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M. Dukic:
"Predicting People´S Operation Of Shading Devices In Office Buildings";
Supervisor: A. Mahdavi, F. Tahmasebi; Institut für Architekturwissenschaften, Abteilung Bauphysik und Bauökologie, 2017; final examination: 2017-04-25.

Building energy use is not only influenced by the building geometry, materials, external weather conditions, and HVAC systems but also by the occupant energy related behavior, such as operation of windows and shading devices. In addition, given the complex nature of occupant behavior, modeling occupancy is recognized as one of the major reasons for the potential discrepancy between simulated and actual building performance. In other words, use of reliable occupant behavior models is critical to achieve accurate building performance simulations. Accordingly, in recent years a large number of occupant behavior models have been developed. However, there are major uncertainties associated with the reliability of the occupancy related models as they have not been subjected to validation studies in different settings. To address this issue, the current work conduct an external evaluation of a widely used stochastic shading operation model. To this end, empirical occupant behavior data obtained from an office building in Hartberg, Austria is used to evaluate the model. Specifically, predictive performance of the shade operation model is evaluated by comparing the following predicted and observed parameters relevant to the operation of shading devices: i) Predicted action probabilities and the observed actions, ii) predicted and observed actions, and iii) predicted and observed shading states. According to the obtained results, the model underestimated the closing of interior shades, while it largely overestimated the deployment of exterior shades. More importantly, the results suggested that the model could not capture different seasonal patterns of occupants´ operation of shades. With regard to the predicted shading states, two different approaches were adopted to test the model performance. However, it is concluded that, without including the model´s feedback (for example via a building performance model) the predictive performance of the occupant behavior model cannot be properly captured.

Der Energieverbrauch eines Gebäudes wird nicht nur durch die Geometrie des
Bauwerks, verwendete Baumaterialien, aktuelle Wetterbedingungen oder die
Heizungs-, Lüftungs- und Klimatechnik beeinflusst, sondern maßgebend auch durch
das energiebezogene Benutzerverhalten bestimmt, dies beinhaltet die manuelle
Bedienung von Fenster- und Beschattungsvorrichtungen. Die Unterschiede der
Komplexität des tatsächlichen Nutzerverhaltens und jene der Modellierung werden
eindeutig als hauptverantwortlich für die Abweichung zwischen simuliertem und
gemessenem Gebäudeenergieverbrauch erkannt. Die Verwendung von
zuverlässigen Nutzerverhaltensmodellen ist somit entscheidend für akkurate
Ergebnisse in der Gebäudeleistungssimulation. Dementsprechend wurde in den
letzten Jahren eine Vielzahl von Nutzerverhaltensmodellen entwickelt. Viele der
Modelle wurden aber keinen Validierungsstudien mit unterschiedlichen Szenarien
unterzogen und dies resultiert in der ungewissen der Zuverlässigkeit der Systeme.
Um dieses Problem zu lösen führt diese Arbeit die externe Bewertung eines weit
verbreiteten stochastischen Schattierungs-Betriebsmodells durch. Zu diesem Zweck
werden empirische Nutzerverhaltensdaten aus einem Bürogebäude in Hartberg,
Österreich, zur Bewertung des Modells verwendet. Insbesondere wird hier die
Zuverlässigkeit der Voraussage des Beschattungsmodells ausgewertet. Folgende
vorhergesagten und beobachteten Parameter, welche für den Betrieb von
Beschattungsvorrichtungen relevant sind, werden verglichen: i) vorhergesagte
Handlungswahrscheinlichkeiten und damit beobachtete Handlungen, ii)
vorhergesagte und beobachtete Handlungen und iii) vorhergesagte und beobachtete
Schattierungszustände. Zufolge der erzielten Ergebnisse unterschätzte das Modell
die Schließung von inneren Beschattungsvorrichtungen während es den Einsatz von
der Außenbeschattung weitgehend überschätzte. Besonders hervorzuheben ist, dass
laut der Ergebnisse das vorhandene Modell keine Muster bzw. Änderungen im
Nutzerverhalten, in Hinsicht der Bedienung von verfügbaren
Verschattungsmöglichkeiten, in Bezug auf unterschiedliche Jahreszeiten
berücksichtigt. Um die Modellleistung bezogen auf vorhergesagte
Verschattungszustände zu testen, wurden zwei verschiedene Ansätze, mit und ohne
Zustandsrückkoppelung, verwendet. Dies führt zur Erkenntnis, dass die
Vorhersageleistung des Nutzerverhaltensmodells ohne Rückkoppelung von
modellierten Verschattungszuständen (z. B. über ein autonomes
Gebäudeleistungsmodell), nicht korrekt erfasst werden kann.

occupant behavior, shading devices, model evaluation, stochastic model