مهندسی شیمی ایران

مهندسی شیمی ایران

بررسی عملکرد الگوریتم‌های یادگیری ماشینی به منظور پیش‌بینی بار حرارتی ساختمان‌ها با تحلیل اکسرژی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 فارغ التحصیل بخش مهندسی گاز ،دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
2 بخش مهندسی گاز، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز دانشگاه شیراز
10.22034/ijche.2026.586001.1618
چکیده
با افزایش مصرف انرژی ساختمان‌ها، پیش‌بینی دقیق بارهای گرمایشی و سرمایشی نقش کلیدی در بهبود عملکرد سیستم‌های تهویه مطبوع (HVAC) و مدیریت مصرف انرژی ایفا می‌کند. در این پژوهش، عملکرد هشت الگوریتم یادگیری ماشین شاملRandom Forest ، XGBoost، Gradient Boosting، Decision Tree، KNN، SVR، ANN و Linear Regression برای پیش‌بینی بارهای گرمایشی و سرمایشی بر روی سه مجموعه‌ داده مستقل شامل ساختمان مسکونی (۷۶۸ نمونه) و دو ساختمان اداری در آمریکا (۶۴۷۹۲ نمونه) و دانمارک (۵۵۰۲۹ نمونه) به ‌طور جامع ارزیابی شد. مجموعه‌ داده اول برای اعتبارسنجی با مقاله مرجع استفاده گردید. همچنین تحلیل انرژی و اکسرژی برای ارزیابی عملکرد انرژی ساختمان انجام شد. نتایج نشان داد الگوریتم Random Forest با ضریب تعیین بالاتر از ۰٫۹۵ در تمامی مجموعه‌ داده‌ها، عملکرد برتر و پایدارتری نسبت به سایر مدل‌ها داشت. تحلیل اهمیت ویژگی‌ها نیز دمای داخل، دمای خارج، رطوبت نسبی و تابش خورشیدی را به ‌عنوان مؤثرترین پارامترهای تأثیرگذار بر بارهای حرارتی معرفی کرد. این پژوهش با تلفیق یادگیری ماشین و تحلیل اکسرژی، چارچوبی کاربردی برای پیش‌بینی بارهای حرارتی، تحلیل عملکرد انرژی و پشتیبانی از تصمیم‌گیری در مدیریت هوشمند انرژی ساختمان‌ها ارائه می‌دهد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Performance Evaluation of Machine Learning Algorithms for the Purpose of Building Thermal Load Prediction Using Exergy Analysis

نویسندگان English

Leila Gheisary 1
Hamed Peyrovedin 2
1 School of Chemical and Petroleum Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran
2 Chemical Engineering Department, School of Chemical and Petroleum Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran
چکیده English

With the increasing energy consumption of buildings, accurate prediction of heating and cooling loads has become essential for improving HVAC system performance and supporting efficient energy management. In this study, the performance of eight machine learning algorithms, including Random Forest, XGBoost, Gradient Boosting, Decision Tree, K-Nearest Neighbors (KNN), Support Vector Regression (SVR), Artificial Neural Network (ANN), and Linear Regression, was comprehensively evaluated using three independent datasets comprising a residential building (768 samples) and two office buildings located in the United States (64,792 samples) and Denmark (55,029 samples). The first dataset was employed to validate the proposed framework against a reference study. In addition, energy and exergy analyses were conducted to assess the building's energy performance. The results demonstrated that Random Forest consistently achieved the best performance, with coefficients of determination (R²) exceeding 0.95 across all datasets. Feature importance analysis identified indoor temperature, outdoor temperature, relative humidity, and solar radiation as the most influential variables affecting thermal loads. The proposed framework provides a practical approach for thermal load prediction, building energy performance assessment, and intelligent energy management.

کلیدواژه‌ها English

Energy and Exergy Analyses
Air Conditioning
Random Forest
Dataset
Machine Learning’s Algorithm

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 04 مرداد 1405