Estimation of effective thermal parameters of heating sources based on dynamic measurments in smart home

Abstract

Цю роботу присвячено методиці визначення ефективних теплових параметрів джерел опалення у розумному будинку, яка передбачає комбінацію застосування алгоритмів аналізу даних та рівняння фізичного процесу теплопереносу. Використання таких параметрів дозволяє створювати програмно-апаратні рішення для моделювання теплової карти будинку, а також здійснювати аналіз енергоспоживання у контексті моделей машинного навчання. Оскільки, здебільшого, відоме сумарне споживання енергії обігріву, інтерес представляє визначення тієї частини енергії, яка відповідає окремим джерелам обігріву. З цією метою у статті запропоновані математична модель та алгоритм для оцінки ефективних теплових характеристик джерел обігріву на базі рівняння теплопереносу та підходів статистичного аналізу даних, які можна використовувати для отримання інформації про індивідуальні джерела обігріву. Задача визначення таких параметрів зводиться до двох етапів. На першому етапі, з використанням скінченно-різницевого підходу до рівняння теплопереносу, визначено ефективний тепловий параметр джерел обігріву. Далі, за даними енергоспоживання та розподілами кімнатних температур і температур на поверхні обігрівальних елементів, шляхом застосування методів аналізу даних, запропонований алгоритм оцінки індивідуальних ефективних теплових характеристик встановлених в кімнатах обігрівальних елементів.

This work is devoted to the method of determining the effective thermal parameters of heating sources in a smart home, which involves a combination of algorithms for data analysis and the equation of the physical process of heat transfer. The use of such parameters allows one to create software and hardware solutions for modeling the thermal map of the house, as well as to analyze energy consumption using the machine learning models. Since, for the most part, the total consumption of heating energy is known, it is of interest to determine the part of the energy that corresponds to the individual heating sources. To this end, the article proposes a mathematical model and algorithm for estimating the effective thermal characteristics of heating sources based on the heat transfer equation and data analysis approaches that can be used to obtain information about individual heating sources. The task of determining such parameters is reduced to two stages. At the first stage, using the finite-difference approach to the heat transfer equation, the effective thermal parameter of the heating sources is determined. Further, according to the data of energy consumption and distributions of room temperatures and temperatures on the surface of heating elements, by applying data analysis methods, an algorithm for estimating individual effective thermal characteristics of heating elements installed in rooms is proposed.