MODEL PROGNOZOWANIA SYSTEMÓW GRZEWCZYCH BUDYNKÓW UŻYTECZNOŚCI PUBLICZNEJ: PORÓWNANIE METODY SUPPORT VECTOR MACHINE I RANDOM FOREST

Data analysis and predicting play an important role in managing heat-supplying systems. Applying the models of predicting the systems’ parameters is possible for qualitative management, accepting appropriate decisions relating control that will be aimed at increasing energy efficiency and decreasing the amount of the consumed power source, diagnosing and defining non-typical processes in the functioning of the systems. The article deals with comparing two methods of ma-chine learning: random forest (RF) and support vector machine (SVM) for predicting the temperature of the heat-carrying agent in the heating system based on the data of electronic weather-dependent controller. The authors use the following parameters to compare the models: accuracy, source cost and the opportunity to interpret the results and non-obvious interrelations. The time spent for defining the optimal hyperparameters and conducting the SVM model training is deter-mined to exceed significantly the data of the RF parameter despite the close meanings of the root mean square error (RMSE). The change from 15-min data to once-a-minute ones is done to improve the RF model accuracy. RMSE of the RF model on the test data equals 0.41°С. The article studies the importance of the contribution of variables to the prediction accuracy.Analiza danych i prognozowanie odgrywają ważną rolę w zarządzaniu systemami zaopatrzenia w ciepło. Wykorzystanie modeli do przewidywania parametrów systemu jest możliwe do zarządzania jakością, podejmowania odpowiednich decyzji sterujących, które będą miały na celu poprawę efektywności energetycznej i zmniejszenie ilości zużywanego źródła energii elektrycznej, diagnozowania i wykrywania nietypowych procesów w funkcjonowaniu systemu. W artykule porównano dwie metody uczenia maszynowego: Random Forest (RF) i Support Vector Machine (SVM) do przewidywania temperatury czynnika grzewczego w systemie grzewczym na podstawie danych elektronicznego regulatora pogodowego. Do porównania modeli autorzy wykorzystują następujące parametry: dokładność, koszt początkowy oraz możliwość interpretacji wyników i nieoczywistych zależności. Ustalono, że czas poświęcony na wyznaczenie optymalnych hiperparametrów i wytrenowanie modelu SVM znacznie przekracza dane parametru RF, pomimo zbliżonych wartości błędu średniokwadratowego (RMSE). Zmiana z danych 15-minutowych na dane raz na minutę została dokonana w celu poprawy dokładności modelu RF. RMSE modelu RF z danych testowych wynosi 0,41°C. W pracy zbadano znaczenie wkładu zmiennych w dokładność prognozy

Підготовка та початковий аналіз даних щодо енергоспоживання муніципальних будівель

