Large Scale Smart Meter Data Assessment for Energy Benchmarking and Occupant Behaviour Profile Development of Building Clusters  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
128199
Type K
Principal investigator Csoknyai, Tamás
Title in Hungarian Energiafogyasztási és felhasználói profilok létrehozása jellegzetes épülettípusokra nagyméretű okos mérőkre épülő adatbázis alapján
Title in English Large Scale Smart Meter Data Assessment for Energy Benchmarking and Occupant Behaviour Profile Development of Building Clusters
Keywords in Hungarian okos mérés, intelligens városok, felhasználói profil, fogyasztói magatartás, energiahatékonyság
Keywords in English smart metering, smart cities, smart grid, user profilem user's behaviour, building typology, energy efficiency
Discipline
Power Engineering (Council of Physical Sciences)80 %
Ortelius classification: Rational use of energy in buildings
Sociology (Council of Humanities and Social Sciences)20 %
Ortelius classification: Social shaping of technology
Panel Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent Department of Building Service Engineering and Process Engineering (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Czétány, László
Deme, Zsófia
Fawaier, Mohammad Saleh Hamed
Horváth, Miklós
Szalay, Zsuzsa
Vámos, Viktória
Starting date 2018-10-01
Closing date 2022-03-31
Funding (in million HUF) 31.113
FTE (full time equivalent) 4.61
state closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára
Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára.
A jelenlegi projekt célja a KOM Zrt. által vezetett "Központi Intelligens Hálózat Mintaprojekt" keretében mért adatok feldolgozása és elemzése. A mintaprojekt egy új, egyedülálló lehetőséget biztosít arra, hogy épületszintű, nagy időbeni felbontású adatok alapján fogyasztói szokásokat vizsgáljunk. A KOM Zrt. a projekt keretében mintegy 20 000 okos mérőt épített be lakó-, illetve középületekbe demonstrációs célból, azonban az adatok tudományos igényű kiértékelésére nincs lehetőség a projekt keretében. Az előzetes adatelemzést kiegészítő, mélyreható adatelemzés jelen pályázat tárgyát képezné.
A múltban csak az épületállomány egyes szegmenseit, valamint egyes fogyasztóit volt lehetőség elemezni a részletes mért adatok hiánya miatt. Ezzel szemben a mintaprojektből nagy mennyiségű, statisztikailag reprezentatív adatmennyiség áll rendelkezésre, mely új lehetőségeket teremt:
• sokkal pontosabb kép nyerhető a magyar épületállomány valódi energiafogyasztásáról,
• összehasonlító elemzést lehet végezni a mért és az épülettipológiára alapozott, korábbi projektekben modellezett adatok között, ezáltal a meglévő nemzeti "bottom-up" állománymodellezés kiegészíthető és jelentősen pontosítható,
• korszerű adatelemzési technikákkal lehetővé válik az épülettípusok és épületfelhasználó-típusok elemzése, a felhasználói profilok és az energiafogyasztási szokások pontosabb meghatározása,
• nemzeti szintű energiafogyasztási profilok létrehozása, amely segítheti a villamosenergia rendszerirányító és elosztók munkáját, támogathatja a "smart-grid" koncepció kialakítását, mivel lehetőség nyílna az energiafogyasztási csúcsok eltolására, kiegyensúlyozottabb rendszerüzem megvalósítására.

Mi a kutatás alapkérdése?
Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek.
A kutatási alapkérdések a következők:
1.a. Az épülettípusok valós energiafogyasztásának elemzése és a mért eredmények összehasonlítása múltbeli kutatási projektek során modellezett eredményekkel. Ebben a kutatási részben felhasználnánk a Nemzeti Épületenergetikai Stratégiában már meglévő épülettipológia mátrixot (a lakóépületek mátrixát a jelenlegi pályázat vezető kutatója fejlesztette ki), illetve más korábbi projektek modellezett (nem mért) eredményeit.
1.b A magyar épületállomány tényleges energiafogyasztásának pontosabb becslése az épülettípusokra számított eredmények extrapolálásával, hazai épületállomány-statisztikák felhasználásával.
2. A magyar épületállományra vonatkozó pontosabb épületfelhasználói szokások meghatározása, különös tekintettel az egyes fogyasztások (villamos, víz, gáz) részletes menetrendjére különböző időszakokra (pl. szezonális, havi, heti, napi és órai).
3. A villamosenergia termelési napi trendek és a fogyasztói oldali profilok összehasonlító elemzése. A jellemző fogyasztási profilok alapján lehetőség nyílik meghatározni azokat a fogyasztókat, esetleg fogyasztási sajátosságokat, amelyekkel a csúcsfogyasztások csökkenthetők, így a rendszerben lévő csúcserőművek óraszáma csökkenthető, mely energia- és költséghatékonyabb üzemeltetést tesz lehetővé. A kutatás az új hálózatkezelési tervek kidolgozására nem terjed ki, de a fogyasztási profilok alapkutatásai ezen kutatások alapjául szolgálhatnak a jövőben.

