The influence of early design decisions on energy demand: A quantitative assessement using sensitivity analysis

Abstract

Mimari tasarım, çoklu tasarım parametreleri ve kısıtlamaları içeren karmaşık birsorundur. Özellikle, erken mimari tasarım, yapı yıllık enerji talebini büyük orandatanımlayan önemli karar verme süreçlerini içerir. Zaman kısıtlamaları ve erkentasarımda enerji talebinin belirsizliği nedeniyle, erken tasarımdan başlayarak sürecianaliz etmek önemlidir. Modelin karmaşıklığını azaltmak, çıktı belirsizliğini ölçmekve son olarak bağımsız ve bağımlı değişkenler arasındaki ilişkiyi anlamak için, tekbölüm ofis binası için tasarımcılar için bir karar verme rehberliğini desteklemeküzere belirtilen rastgele örnekleme yöntemlerine göre uygulanan Morris ve Sobol'geniş duyarlılık analizini içerir. Enerji modellemesi, binanın fiziksel özelliklerindenve hava koşullarından oluştuğundan, Erzurum'un soğuk iklimi ve İzmir'in sıcak-nemli iklimi için süreç yürütülmüştür. Öncelikle, etkisiz parametrelerin faktörtespitinin, Morris analiziyle faktör önceliklerinin daha fazla olduğu anlaşılmaktadır.Daha sonra, değişiklik tabanlı Sobol' duyarlılık analizi kullanılarak, her iklim içinbirinci ve yüksek dereceden etkileri araştırıldı. Üçüncüsü, 100 en iyi yüksek enerjiperformansının görselleştirildiği Paralel Koordinat Çizimi (PCP) ile parametrelerindeğerli aralık değerlerini sunarak bir performans süzme işlemi gerçekleştirilmiştir.Son olarak, girdi parametresinin ve değerlerinin iklim türüne göre nasıl değiştiğineilişkin bir karşılaştırma yapılmıştır. Daha ileri çalışmalar için, edilen carlo filteringuygulamalarını ekleyerek, belirtilen binanın tasarımına yönelik tüm sürecinuygulanması hedeflenmektedir.

Architectural design is a complex problem which contains multiple designparameters and constraints. Particularly, early architectural design includes all themajor decision-making process that defines the framework of yearly energy demandof the unit. Due to time constraints and uncertainty of the energy demand at earlydesign it is important to analyze the process starting from the early design. To reducethe complexity of model, quantify output uncertainty and lastly understand therelation between independent and dependent variables, in the current study, Morrisand Sobol' global sensitivity analysis have applied for one zone office building tosupport a decision-making guidance for designers with regards to specified quasirandom sampling methods. As energy modelling composes from physical propertiesof the building and weather type, procedure has been conducted for cold climate ofErzurum and hot-humid climate of Izmir. Firstly, ineffective parameters factor fixingis implied than factor prioritization is illustrated with Morris analysis. Afterwards, byusing variance based Sobol' sensitivity analysis, first and total order effects areinvestigated for each climate. Thirdly, a performance filtering process has beenexecuted for 100 best high energy performances of samples to illustrate each of themby presenting the valuable range values of parameters with Parallel Coordinate Plot(PCP). Lastly, a comparison has been implemented for how input parameter and itsvalues are changing according to climate type. For further works, it is aiming toapply all the process for specified design of building by adding Monte Carlo filteringapplications.