Systematization of data on energy consumption by buildings of different purposes makes it possible to investigate processes from the standpoint of efficient use of energy resources in order to ensure comfortable conditions. This necessitates improvement of existing approaches, or search for the new ones, in order to analyze data on energy consumption by different buildings.Based on a study into the process of preparing data on energy consumption by buildings, we have proposed a procedure of initial analysis. It takes into account the purpose of a building, as well as techniques for data acquisition, information on the indicators of absolute and relative electricity­ and heat consumption, indicators of indoor and outdoor air temperatures. Using energy consumption by buildings of the educational institution as an example, we have verified the devised procedure for the preliminary data analysis.Our study has made it possible to establish the correlation of energy consumption indicators and the indoor and outdoor air temperatures in the transition from general data to the data on a heating period. An analysis of spread diagrams has revealed the trends towards lower energy consumption, as well as the excessive consumption of energy resources by the examined objects.Based on the developed software, we compared indicators of heat consumption by individual apartments and a maximum heating need in accordance with normative documents.The results obtained could form a basis for developing applied information solutions for municipal energy managementСистематизация данных по энергопотреблению зданий разного назначения позволяет исследовать процессы с позиций эффективного использования энергоресурсов для обеспечения комфортных условий. Это обусловливает необходимость усовершенствования существующих или поиска новых подходов к анализу данных по энергопотреблению разных зданий. їНа основе исследования процесса подготовки данных про энергопотребление зданий предложена методика начального анализа. Учитывается назначение здания и способы получения данных, информация относительно показателей абсолютного и удельного электро- и теплопотребления, показатели температур внутреннего и внешнего воздуха. На примере энергопотребления зданий учебного заведения выполненная апробация разработанной методики начального анализа данных.Исследования позволили установить как изменяется взаимосвязь показателей энергопотребления и температур внешнего и внутреннего воздуха при переходе от общих данных к данным отопительного периода. Анализ диаграмм размаха позволил выявить тенденции по уменьшению энергопотребления и перерасход энергоресурсов исследуемыми объектами.На основе разработанного программного решения сравниваются показатели теплопотребления отдельных квартир с максимальной потребностью на отопление согласно нормативным документам.Полученные результаты служат основой для создания прикладных информационных решений для муниципального энергоменеджментаСистематизація даних щодо енергоспоживання будівель різного призначення дозволяє дослідити процеси з позицій ефективного використання енергоресурсів для забезпечення комфортних умов. Це обумовлює необхідність удосконалення існуючих або пошуку нових підходів до аналізу даних щодо енергоспоживання різних будівель.На основі дослідження процесу підготовки даних про енергоспоживання будівель запропоновано методику первинного аналізу. Враховуються призначення будівлі та способи отримання даних, інформація щодо показників абсолютного й питомого електро- та теплоспоживання, показники температур внутрішнього і зовнішнього повітря. На прикладі енергоспоживання будівель навчального закладу виконана апробація розробленої методики початкового аналізу даних.Дослідження енергоспоживання будівель навчального закладу дозволили встановити кількісну зміну енерговитрат та температур зовнішнього й внутрішнього повітря при переході від річних даних до даних опалювального періоду. Аналіз діаграм розмаху наглядно демонструють діапазони зміни показників енергоспоживання, їх середні значення та викиди, що вказують на збільшену понад норму витрату енергоресурсів досліджуваними об’єктами в перехідні періоди.Для наочної оцінки ефективності використання одиниці теплової енергії одиницею площі різних квартир з різними способами обліку та регулювання теплоспоживання розроблено web-базоване програмне рішення, у якому порівнюються показники теплоспоживання окремих квартир з максимальною потребою на опалення відповідно до нормативних документів.Отримані результати слугують основою для створення прикладних інформаційних рішень для муніципального енергоменеджмент