Mi a kutatás jelentősége?
Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának!
A valós energiafogyasztási adatok, valamint a pontosabb épülettipológia alapú modellezett eredmények felhasználhatók a hazai energiapolitika stratégiájának fejlesztéséhez, például a Nemzeti Energiastratégia tovább fejleszthető, pontosítható. Továbbá lehetőség nyílik a kitűzött energiamegtakarítási, illetve CO2 kibocsátás csökkentési célok pontosabb monitoringozására. Ez úgy tűnhet, hogy csak hazai jelentőséggel bír, azonban ezek a kötelezettségek / vállalások nemzetközi kontextusban kerülnek megítélésre.
Valós, mért adatokon alapuló energiafogyasztási profilok, valamint a fogyasztók szokásainak és motivációinak ismerete segítheti az energiahatékonyabb épülettervezést, mivel ez alapján pontosabb, felhasználó központú épületszimulációra nyílik lehetőség. A pontosabb szimulációs eredmények alapján a szükséges épületgépészeti rendszerelemek kiválasztása jobban illeszthető az adott épülethez, valamint a jelentős túlméretezés kiküszöbölhető, amely már a beruházási fázisban, de az üzemeltetés során is költség- és energiamegtakarítást is eredményezhet.
Mindazonáltal, bár a kutatás alapvetően hazai vonatkozású, annak eredményei és tapasztalatai felhasználhatók a Kelet-Közép-Európa régióban a hasonló klíma és történelmi sajátosságok miatt.
Az energiafogyasztási profilok épületállomány szinten felhasználhatók az energiaszolgáltató vállalatok által is, hogy fejleszthessék a fogyasztó oldali szabályozási stratégiájukat. Így lehetőségük nyílik, hogy pontosabban tervezzék a (éves, havi, heti, napi, órai) termelési menetrendjüket. Más szavakkal megfogalmazva a projekt hozzájárulhat a "smart city" koncepció megvalósításához.

