用于建筑碳能模拟预测的城市居住建筑类型库构建方法与流程

本发明属于城市能耗模拟预测技术领域以及城市居住建筑类型库构建技术领域，尤其涉及一种用于建筑碳能模拟预测的城市居住建筑类型库构建方法。

背景技术：

城镇化进程加速与城镇人口急剧增长导致能源消耗大幅增加，能耗问题也因此得到全社会的普遍关注，调查研究表明，大部分的城市能耗来自于城市居住建筑；所以，对城市居住建筑的碳能模拟预测是探索城市减少能源消耗的方法的必要途径。但是，城市居住建筑种类繁多，数量庞大，在进行碳能模拟预测时，如果针对每一个居住建筑来做模拟，将会耗费大量的人力物力，效率低下。要想解决这个问题，就需要提出一种城市居住建筑的分类方式，通过对居住建筑分类，构建城市居住建筑类型库。

目前，城市居住建筑类型库构建存在的主要问题包括：城市居住建筑缺乏类型化；城市居住建筑缺少系统化的研究。目前城市对居住建筑的研究还是针对单体居住建筑的，缺少针对城市整体层面的居住建筑类型库构建方法，当对城市整体层面的居住建筑进行碳能模拟的时候，需要面对种类繁多且数量大的城市居住建筑，工作量大。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于建筑碳能模拟预测的城市居住建筑类型库构建方法，以解决目前存在的城市居住建筑种类繁多、数量巨大，导致城市尺度下碳能模拟预测工作量大的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于建筑碳能模拟预测的城市居住建筑类型库构建方法，包括以下步骤：

步骤1，根据建筑能耗参数对城市居住建筑类型划分；建筑能耗参数包括：体形系数、窗墙比、建筑高度和建造年份；

步骤2，设定步骤1类型化后的城市居住建筑的热参数，通过热参数和类型化后的城市居住建筑叠加完成城市居住建筑类型的构建，获得城市居住建筑类型库；热参数包括：气候条件、最低和最高室内温度、建筑围护结构传热系数、建筑设备使用情况以及居住建筑内人员活动情况。

进一步的，还包括步骤3，城市居住建筑在类型库中的定量化方法；城市居住建筑通过建筑能耗参数和热参数在城市居住建筑类型库中查找到对应的居住建筑类型，实现城市居住建筑的定量化。

进一步的，步骤1中的建筑能耗参数还包括建筑设备情况；建筑设备情况通过建筑内是否设置有采暖设备以及采暖设备的种类进行划分。

进一步的，采暖设备的种类分为市政供暖、天然气采暖和空调采暖。

进一步的，步骤1具体为，将每个建筑能耗参数分为若干级别，通过城市居住建筑的建筑能耗参数所处的级别对城市居住建筑进行限定，实现城市居住建筑的类型划分。

进一步的，热参数中的气候条件根据城市所处气候区的温度不同进行划分。

进一步的，居住建筑内人员活动情况根据居住在建筑内的人员数量进行划分。

一种基于本发明构建方法构建的城市居住建筑类型库的建筑碳能模拟预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，根据城市居住建筑类型库中每种类型城市居住建筑的建筑能耗参数，建立每种类型城市居住建筑的三维模型；

步骤2，将步骤1获得的三维模型连同热参数导入建筑能耗模拟软件energyplus中，完成建筑碳能模拟预测。

进一步的，步骤1建立的每种类型城市居住建筑的三维模型满足每种类型城市居住建筑的体形系数、窗墙比和建筑高度要求。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出了城市居住建筑的能耗参数限定，建筑能耗参数的变化会影响居住建筑的能耗，通过建筑能耗参数对城市居住建筑进行类型化划分，再对类型化后的城市居住建筑定义不同的热参数，构建城市居住建筑类型库，可以将数量庞大的城市居住建筑聚类为少量的几个类型，在进行城市居住建筑碳能模拟时，减少了模拟的工作量，不再需要对城市每一栋居住建筑进行碳能模拟，而只需要对类型化后的居住建筑进行模拟，然后根据城市居住建筑的实际情况，在类型库中找到其对应的类型即可以得到其碳能。

进一步的，对于城市既有的居住建筑，通过类型化后，可以根据热参数的需求，在类型库中查找到对应的居住建筑类型，从而进行碳能模拟预测，往后新建的城市居住建筑也可以在类型库中定量查找到对应的类型，估测出其对应的碳能。

