20：00。根據(jù)逐時(shí)氣溫概率密度函數(shù)繪制。以中國(guó)南京一年時(shí)間內(nèi)的逐時(shí)環(huán)境溫度為依據(jù)，一整天和時(shí)段08：0020：00的概率密度函數(shù) 被計(jì)算出。結(jié)果如圖表1所示。此處區(qū)間0，1被平均分成50個(gè)子區(qū)間，即n等于50。根據(jù)圖表1中離散的概率密度數(shù)據(jù)， 概率密度函數(shù)可以用擬合的方法得到。在此次研究中，二次多項(xiàng)式： 可以用來(lái)擬合概率密度數(shù)據(jù)，式中a、b、c是系數(shù)。根據(jù)概率密度函數(shù)的性質(zhì)，將有如下方程： 如圖表1所示，根據(jù)所示概率密度數(shù)據(jù)點(diǎn)可以得到概率密度曲線。概率密度函數(shù)可以擬合描述成下列關(guān)系式。 3.2 逐時(shí)氣溫的產(chǎn)生正如本文開頭表述的那樣，這項(xiàng)研究的目的是得出逐時(shí)環(huán)境溫度。當(dāng)只已知最高日氣溫和最低日氣溫時(shí)，為了求得bin氣象數(shù)據(jù)。我們可以通過(guò)上述方法求解概率密度函數(shù)得到標(biāo)準(zhǔn)的逐時(shí)環(huán)境溫度，進(jìn)一步可將標(biāo)準(zhǔn)逐時(shí)環(huán)境溫度化成逐時(shí)溫度。這屬于怎樣模擬一個(gè)指定概率密度函數(shù)的隨機(jī)變量的問(wèn)題。并且能夠通過(guò)使用文獻(xiàn)13提到的方法在電子計(jì)算機(jī)上處理。如假設(shè)一個(gè)概率密度函數(shù) ，如果 的分布函數(shù)能得到，并且u是數(shù)值在一個(gè)特定區(qū)間0，1內(nèi)的隨機(jī)變量時(shí)。那么 得出分布函數(shù)。因此，為了模擬一個(gè)值在特定區(qū)間F的隨機(jī)變量，我們只要建立即可。正如上文講述的那樣，標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度的概率密度函數(shù)是用一年時(shí)間的逐時(shí)溫度建立的。有了已知的概率密度函數(shù)做基礎(chǔ)，那么隨機(jī)標(biāo)準(zhǔn)逐時(shí)氣溫就能求出。當(dāng)已知日最高氣溫和最低氣溫時(shí)，可以運(yùn)用下式把標(biāo)準(zhǔn)逐時(shí)溫度化成實(shí)際溫度。 3.3 求解bin數(shù)據(jù)通過(guò)上述方法可以把一天中特定時(shí)段的逐時(shí)溫度求出，此時(shí)，bin數(shù)據(jù)也可以得到了。因?yàn)樵谶@次研究的模型中使用的標(biāo)準(zhǔn)溫度是隨機(jī)變量，所以世代求解出的bin數(shù)據(jù)表現(xiàn)出一些差異，但是有很多共同點(diǎn)。為了得到穩(wěn)定的bin數(shù)據(jù)，bin數(shù)據(jù)的世代要執(zhí)行足夠多次。并且去不同世代結(jié)果的平均值做為bin數(shù)據(jù)。在此文中，去50個(gè)世代結(jié)果的平均值來(lái)得出bin天氣數(shù)據(jù)。3.4 模型的評(píng)價(jià)方法模型的性能的評(píng)價(jià)按照如下統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤測(cè)試。 2002南京bin數(shù)據(jù)測(cè)量和計(jì)算值。圖a表示一年中全天的bin數(shù)據(jù)； 圖b表示一年中時(shí)段8：00-20：00的bin數(shù)據(jù)；圖c表示5月1日-10月31日中全天的bin數(shù)據(jù)；圖d表示5月1日-10月31日中時(shí)段8：00-20：00的bin數(shù)據(jù)；圖e 11月1日-5月1日中全天的bin數(shù)據(jù)；圖f表示11月1日-5月1日時(shí)段8：00-20：00的bin數(shù)據(jù)。式中 因?yàn)闅鉁氐念l率分布是一個(gè)喇叭形曲線，故可以進(jìn)行如下設(shè)想。數(shù)據(jù)中心段是最有意義的，而最大值和最小值反映了異常的天氣情況。因?yàn)閎in方法是用來(lái)計(jì)算建筑物能耗的，故集中在中心段的數(shù)據(jù)是有意義的，中心段數(shù)據(jù)反映了大部分的能耗。為了在模型評(píng)價(jià)中把這個(gè)因素考慮進(jìn)出，在Eq.11中一個(gè)額外的因數(shù)被引入。4.結(jié)論和討論4.1模型的確認(rèn)基于上述在研究中的模型，以及南京地區(qū)2002最高日氣溫和最低日氣溫。兩個(gè)不同季節(jié)（5月1日10月31日和11月1日4月30）的 bin天氣數(shù)據(jù)就得到了。在每個(gè)不同季節(jié)，一天中不同的時(shí)段（全天24小時(shí)和一天中08：0020.：00）都被考慮進(jìn)出了。得到的bin天氣數(shù)據(jù)如圖表2所示，在圖表中，計(jì)算和表示了實(shí)際的bin數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)誤差。如圖2所示，本文中建立模型的誤差在區(qū)間3.25%，6.5%內(nèi)，這樣的結(jié)果被認(rèn)為是可以接受的。盡管這個(gè)比較僅僅一年內(nèi)南京的氣溫記錄為依據(jù)，（因此，圖表2中的bin數(shù)據(jù)不能用來(lái)計(jì)算建筑能耗），它預(yù)示了該研究中建立的模型是切實(shí)可行的，并且如果能夠得到長(zhǎng)期的氣溫記錄，它就可能用來(lái)求出bin數(shù)據(jù)。4.2 南京的bin數(shù)據(jù)在我們以往的研究中，中國(guó)大多數(shù)城市典型氣象年的規(guī)范是用TMY方法來(lái)研究的。其中只考慮了最高日氣溫、最低日氣溫和平均環(huán)境溫度。以本文中建立的模型以及圖表1中南京的典型氣象年數(shù)據(jù)為依據(jù)，就可以得到兩個(gè)不同季節(jié)和一天中不同時(shí)段的bin氣象數(shù)據(jù)，結(jié)果如表2所示。表2中，在bin數(shù)據(jù)的產(chǎn)生過(guò)程中，氣溫bin設(shè)為2。另外，如果需要求夜晚20：0008：00的bin數(shù)據(jù)，可以通過(guò)從整天的bin數(shù)據(jù)減出時(shí)段08：0020：00的bin數(shù)據(jù)得到。5結(jié)論Bin 氣象數(shù)據(jù)