A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára
Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára.
A jelenlegi projekt célja egy új mintaprojekt keretében smart mérőkkel mért adatok feldolgozása és elemzése, amelyre korábban nem volt lehetőség. A mérők üzemeltetőjével kötött megállapodás alapján hozzáférünk egy olyan nagy adatbázishoz, amely egyedülálló lehetőséget biztosít egy nagy volumenű, átfogó kutatás elvégzéséhez. A mintaprojekt keretében 20 000 okos mérőt építettek be lakó-, illetve középületekbe demonstrációs célból, azonban az adatok tudományos igényű kiértékelésére nincs lehetőség a projekt keretében. A mélyreható adatelemzés jelen pályázat tárgyát képezné.
Fejlett adatelemző technikákkal az alábbi célkitűzéseket valósítanánk meg:
• sokkal pontosabb képet alkothatunk a magyar épületállomány valódi energiafogyasztásáról; ez segíteni fogja a döntéshozókat abban, hogy hatékonyabb támogatási és ösztönzési programokat dolgozzanak ki az energiaigény-, valamint az épületek üzemeltetési költségeinek csökkentésére,
• pontosabb ismereteket nyerhetünk a fogyasztási trendekről és az épületfelhasználók motivációiról; ez segíteni fogja az építtetőket és az épületgépész mérnököket abban, hogy az energiatakarékos épületek beruházási költségeit csökkentsék, elkerülve az egyes rendszerelemek túlméretezését,
• jobban megismerjük a (főleg villamos) napi energiafogyasztási tendenciákat, így az energiaszolgáltató cégek pontosabban tervezhetik energiatermelésüket, és ezáltal nemzeti szinten a csúcstermelési időszakok csökkentése révén energiamegtakarítást érhetnek el; így hozzájárulhatunk az Európai Unió intelligens hálózati és intelligens városi koncepcióinak megvalósításához, valamint csökkenthetők a globális energiaköltségek.
Summary
Summary of the research and its aims for experts
Describe the major aims of the research for experts.
Present project aims at profiting from the new and unique opportunity for accessing and processing the enourmous representative dataset being developed withing the ongoing national smart-meter implementation pilot project ("Central Smart Grid Pilot Project") conducted by KOM Zrt. In the frame of KOM Zrt.'s project cca. 20 000 smart meters have been installed throughout Hungary in both public and private buildings with demonstration purposes, but without the aim of deep data evaluation. The deep data evaluation would be the focus of current project subject to the proposal.
In the past only some segments of the building stock’s and building users’ energy performance could be analysed simply because of lacking consumption related information. This dataset is an enormously rich source of information and opens new perspectives to obtain a much more advanced knowledge compared to the state of the art as follows:
• a much more precise picture about the real energy consumption of the Hungarian building stock,
• a comparative analysis can be carried out between measured and building typology based modelled data and hence a supplement and completion in national existing bottom-up building stock modelling,
• by means of advanced data analysis techniques it is possible now to cluster building types and occupant types to determine user profiles and energy consumption patterns,
• energy demand profiles can be developed on large scale to be utilized by energy supply and utility companies to improve their production profiles by demand side management (DSM) and realize the smart-grid concept and hence resulting in energy savings by peak-shifting on national level.

What is the major research question?
Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments.
Research questions are as follows:
1.a. Analysis of real energy consumption of building types and comparison of measured results to the calculated theoretical results of past research projects. In this approach we will use the existing building typology matrix of the National Building Energy Startegy (for the residential sector it was developed by the principal investigator of current proposal).
1.b. A more accurate estimation of real energy consumption of the Hungarian building stock extrapolating the results of building clusters with the use of national building statistics
2. A better representation of occupant behaviour for the Hungarian building stock typology such as representative occupancy schedules (e.g. seasonal, monthly, weekly, and hourly electricity, gas and water consumption profiles) for different purposes such as electricity use, space heating, space cooling, hot water consumption, etc.
3. Comparative analysis of elecrticity production daily trends and demand side profiles with the aim of finding peak-shifting opportunities in order to decrease operating hours of peaking power plants. Development of new grid operation plans is out of the scope, but the fundamental research on consumption profiles can be a starting point of such actions in the future.

What is the significance of the research?
Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field.
Results on building stock's real consumption and typology can be utilised for strategic decisions of energy policy, e.g. the national energy strategy can be further improved or as a contribution to monitor environmental goals to global requirements. Although it seems to be of national scope, but such obligations are evaluated in an international context.
Real-life data-based user profiles and better understanding of motivations of building users support the design process of energy efficient buildings by enhancing the quality of building energy simulations. With more precise simulation results, technical building system design calculations can be made more accurate as well avoiding over-sizing of HVAC equipment, this way saving initial investment costs for the building owner.
Although research must have necessarily a national scope results can also be adopted to countries in the Central Eastern-European region due to evident similarities originating from historical reasons.
Energy consumption profiles on building stock level can also be utilized by energy and utility supply companies to improve their demand side management (DSM). Hence, they can plan their energy (annual, monthly, weekly and daily) production and supply much more precisely. With other words, the project can contribute to the realisation of the smart city concept.

