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Enregistrement W6997202003

Using surrogate models to analyze the impact of geometry on the energy efficiency of buildings

2021· dissertation· en· W6997202003 sur OpenAlexaboutno aff

Notice bibliographique

RevueUVic’s Research and Learning Repository (University of Victoria) · 2021
Typedissertation
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueUnderwater Vehicles and Communication Systems
Établissements canadiensnon disponible
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésWorkflowBuilding envelopeBuilding energy simulationEnvelope (radar)Efficient energy usePlan (archaeology)Energy (signal processing)Model building
DOInon disponible

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

In recent times data-driven approaches to parametrically optimize and explore building geometry has been proven to be a powerful tool that can replace computationally expensive and time-consuming simulations for energy prediction in the early design process. In this research, we explore the use of surrogate models, i.e. efficient statistical approximations of expensive physics-based building simulation models, to lower the computational burden of large-scale building geometry analysis. We try different approaches and techniques to train a machine learning model using multiple datasets to analyze the impact of geometry and envelope features on the energy efficiency of buildings. These contributions are presented in the form of two conference papers and one journal paper (being prepared for submission) that iteratively build up the underlying methodology. The first conference paper contains preliminary experiments using 4 manually generated building geometries for office buildings. Data were generated by simulating various building samples in EnergyPlus for different geometries. We used the generated data to train a machine learning model using support vector regression. We trained two separate models for predicting heating and cooling loads. The lesson learned from this first experiment was that the prediction of the models was not great due to insufficient geometric features explaining the variability in geometry and the lack of sufficient data for varied geometries. The second conference paper developed a novel dataset of 38,000 building energy models for varied geometry using 2D images of real-world residences. We developed a workflow in the Grasshopper/Rhino environment which can convert 2D images of a floor plan into a vector format then into a building energy model ready to be simulated in EnergyPlus. The workflow can also extract up to 20 geometric features from the model, to be used as features in the machine learning process. We used these features and the simulation results to train a neural network-based surrogate model. A sensitivity analysis was performed to understand the impact and importance of each feature to the energy use of the building. From the results of the experiment, we found that off-the-shelf neural network-based surrogates provided with engineered features can very well emulate the desired simulation outputs. We also repeated the experiment for 6 different climatic zones across Canada to understand the impact of geometric features across various climates; these findings are presented in an appendix. iv In the journal paper, we explored two different methodologies to train surrogate models: monolithic and component-based. We explored the component-based modeling technique as it allows the model to be more versatile if we need to add more components to it, ultimately increasing the usability of the model. We conducted further experiments by adding complexity to the geometry surrogate model. We introduced 10 envelope features as an input to the surrogate along with the 20 geometric features. We trained 6 different surrogate models using different datasets by varying geometric and envelope features. From the results of the experiment, we found that the monolithic model performs the best but the component-based surrogate also falls into an acceptable range of accuracy. From the overall results across the three papers, we see that simple neural network-based surrogate models perform really well to emulate simulation outcomes over a wide variety of geometries and envelope features

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,002
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,008
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,003
Score d'incertitude au seuil0,011

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0020,008
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,001
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0000,001
Communication savante0,0010,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,041
Tête enseignante GPT0,285
Écart entre enseignants0,244 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations0
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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