基于多目标优化的乡村住宅建筑低碳能源系统优化方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113610269A(43)申请公布日2021.11.05(21)申请号202110720482.8(22)申请日2021.06.28(71)申请人天津大学地址300072天津市南开区卫津路92号(72)发明人王一帆孙莉袁大昌(74)专利代理机构南京中高专利代理有限公司32333代理人徐福敏(51)Int.Cl.G06Q10/04(2012.01)G06F30/13(2020.01)权利要求书4页说明书11页附图3页(54)发明名称基于多目标优化的乡村住宅建筑低碳能源系统优化方法(57)摘要本发明公开了一种基于多目标优化的乡村住宅建筑低碳能源系统优化方法，包括：根据乡村典型建筑结构，建立乡村建筑结构热物性参数和内部能源系统运行模式；基于建筑结构参数和系统内部能源运行模式，得到建筑能源需求，包括空调冷/热负荷需求和电负荷及热水负荷；以多目标优化构建建筑能源系统优化设计为导向建立数学规划模型，并通过最优化算法实现模型全局最优解。通过本优化方法可以为乡村住宅建设提供低碳可持续的能源系统，相较于传统能源系统设计，本方法兼顾了经济效益和低碳需求，具有较高的应用价值。CN113610269ACN113610269A权利要求书1/4页1.一种基于多目标优化的乡村住宅建筑低碳能源系统优化方法，其特征在于，包括：根据乡村典型建筑结构，建立乡村建筑结构热物性参数和内部能源系统运行模式；基于建筑结构参数和系统内部能源运行模式，得到建筑能源需求，包括空调冷/热负荷需求和电负荷及热水负荷；以多目标优化构建建筑能源系统优化设计为导向建立数学规划模型，并通过最优化算法实现模型全局最优解，得到能源系统最优化方案。2.如权利要求1所述的基于多目标优化的乡村住宅建筑低碳能源系统优化方法，其特征在于，以乡村典型建筑结构，建立乡村建筑结构热物性参数和内部能源系统运行模式，包括：A乡村建筑结构热物性参数包括居住建筑典型外墙、屋面、楼板和隔墙围护结构建筑节能的基本构造、各围护结构面层材料的热工性能参数；B住宅建筑内部能源运行模式包括空调运行模式、建筑气密性与换气率、照明及设备设计、内扰量模型。3.如权利要求1所述的基于多目标优化的乡村住宅建筑低碳能源系统优化方法，其特征在于，所述构建建筑能源系统优化设计内容包括资源约束、能量转换、能量平衡、优化目标。4.如权利要求2所述的基于多目标优化的乡村住宅建筑低碳能源系统优化方法，其特征在于，设计内容包括：资源约束、能量转换、能量平衡和优化目标。5.如权利要求4所述的基于多目标优化的乡村住宅建筑低碳能源系统优化方法，其特征在于，资源约束包括：在优化模型中设置如下约束条件以期符合实际工程现状；CPV+CSP≤Aroof(3)公式(1)表示最大电功率约束；公式(2)表示燃气用量约束；公式(3)表示光伏与光热总gridgas安装面积约束；式中Pt表示从电网取电功率，单位为kW；Vt表示天然气消耗流量，单位为m3/h；CPV与CSP分别表示光伏与太阳能集热器的安装面积，单位为m2。6.如权利要求5所述的基于多目标优化的乡村住宅建筑低碳能源系统优化方法，其特征在于，能量转换包括：ASHPASHP式中，qt表示空气源热泵的制冷或制热量，单位为kW；pt表示空气源热泵消耗的电ASHP,heatingASHP,coolingASHP,heating功率，单位为kW；η与η分别表示制热与制冷的能效系数；bt与ASHP,coolingbt为二进制变量，用来约束机组启停。7.如权利要求6所述的基于多目标优化的乡村住宅建筑低碳能源系统优化方法，其特征在于，空气源热泵无法同时制冷与制热，满足如下约束：天然气驱动燃气壁挂炉能量转换满足如下关系：2CN113610269A权利要求书2/4页式中，表示燃气壁挂炉的制热量，单位为kW，包括生活热水制热量与冬季采暖制热量；υgas表示天然气的低位发热量，取值为9.8kWh/m3；ηGB,h表示燃气壁挂炉的热效率；生物质燃料的化学能通过生物质炉能量转换满足：式中，表示生物质炉的制热量，单位kW，包括生活热水制热量与冬季采暖制热量；表示生物质燃料的消耗量kg/h；υbio表示生物质的低位发热量；ηBF,h表示生物质炉的热效率；电加热器电热平衡关系如下：式中，表示电加热器的制热量，单位为kW，包括生活热水制热量与冬季采暖制热量；表示电加热器的电功率kW；ηEB,h表示电加热器的制热效率；太阳能光热、光电的准稳态模型如下：采用静态功率模型，按照最大功率点追踪运行模式预测未来光伏发电量；式中，fPV为功率降额因数，用于表征光伏老化因素引起的功率衰减量，取值为0.9；表示单块光伏板在标准测试工况下的最大发电功率，单位为kW；Am表示单块光伏板的面积，2