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为解决建筑用电相关问题，研究人员分析 COFACTOR 德拉门数据集，得出多方面结论，对能源研究意义重大。
建筑能源研究的 “宝藏” 数据集：开启能源高效利用新视野
在全球努力应对气候变化的大背景下，建筑领域的能源消耗问题日益凸显。建筑运营产生的排放约占全球能源行业排放的 30%，其中大部分源于建筑供热和发电的直接排放。随着社会电气化程度的提高，如何有效限制建筑能源消耗和峰值负荷成为关键挑战。挪威的建筑行业因其高度电气化的供热系统而独具特色，2021 年，建筑部门消耗了约 37% 的输送能源和 55% 的输送电力，这对峰值电力需求产生了重大影响。为了应对每年少数几小时的用电高峰瓶颈，挪威计划在未来几年进行大量电网投资，而这些成本最终由终端用户通过电费承担。同时，挪威标准协会发布了新的 NS3032 标准，用于计算建筑峰值负荷。在这样的背景下，获取更多关于建筑用电的信息，对于制定准确的峰值负荷预测方法、确保电网安全高效运行至关重要。
为了解决这些问题，来自 Sintef Community 和挪威科技大学（Norwegian University of Science and Technology）的研究人员开展了 “COincidence FACTOR for buildings”（COFACTOR）项目研究。该项目旨在为挪威典型建筑类别提供标准负荷曲线、同时系数和峰值负荷的相关见解。研究成果以 “COFACTOR Drammen dataset - 4 years of hourly energy use data from 45 public buildings in Drammen, Norway” 为题发表在《Scientific Data》上。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：
- 数据收集：与德拉门房产公司（Drammen Eiendom）合作，选取学校、幼儿园、疗养院和办公室等公共建筑，通过多种途径收集建筑的背景数据，并从能源监测系统（Energinet）下载能源数据，从挪威气象研究所（Norwegian Meteorological Institute）的 MET Nordic 数据集获取气象数据。
- 数据处理与清洗：对收集到的原始数据进行处理，包括单位转换、去除缺失值过多的数据、识别并去除异常值和负值，以确保数据的一致性和准确性。
- 数据标注与整理：对电表进行人工标注，将测量数据分类到预定义的目的类别，并为每座建筑创建包含背景数据和清洗后时间序列数据的 CSV 文件。
下面介绍具体的研究结果：
- 数据集构成：该数据集包含挪威德拉门 45 座公共建筑约 4 年（2018 年 1 月 - 2021 年 12 月 / 2022 年 3 月）的每小时能源和气象测量数据。这些建筑涵盖学校（16 座）、幼儿园（20 座）、疗养院（7 座）和办公室（2 座）。每个建筑文件包含建筑背景数据（如建筑类型、建造年份、面积、用户数量、供暖和通风系统信息等）、能源使用时间序列数据（包括各种能源消耗和生产指标）以及气象数据（室外温度、全球辐射、风速和风向）。
- 数据质量评估：主电表（如用于计费的 AMS 电表）和区域供热主电表的数据通常被认为是可靠的，因为它们的精度和可靠性较高，符合严格的行业法规。然而，子电表的数据质量参差不齐，在使用前需要进行额外评估，部分数据可能因不可靠或存在测量误差而需要舍弃。例如，在对编号为 6397 的学校建筑的研究中，发现总进口电表（ElImp）和电锅炉电表（ElBoil）数据完整且误差少，而热泵电表（ElHP）存在数据缺失情况，光伏发电电表（ElPV）在 2021 年之前也有缺失值。
- 数据集的应用潜力：
- 负荷曲线分析：利用近四年的所有建筑的电力主电表读数，能够创建和分析不同建筑类别的负荷曲线，了解建筑类型、供暖技术、建造年份对能源消耗模式的影响，以及室外温度和季节变化的作用。这有助于更好地理解能源使用的变化规律，为电网和区域规划提供参考，预测峰值负荷时间，优化能源需求规划。
- 子电表分析：部分建筑文件中的子电表数据，可以深入了解不同能源用途对建筑峰值负荷的贡献，评估单个负荷的需求响应灵活性。
- 负荷分解训练：负荷分解（Load disaggregation，也称为非侵入式负荷监测 NILM）是将建筑总电力消耗分解为各个组件负荷的过程。该数据集包含多个子电表的能源使用测量数据，可用于训练负荷分解算法，为在没有安装子电表的建筑中估算不同组件的电力消耗提供数据支持。
- 分类训练：结合建筑能源使用数据和背景信息，可训练模型来预测建筑类别、供暖类型等特征。该数据集已被用于训练能够仅基于能源时间序列数据预测建筑类别和供暖类型的模型，还可用于推断其他建筑背景属性。
研究结论和讨论部分强调了该数据集的重要意义：COFACTOR 德拉门数据集为研究人员、能源分析师、建筑所有者和政策制定者提供了宝贵的数据资源。它是挪威首个公开的包含不同公共建筑每小时能源测量数据的数据集，连续 4 年的监测数据能够捕捉天气和用户行为对能源使用的影响。通过对该数据集的分析，可深入了解建筑能源使用模式，为建筑能源管理、电网规划、政策制定等提供科学依据。然而，研究也存在一定局限性，如数据仅来自德拉门市的特定区域，由同一建筑管理者运营，可能无法完全代表挪威所有非住宅建筑的情况。在使用该数据集时，特别是在对数据进行下采样或分析子电表数据时，需要谨慎考虑数据质量和潜在偏差。尽管如此，该数据集仍然为挪威南部学校、疗养院、办公室和幼儿园的能源使用研究提供了重要见解，为未来建筑能源领域的研究和实践奠定了坚实基础。