本发明的预测方法中，每一类居住建筑只需要对其类别下根据建筑能耗参数构建的典型居住建筑模型进行能耗模拟，而不再需要对该类别下的每一栋建筑进行能耗模拟，减少了能耗模拟的工作量。

附图说明

图1是本发明的一种用于建筑碳能模拟预测的城市居住建筑类型库构建方法的流程示意图；

图2是本发明的一种用于建筑碳能模拟预测的城市居住建筑类型库构建方法构建的一种建筑类型，体形系数0.52，空调供暖，建造于80年代以前；

图3是本发明的一种用于建筑碳能模拟预测的城市居住建筑类型库构建方法构建的一种建筑类型，体形系数0.33，天然气供暖，建造于1995年-2005年；

图4是本发明的一种用于建筑碳能模拟预测的城市居住建筑类型库构建方法构建的一种建筑类型，体形系数0.26，空调供暖，建造于1995年-2005年。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改和替换，但这些修改和替换均属于本发明的保护范围内。

请参考图1，本发明的一种用于建筑碳能模拟预测的城市居住建筑类型库构建方法，包括以下步骤：

步骤1，基于建筑能耗参数的城市居住建筑类型划分。

步骤1具体为，根据城市所在气候区，针对城市居住建筑，统计建筑的体形系数、窗墙比、建筑高度、建造年份和建筑设备。根据数值范围将每个建筑能耗参数分为若干级别，根据城市居住建筑的建筑能耗参数所处的范围对城市居住建筑进行限定，从而对城市居住建筑进行类型划分。根据城市对应情况，将城市的居住建筑按照能耗参数属性归到不同的类别中，便于城市居住建筑的碳能模拟预测。即针对城市居住建筑，收集与能耗相关的建筑属性，我们称之为建筑能耗参数。通过建筑能耗参数对城市居住建筑的限定，对城市居住建筑进行类型划分。针对不同城市，建筑能耗参数的选择会有所不同。根据城市实际情况，将城市的居住建筑按照属性归到不同的类别中，从而对城市居住建筑进行类型化划分，便于城市居住建筑的碳能模拟预测；通过建筑能耗参数对城市居住建筑的分类方法，即利用建筑的体形系数、窗墙比、建筑高度、建筑设备、建造年份和气候区对居住建筑进行分类。另外，不同城市对建筑能耗参数的选择是不同的，每个城市都可以构建一个独立的城市居住建筑数据库。建筑能耗参数中，气候区通常可以决定窗墙比的限值以及体形系数的分级标准，叠加建筑设备的要求，从而对城市居住建筑进行类型划分。建筑设备情况通过建筑内是否设置有采暖设备以及采暖设备的种类进行划分。采暖设备的种类分为市政供暖、天然气采暖和空调采暖。

步骤2，城市居住建筑类型库的构建。

为了对城市居住建筑进行碳能模拟，对于已分类的城市居住建筑进一步定义其热参数，即气候条件、最低和最高室内温度、建筑围护结构传热系数、建筑设备使用情况、居住建筑内人员活动情况，从而构建对接建筑碳能模拟预测的城市居住建筑类型库。不同城市可以根据其实际情况，将数量庞大的城市居住建筑聚类为几种，对其进行碳能模拟预测。分类后的城市居住建筑要进行碳能模拟预测还需要定义不同的热参数，热参数包括气候条件、最低和最高室内温度、建筑围护结构传热系数、建筑设备使用情况、居住建筑内人员活动情况。热参数的改变会影响居住建筑的碳能模拟结果。将不同的热参数和类型化后的城市居住建筑叠加分析，从而构建城市居住建筑类型库。热参数中的气候条件根据城市所处气候区的温度不同进行划分。居住建筑内人员活动情况根据居住在建筑内的人员数量进行划分。