Підготовка та початковий аналіз даних щодо енергоспоживання муніципальних будівель

Systematization of data on energy consumption by buildings of different purposes makes it possible to investigate processes from the standpoint of efficient use of energy resources in order to ensure comfortable conditions. This necessitates improvement of existing approaches, or search for the new ones, in order to analyze data on energy consumption by different buildings.Based on a study into the process of preparing data on energy consumption by buildings, we have proposed a procedure of initial analysis. It takes into account the purpose of a building, as well as techniques for data acquisition, information on the indicators of absolute and relative electricity­ and heat consumption, indicators of indoor and outdoor air temperatures. Using energy consumption by buildings of the educational institution as an example, we have verified the devised procedure for the preliminary data analysis.Our study has made it possible to establish the correlation of energy consumption indicators and the indoor and outdoor air temperatures in the transition from general data to the data on a heating period. An analysis of spread diagrams has revealed the trends towards lower energy consumption, as well as the excessive consumption of energy resources by the examined objects.Based on the developed software, we compared indicators of heat consumption by individual apartments and a maximum heating need in accordance with normative documents.The results obtained could form a basis for developing applied information solutions for municipal energy managementСистематизация данных по энергопотреблению зданий разного назначения позволяет исследовать процессы с позиций эффективного использования энергоресурсов для обеспечения комфортных условий. Это обусловливает необходимость усовершенствования существующих или поиска новых подходов к анализу данных по энергопотреблению разных зданий. їНа основе исследования процесса подготовки данных про энергопотребление зданий предложена методика начального анализа. Учитывается назначение здания и способы получения данных, информация относительно показателей абсолютного и удельного электро- и теплопотребления, показатели температур внутреннего и внешнего воздуха. На примере энергопотребления зданий учебного заведения выполненная апробация разработанной методики начального анализа данных.Исследования позволили установить как изменяется взаимосвязь показателей энергопотребления и температур внешнего и внутреннего воздуха при переходе от общих данных к данным отопительного периода. Анализ диаграмм размаха позволил выявить тенденции по уменьшению энергопотребления и перерасход энергоресурсов исследуемыми объектами.На основе разработанного программного решения сравниваются показатели теплопотребления отдельных квартир с максимальной потребностью на отопление согласно нормативным документам.Полученные результаты служат основой для создания прикладных информационных решений для муниципального энергоменеджментаСистематизація даних щодо енергоспоживання будівель різного призначення дозволяє дослідити процеси з позицій ефективного використання енергоресурсів для забезпечення комфортних умов. Це обумовлює необхідність удосконалення існуючих або пошуку нових підходів до аналізу даних щодо енергоспоживання різних будівель.На основі дослідження процесу підготовки даних про енергоспоживання будівель запропоновано методику первинного аналізу. Враховуються призначення будівлі та способи отримання даних, інформація щодо показників абсолютного й питомого електро- та теплоспоживання, показники температур внутрішнього і зовнішнього повітря. На прикладі енергоспоживання будівель навчального закладу виконана апробація розробленої методики початкового аналізу даних.Дослідження енергоспоживання будівель навчального закладу дозволили встановити кількісну зміну енерговитрат та температур зовнішнього й внутрішнього повітря при переході від річних даних до даних опалювального періоду. Аналіз діаграм розмаху наглядно демонструють діапазони зміни показників енергоспоживання, їх середні значення та викиди, що вказують на збільшену понад норму витрату енергоресурсів досліджуваними об’єктами в перехідні періоди.Для наочної оцінки ефективності використання одиниці теплової енергії одиницею площі різних квартир з різними способами обліку та регулювання теплоспоживання розроблено web-базоване програмне рішення, у якому порівнюються показники теплоспоживання окремих квартир з максимальною потребою на опалення відповідно до нормативних документів.Отримані результати слугують основою для створення прикладних інформаційних рішень для муніципального енергоменеджмент