Summary and aims of the research for the public
Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others.
Present project aims at profiting from the new and unique opportunity for accessing and processing an enourmous, new dataset collected by smart meters. Recently in Hungary cca. 20 000 smart meters have been installed within a pilot project ("Central Smart Grid Pilot Project") supported by the government for demonstarton purposes, but without the aim of deep data evaluation. Such evaluation would be the focus of current project subject to the proposal.
By means of advanced data analysis techniques we will be able to
• obtain a much more precise picture about the real energy consumption of the Hungarian building stock; this will help decision makers in developing more efficient subsidy and incentive programmes to decrease energy demand and related operation costs of buildings,
• achieve a better knowledge about consumption trends and about motivations of building users; this will help building designers and engineers to desing more energy efficient buildings at lower investment costs by avoiding system oversizing,
• obtain a better knowledge about (mainly electric) daily energy consumption trends and thus energy provider companies can plan their energy production more precisely and hence resulting in energy savings by peak-shifting on national level; such way we can contribute to the realisation of the smart grid and smart city concepts of the European Union and decrease overall energy costs.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A kutatás kitűzott alapvető céljait elérte, nagyfelbontású fogyasztási adatok alapján megbízhatósági szinthez kötött felhasználói profilokat határoztunk meg különböző felhasználási célonként, illetve energiahordozónként: ez lefedi a gáz-, a távhő-, illetve a villamos energia felhasználást, de elkülönítetten tudtuk elemezni a használati melegvizet és a háztartási villamos energiafelhasználást is. A kutatás során adattisztítási eljárásokat és statisztikai módszereket, elsősorban klaszterezési technikákat alkalmaztunk. Vizsgálataink kiterjedtek lakó- és nem lakó épületekre egyaránt, de ebben korlátot jelentett a rendelkezésre álló mérési és kiegészítő adatok köre. Az eredmények közvetlenül hasznosíthatók épületek tervezésénél, mert pontosabb energetikai modellek készíthetők, dinamikus szimulációk végezhetők, illetve hálózatüzemeltetési szempontból is hasznosak. A kidolgozott profilokat további kutatási területeken is sikerrel alkalmaztuk. Eredményeink alapján 14 publikáció készült (illetve további egy konferencia absztrakt, valamint egy megjelenés előtt álló konferencia cikk), melyek közül 9 impakt faktoros, ebből 6 D1 vagy Q1 besorolású. A projektbe 3 PhD hallgató kapcsolódott be, akik közül ketten várhatóan 1-2 éven belül fokozatot szereznek. A projekt hasznosításának tekinthető 2 nyertes Bólyai János Kutatói Ösztöndíj projekt.
Results in English
The fundamental objectives of the research have been achieved, based on large-scale, high-resolution consumption databases. We have defined user profiles with a confidence level for different uses and energy carriers: it covers gas, district heating and electricity consumption, but we have also been able to analyse domestic hot water and household electricity consumption separately. Data cleaning procedures and statistical methods, in particular clustering techniques, were used in the research. Our analysis covered both residential and non-residential buildings, but was restricted by the range of available measurements and additional data. The results can be directly used for building design, because they allow more accurate energy models, dynamic simulations and network operation. The profiles developed have also been successfully applied in other research areas. Our results have been disseminated in 14 publications (plus a conference abstract and a forthcoming conference paper), 9 of which has an impact factor, 6 are ranked by D1 or Q1. Three PhD students have been involved in the project, two of whom are expected to obtain their degrees within 1-2 years. The direct benefits of the project include 2 launched János Bólyai Research Fellowship projects.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=128199
Decision
Yes





 

