2024年5月20日，Elsevier 旗下国际著名能源top期刊《Energy》在线发表了云南师范大学能源与环境科学学院涂洁磊教授课题组的最新研究成果《Predicting daily heating energy consumption in residential buildings through integration of random forest model and meta-heuristic algorithms》。云南师范大学能源与环境科学学院涂洁磊教授通讯作者。

全文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0360544224014993

Abstract

This research utilizes a sophisticated hybrid model integrating the Random Forest algorithm with meta-heuristic optimization techniques to estimate heating energy consumption in residential buildings. The study addresses key variables including architectural characteristics, occupancy, and ambient temperature. The primary objective is to enhance the prediction accuracy of heating energy consumption using a novel approach combining Random Forest with various meta-heuristic algorithms. The study employs six combinations of the Random Forest algorithm and meta-heuristic optimizers. To mitigate overfitting, K-Fold cross-validation is implemented during model training. The model's performance is evaluated using five statistical indices: coefficient of determination (R2), Root Mean Squared Error (RMSE), Mean Absolute Error (MAE), Relative Absolute Error (RAE), and Theil Inequality Coefficient (TIC). Results demonstrate the hybrid model's high predictive accuracy, with the Arithmetic Optimization Algorithm enhancing Random Forest's performance significantly. Notable statistical achievements include R2 = 0.977201, RMSE = 0.1179, MAE = 0.0573, RAE = 0.0930, and TIC = 0.0187. Additionally, the Ant Lion Optimizer shows excellent convergence, achieving a TIC value of 0.014986 after 101 iterations. The proposed hybrid model significantly outperforms traditional methods in predicting residential heating energy consumption. The integration of Random Forest with advanced meta-heuristic algorithms offers a robust framework for enhancing prediction accuracy in energy consumption modeling.

扩展阅读：

https://solar.ynnu.edu.cn/info/1187/3096.htm

涂洁磊

光伏科学与工程，教授，博士生导师/硕士生导师

联系邮箱：1172751381@qq.com

学术任职及兼职

中国可再生能源学会光伏专业委员会委员；中国宇航学会空间电源专业会员会委员；中国科技集团光伏光伏材料与器件制造工艺技术中心专家委员会委员

主要招生专业：

农业工程、能源与动力

主要研究方向：

高效太阳电池材料与器件、光伏技术与应用

学历及研究简历：

1989年9月-1993年6月，云南师范大学，本科生，应用物理专业；

1993年9月-1996年6月，云南师范大学，硕士研究生，光伏科学与工程专业

1996年9月-2002年6月，四川大学，博士研究生，原子核技术专业

2003年7月-2007年5月，中国航天科技集团811所，博士后，空间高效太阳电池

2006年1月-2006年7月，澳大利亚新南威尔士大学光伏工程中心，访问学者

2012年9月-2013年8月，中国科学院半导体所，“西部之光”访问学者

近三年代表论文和著作：

1.   Lei Li, JieLei Tu*, yanyun Yang, Jiahao Wu, Kai Hu, Shouzhe Yu. Effect of finger interruption mode on the performance of crystalline silicon solar cells. Solar Energy 238 (2022) 381–391 .

2.   Jiahao Wu, Jeilei Tu*, Lei Li, Xiangjiang Xiao, Kai Hu, Shouzhe Yu, Yucen Xie, Yanyun Yang, Hao Wu. Gradient refractive index-based broadband antireflective coatings and application in silicon solar modules. Surfaces and Interfaces 30 (2022) 101918.

3.   Xiangjiang Xiao , Jielei Tu*, Zuming Liu, and Hanming Zhu. Design and analysis of broadband antireflective coating for monolithic perovskite/silicon tandem solar cell. Journal of Photonics for Energy, 025502, 2021,Vol. 11(2).

4.   Zhang, Weinan; Hu, Kai; Tu, Jielei*; Aierken, A.; Xu, Delin; Song, Guanyu; Sun, Xiaoyu; Li, Lei; Chen, Ketong; Zhang, Daoyong; Zhuang, Yu; Xu, Peiqiang; Wu, Hongqing ; Broadband graded refractive index TiO2/Al2O3/MgF2 multilayer antireflection coating for high efficiency multi-junction solar cell, Solar Energy, 2021, 217: 271-279  

5.    Hu, Kai; Sun, Xiaoyu; Tu, Jielei*; Chen, Ketong ; Design and preparation of superhydrophobic, broadband and double-layer antireflective coatings, Surfaces and Interfaces, 2021, 24(24): 0-101135.