Модернізація електротехнічного комплексу приготування теплової енергії в умовах промислового підприємства

The object of research is the electrical complex for the preparation of thermal energy at the enterprise. The electrotechnical complex is a heat supply unit that provides thermal energy to the building of the enterprise for the needs of heating, ventilation and hot water supply. One of the identified shortcomings of this facility is the overconsumption of energy resources for heating, caused by the lack of the ability to control consumption. Modernization of heat points and equipping them with automation means will provide quantitative and qualitative control of the heat carrier depending on the outside air temperature. In the course of the study, the method of statistical data analysis was used to analyze the heat load of buildings for heating, ventilation and hot water supply, and the distribution of heat loads by the temperature of the indoor air. Also, an improved discounted method for evaluating the effectiveness of investment projects was used when calculating economic indicators and a method for calculating heat consumption for heating according to aggregated indicators when determining energy consumption for heating. On the basis of the analysis of the heat load and a certain structure of its distribution according to the temperature of the internal air, it was found that more energy resources are consumed for heating. The largest consumer is defined as a building with an internal temperature Tin=16 °C. Calculations of the commercial attractiveness of the proposed technical solutions for buildings with an internal temperature Tin=18 °C have confirmed the feasibility of their implementation in terms of their payback, which does not exceed the period of 3.5 heated seasons. Thanks to the modernization of heat points and the introduction of automated monitoring and regulation systems, optimal heat energy consumption will be ensured depending on the ambient temperature. Unlike other similar studies, the feasibility of introducing automated systems is determined by an improved discounted method, which allows not only to take into account the change in the value of money in the future, but also the required minimum percentage of thermal energy savings to break even projects.Объектом исследования является электротехнический комплекс приготовления тепловой энергии на предприятии. Электротехнический комплекс представляет собой тепловые пункты, обеспечивающие тепловой энергией здания предприятия для нужд отопления, вентиляции и горячего водоснабжения. Одним из выявленных недостатков данного объекта является перерасход энергоресурса на отопление, вызванный отсутствием возможности управлением потребления. Модернизация тепловых пунктов и оснащение их средствами автоматизации позволят обеспечить количественно-качественное управление теплоносителем в зависимости от температуры наружного воздуха. В ходе исследования использовался метод статистического анализа данных при анализе тепловой нагрузки зданий по отоплению, вентиляции и горячему водоснабжению, и распределения тепловых нагрузок по температуре внутреннего воздуха. Также использовались усовершенствованный дисконтированный метод оценки эффективности инвестиционных проектов при расчете экономических показателей и методика расчета расхода тепла на отопление по укрупненным показателям при определении энергопотребности на отопление. На основе проведенного анализа тепловой нагрузки и определенной структуре его распределения по температуре внутреннего воздуха выяснено, что больше расхода энергоресурсов приходится на отопление. Крупнейшим потребителем определено здания с внутренней температурой Твн=16 °С. Проведенные расчеты коммерческой привлекательности предлагаемых технических решений для зданий с внутренней температурой Твн=18 °С подтвердили целесообразность их внедрения с точки зрения их окупаемости, которая не превышает срок 3,5 отапливаемых сезона. Благодаря модернизации тепловых пунктов и внедрению автоматизированных систем мониторинга и регулирования будет обеспечено оптимальное потребление тепловой энергии в зависимости от температуры внешней среды. В отличие от других аналогичных исследований, целесообразность внедрения автоматизированных систем определяется усовершенствованным дисконтированным методом, который позволяет не только учесть изменение стоимости денег в будущем, а и необходимый минимальный процент экономии тепловой энергии для безубыточности проектов.Об’єктом дослідження є електротехнічний комплекс приготування теплової енергії на підприємстві. Електротехнічний комплекс представляє собою теплові пункти, що забезпечують тепловою енергією будівлі підприємства для потреб опалення, вентиляції та гарячого водопостачання. Одним з виявлених недоліків даного об’єкту є перевитрати енергоресурсу на опалення, що викликана відсутністю можливості керування споживанням. Модернізація теплових пунктів та оснащення їх засобами автоматизації дозволять забезпечити кількісно-якісне керування теплоносієм в залежності від температури зовнішнього повітря. В ході дослідження використовувався метод статистичного аналізу даних при аналізі теплового навантаження будівель за опаленням, вентиляцією та гарячим водопостачанням, та розподілу теплових навантажень за температурою внутрішнього повітря. Також використовувалися удосконалений дисконтований метод оцінки ефективності інвестиційних проєктів при розрахунку економічних показників та методика розрахунку витрат тепла на опалення за укрупненими показниками при визначенні енергопотреби на опалення. На основі проведеного аналізу теплового навантаження та визначеної структури його розподілу за температурою внутрішнього повітря з’ясовано, що найбільше витрат енергоресурсів приходиться на опалення. Найбільшим споживачем визначено будівлі з внутрішньою температурою Твн=16 °С. Проведені розрахунки комерційної привабливості пропонованих технічних рішень для будівель з внутрішньою температурою Твн=18 °С підтвердили доцільність їх впровадження з точки зору їх окупності, яка не перевищує термін 3,5 опалюваних сезонів. Завдяки модернізації існуючих теплових пунктів і впровадженню автоматизованих систем моніторингу та регулювання буде забезпечено оптимальне споживання теплової енергії в залежності від температури зовнішнього середовища. На відміну від інших аналогічних досліджень, доцільність впровадження автоматизованих систем визначається удосконаленим дисконтованим методом, що надає можливість не тільки врахувати зміну вартості грошей у майбутньому, а і необхідний мінімальний відсоток економії теплової енергії для беззбитковості проєктів

Preparation and Preliminary Analysis of Data on Energy Consumption by Municipal Buildings

Systematization of data on energy consumption by buildings of different purposes makes it possible to investigate processes from the standpoint of efficient use of energy resources in order to ensure comfortable conditions. This necessitates improvement of existing approaches, or search for the new ones, in order to analyze data on energy consumption by different buildings.Based on a study into the process of preparing data on energy consumption by buildings, we have proposed a procedure of initial analysis. It takes into account the purpose of a building, as well as techniques for data acquisition, information on the indicators of absolute and relative electricity­ and heat consumption, indicators of indoor and outdoor air temperatures. Using energy consumption by buildings of the educational institution as an example, we have verified the devised procedure for the preliminary data analysis.Our study has made it possible to establish the correlation of energy consumption indicators and the indoor and outdoor air temperatures in the transition from general data to the data on a heating period. An analysis of spread diagrams has revealed the trends towards lower energy consumption, as well as the excessive consumption of energy resources by the examined objects.Based on the developed software, we compared indicators of heat consumption by individual apartments and a maximum heating need in accordance with normative documents.The results obtained could form a basis for developing applied information solutions for municipal energy managemen