List of publications

  
Jacqueline, Nicole Adams ; Zsófia, Deme Bélafi ; Miklós, Horváth ; János, Balázs Kocsis ; Tamás, Csoknyai: How Smart Meter Data Analysis Can Support Understanding the Impact of Occupant Behavior on Building Energy Performance: A Comprehensive Review, ENERGIES 14 : 9 Paper: 2502 , 23 p., 2021
Czétány, László ; Vámos, Viktória ; Horváth, Miklós ; Szalay, Zsuzsa ; Mota-Babiloni, Adrián ; Deme-Bélafi, Zsófia ; Csoknyai, Tamás: Development of electricity consumption profiles of residential buildings based on smart meter data clustering, Energy and Buildings 252 Paper: 111376 , 19 p, 2021
Vámos, Viktória ; Horváth, Miklós: Residential DHW Consumption Analysis for Multifamily Buildings Supplied by District Heating, Thermal Science, 2021
A.L. Pisello, I. Pigliautile, M. Andargie, C. Berger, P.M. Bluyssen, S. Carlucci, G. Chinazzo, Z. Deme Belafi, B. Dong, M. Favero, A. Ghahramani, G. Havenith, A. Heydarian, D. Kastner, M. Kong, D. Licina, Y. Liu, A. Luna-navarro, A. Mahdavi, A. Nocente, M. Schweiker, M. Touchie, M. Vellei, F. Vittori, A. Wagner, A. Wang, S. Wei: Test rooms to study human comfort in buildings : A review of controlled experiments and facilities, Renew. Sustain. Energy Rev. 149 (2021) 111359, 2021
Balázs Bokor, Hacer Akhan, Dogan Eryener, Miklós Horváth: Nocturnal passive cooling by transpired solar collectors, Applied Thermal Engineering, 2021
Fawaier, Mohammad ; Bokor, Balázs ; Horváth, Miklós: Wall heat loss recapture evaluation of transpired solar collectors for different climates: A European case study, Case Studies in Thermal Engineering, 2021
Vámos, Viktória ; Czétány, László ; Horváth, Miklós ; Csoknyai, Tamás: Energy Consumption Cluster Analysis In Hungarian Buildings, In: Ondrej, Sikula; Martin, Bartak (szerk.) Simulace budov a techniky prostredi 2020 IBPSA-CZ; pp. 101-106. , 6 p., 2020
Csoknyai Tamás, Jeremy Legardeur, Audrey Abi Akle, Horváth Miklós: Analysis of energy consumption profiles in residential buildings and impact assessment of a serious game on occupants’ behavior, ENERGY AND BUILDINGS 196: pp. 1-20., 2019
Horváth M, Adams J N, Deme Bélafi Z, Czétány L, Szalay Z, Várnagy S, Reith A, Csoknyai T: Large scale smart meter data assessment for energy benchmarking and occupant behaviour profile development, In: Alexander, Passer; Thomas, Lützkendorf; Guillaume, Habert; Helga, Kromp-Kolb; Michael, Monsberger (szerk.) IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, IOP Publishing (2019) pp. 1-11., 2019
Horváth Miklós, Tóth Ákos, Csoknyai Tamás: Középületek üzemeltetésének elemzése okos mérõkkel gyûjtött adatsorok alapján, MAGYAR ÉPÜLETGÉPÉSZET 68: (5) pp. 3-6., 2019
O'Brien William, Tahmasebi Farhang, Andersen Rune Korsholm, Azar Elie, Barthelmes Verena, Belafi Zsofia Deme, Berger Christiane, Chen Dong, De Simone Marilena, Simona d'Oca, Hong Tianzhen, Jin Quan, Khovalyg Dolaana, Lamberts Roberto, Novakovic Vojislav, Park June Young, Plagmann Manfred, Rajus Vinu Subashini, Vellei Marika, Verbruggen Silke, Wagner Andreas, Willems Eric, Yan Da, Zhou Jin: An international review of occupant-related aspects of building energy codes and standards, BUILDING AND ENVIRONMENT 179 p. 106906 Paper: 106906 (2020), 2020
Vámos, Viktória ; Horváth, Miklós: Használati melegvíz fogyasztási adatok vizsgálata budapesti távfűtött panelépületekben, MAGYAR ÉPÜLETGÉPÉSZET 69 : 5 pp. 3-7. , 5 p. (2020), 2020
Horváth, Miklós; Kovács, Helga; Vámos, Viktória; Deme Bélafi, Zsófia; Csoknyai, Tamás: Theory and reality: a Comparative analysis of standard and real building usage and impact of input simplification, IBPSA-England Building Simulation and Optimization Conference 2020, 2020
Novikova, Aleksandra ; Szalay, Zsuzsa ; Horváth, Miklós ; Becker, Johannes ; Simaku, Gjergji ; Csoknyai, Tamás: Assessment of energy-saving potential, associated costs and co-benefits of public buildings in Albania, ENERGY EFFICIENCY 13 : 7 pp. 1387-1407. , 21 p. (2020), 2020
László Zsolt Gergely, Tamás Csoknyai: Parametric Analysis of Greenhouse Gas Emissions of the Technical Building System Alternatives in Detached Houses Retrofitted to nZEB Level, Proceedings of the 7th International Conference on Water Resource and Environment - WRE, 231-239, 2021 , Xi'an, China, 2022




 

Events of the project

  
2020-06-30 15:39:54
Résztvevők változása



Back »