6.   Sun, Xiaoyu; Tu, Jielei; Zhang, Weinan; Li, Lei; Hu, Kai ; A simple route to prepare hydrophobic, high temperature resistant and antireflective coatings, Materials Letters, 2020, 277: 0-128335.

7.    Xiaoyu, Sun; Xiaozhuang, Xu; Guanyu, Song; Jielei, Tu; Lei, Li; Pinyuan, Yan; Weinan, Zhang; Kai, Hu ; Preparation of MgF2/SiO2 coating with broadband antireflective coating by using sol–gel combined with electron beam evaporation, Optical Materials, 2020, 101(101): 0-109739.

8.   Sun, Xiaoyu; Li, Lei; Xu, Xiaozhuang; Song, Guanyu; Tu, Jielei*; Yan, Pingyuan; Zhang, Weinan; Hu, Kai ; Preparation of hydrophobic SiO2/PTFE sol and antireflective coatings for solar glass cover, Optik, 2020, 212: 0-164704

9.   W.N. Zhang , J.L. Tu , ∗ , A. Aierken , G.Y. Song , X.Z. Xu , P.Y. Yan , X.Y. Sun, K. Hu , L. Li ,P.Q. Xu. Effect of 1 MeV electron irradiation on TiO2/Al2O3/MgF2 anti-reflective coating for GaInP/InGaAs/Ge triple junction solar cells. Optical Materials 109 (2020) 110278

10.  徐晓壮，涂洁磊*，孙晓宇，颜平远，宋冠宇，张炜楠，掺杂Ag对溶胶-凝胶法制备TiO2薄膜微晶结构与光学性能及光催化性能的影响，固体电子学，40（3）：205-210,2020.

11.  颜平远, 涂洁磊*, 艾尔肯·阿不都瓦衣提, 等. 基于布拉格反射器的 GaInP/Ga(In)As/Ge 三结电池电子辐照性能[J]. 光学学报, 2020, 40(16):1631001. (期刊论文)

近五年获奖成果和荣誉称号：

1.《西部地区新能源科学与工程专业人才培养体系构建与实践》获得第九届云南省教学成果奖省级二等奖2021.08。

2.指导本科生、硕士研究生、博士研究生在省级以上大赛中获奖。

1）《“光翼良苗”光伏智造助力现代农业》获得第八届云南省“互联网+”大赛省级银奖（创意组）2022.7

2）《胶联科技-导电行业新领域》获得第八届云南省“互联网+”大赛省级银奖（本科生创意组）2022.7

3） 《此“地”无“铜”——针对白兰地的紫铜蒸馏器出酒口的改造》，获得中国研究生乡村振兴科技强农+创新大赛“苏研杯”第三届科技作品竞赛二等奖，2022.5。

4）《苗之翼——未来农业领导者》获得第六届“瀚文杯”云南省“互联网+”大赛省级金奖，2020.9。

5）《一种光伏农业大棚专用组件的设计与研究》获得第三届中国可再生能源学会大学生优秀科技作品竞赛一等奖，2020.12。

6）《光伏农业大棚专用组件》获得第八届全国大学生农业建筑环境与能源工程相关学科专业创新创业竞赛二等奖，2020.12。

近三年主持的国家级或百万以上其他项目：

国家自然科学基金委员会，地区科学基金项目，61664010，基于大失配体系的柔性四结砷化镓薄膜太阳电池的耐辐照性能研究，2017-01-01至2020-12-31，42万元，结题，主持

近三年主持的教学教改及省级以上教学质量工程：

云南省研究生优质课程建设项目《光伏科学理论与工程设计》，2021-2023

近三年主讲课程（研究生、本科生）：

本科生课程：《固体物理基础》（专业核心课）、《Matlab数值分析》；

硕士生课程：《固体理论》、《薄膜太阳电池及其制备技术》；

博士生课程：《薄膜太阳电池及其制备技术》

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