步骤3，城市居住建筑在类型库中的定量化方法；城市居住建筑通过建筑能耗参数和热参数在城市居住建筑类型库中查找到对应的居住建筑类型，实现城市居住建筑的定量化。

步骤4，根据城市居住建筑类型库中每种类型城市居住建筑的建筑能耗参数，建立每种类型城市居住建筑的三维模型；

步骤5，将步骤1获得的三维模型连同热参数导入建筑能耗模拟软件energyplus中，完成建筑碳能模拟预测。

其中，步骤4建立的每种类型城市居住建筑的三维模型满足每种类型城市居住建筑的体形系数、窗墙比和建筑高度要求。

对于城市既有的居住建筑，通过类型化后，根据热参数的需求，在类型库中查找到对应的居住建筑类型，从而进行碳能模拟预测，往后新建的城市居住建筑也可以在类型库中定量查找到对应的类型，估测出其对应的碳能。本发明的预测方法中，每一类居住建筑只需要对其类别下根据建筑能耗参数构建的典型居住建筑模型进行能耗模拟，而不再需要对该类别下的每一栋建筑进行能耗模拟，减少了能耗模拟的工作量。

实施例1：

选取某城市作为研究对象，进行其居住建筑的类型库构建，并在该城市内选取位于不同行政分区内的110栋居住建筑，在构建的类型库中对其进行检索，其方法包括：

(1)确定选取城市为寒冷地区，选取对其碳能测算影响较大的体形系数、建筑设备以及建造年份作为分类的能耗参数，同时窗墙比采用：北面≤0.3、东面和西面≤0.35、南面≤0.5。根据国家规范规定，寒冷地区体形系数可以分为四类：小于0.52、小于0.33、小于0.30和小于0.26；建造年份分为四类：80年代以前、1980-1994年、1995年-2005年和2005年以后。考虑到选取城市处于秦岭淮河线以北，冬季会供应暖气，所以建筑设备分为三类：市政供暖、天然气采暖和空调采暖。分类如下表1和表2，表1选取城市的居住建筑根据体形系数和建筑设备的分类情况，表为2选取城市的居住建筑根据体形系数、建筑设备和建造年份的分类情况。

表1选取城市的居住建筑根据体形系数和建筑设备的分类情况

表1中：θ1：体形系数为0.52(1-3层)；θ2：体形系数为0.33(4-8层)；θ3：体形系数为0.30(9-13层)；θ4：体形系数为0.26(14层及以上)；c：集中供暖；g：天然气供暖；ac：空调供暖。

表为2选取城市的居住建筑根据体形系数、建筑设备和建造年份的分类情况

表2中：y1：1986年以前；y2：1986年-1994年；y3：1995年-2005年；y4：2005年以后；θ1：体形系数为0.52(1-3层)；θ2：体形系数为0.33(4-8层)；θ3：体形系数为0.30(9-13层)；θ4：体形系数为0.26(14层及以上)；c：集中供暖；g：天然气供暖；ac：空调供暖；表2中总共可以将选取城市居住建筑分为48类。

(2)对48类建筑赋予热参数，热参数包括建筑围护结构传热系数、建筑内设备使用情况以及建筑内人员活动情况等，各个热参数取不同值会形成不同的组合，完成居住建筑类型库的构建。

(3)将选取的110栋居住建筑带入到类型库中，可以聚类为15类，其中3种类型如图2-图4所示。第一种，体形系数0.52；空调供暖；建造于80年代以前。第二种，体形系数0.33，天然气供暖，建造于1995年-2005年。第三种，体形系数0.26，空调供暖，建造于1995年-2005年。

本发明突破了以往只能对城市单体居住建筑进行碳能模拟预测的限制，构建了一个城市居住建筑类型库，从而可以对城市居住建筑进行聚类分析，测算其碳能；类型库的构建过程需要根据不同城市的需求选取能耗参数，再根据分类出的建筑特点赋予他们热参数。利用本方法可针对每个城市建立类型库，使碳能模拟预测的结果更加科学；预测方法中，每一类居住建筑只需要对其类别下根据建筑能耗参数构建的典型居住建筑模型进行能耗模拟，而不再需要对该类别下的每一栋建筑进行能耗模拟，减少了能耗模拟的工作量。具体为，通过建筑能耗参数对城市居住建筑限定，从而进行类型划分。针对不同城市，建筑能耗参数的选择会有所不同。根据城市实际情况，将城市的居住建筑按照属性归到不同的类别中；对于已分类的城市居住建筑进一步定义其热参数，如气候条件、最低和最高室内温度、建筑围护结构传热系数等，从而构建对接建筑碳能模拟预测的城市居住建筑类型库；对于城市既有的居住建筑，通过类型化后，可以根据热参数的需求，在类型库中查找到对应的居住建筑类型，往后新建的城市居住建筑也可以在类型库中定量查找到对应的类型。