一种超低能耗公共建筑节能技术方案的评价方法与流程

本发明涉及一种节能建筑领域，特别是涉及一种超低能耗公共建筑节能技术方案的评价方法。

背景技术：

随着能源和环境问题的日益凸显，“发展节能建筑”不仅是节约能源的需要，更是人类健康的需要。超低能耗建筑拓展了传统节能建筑技术边界，通过各种节能技术以及可再生能源的最佳集成应用，对降耗减排以及建筑技术的可持续发展具有更深刻的意义。超低能耗建筑不是盲目堆砌节能技术，因此在选择建筑节能技术方案时，应重点进行优化以及评价。我国现行节能设计标准只涉及了围护结构热工性能评价方法，所以无法满足超低能耗建筑设计阶段节能技术方案的决策需求。因此建立一种超低能耗公共建筑节能技术方案的评价方法，将对超低能耗建筑设计阶段节能技术方案的选择具有重要的参考价值。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有建筑节能技术方案评价方法的不足，提供一种超低能耗公共建筑节能技术方案的评价方法，指导超低能耗建筑设计阶段节能技术方案的选择，避免盲目堆砌技术的现象。

本发明提出一种超低能耗公共建筑节能技术方案的评价方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，按照现行公共建筑节能设计标准建立基准建筑模型，并采用能耗模拟软件计算基准建筑能耗；

步骤二，通过调研超低能耗示范建筑及其相关研究数据遴选出通用的超低能耗技术；

步骤三，通过多目标优化方法优化组合超低能耗技术方案；

步骤四，利用节能贡献率ecri作为超低能耗技术设计方案评价指标，多目标优化问题产生的一组解p＝{超低能耗技术优化方案}中最大节能贡献率所对应的技术方案即为最优；

节能贡献率ecri的计算公式如下：

其中，qo表示基准建筑能耗，qni表示在基准模型的基础上加上解域p＝{超低能耗技术优化方案}的其中一种技术方案后的建筑能耗。

所述步骤三中通过多目标优化方法优化组合超低能耗技术方案优化技术方案的处理，具体包括以下过程：

步骤(1)建立多目标优化模型，包括：

确立能够使建筑总能耗最小化的超低能耗技术设计方案的目标方程，表达式为：

f＝min(hvac系统能耗+照明能耗+室内设备能耗+其他用能设备能耗)

依照超低能耗建筑能耗指标设置优化的约束条件；

根据各项超低能耗技术参数在优化分析中考虑的可能取值来确定优化变量；

步骤(2)、求解模型，具体模型求解过程如下：

选择求解模型的遗传算法和设置所选择的求解模型的遗传算法的参数，包括种群规模、终止条件、交叉概率和变异概率；

按二进制或实数等进行编码，生成初始种群，对初始种群进行基本的交叉变异遗传操作，产生子代种群；

将父、子两代种群合并，进行快速的非支配排序、精英保留和拥挤度排序操作，选择前沿中的前若干个个体组成新一代种群，继续以上循环操作直至达到终止条件，终止条件是指最大的循环代数；

最后程序结束得到所需要的帕累托最优解，即优化后的超低能耗技术方案。

与现有技术相比，本发明针对超低能耗公共建筑节能技术方案提出了客观的评价方法，避免了各种节能技术的简单堆砌问题，对超低能耗建筑设计阶段节能技术方案的决策具有重要的指导作用。

附图说明

图1为本发明的一种超低能耗公共建筑节能技术方案的评价方法流程图；

图2为超低能耗技术方案优化流程图。

具体实施方式

下面结合附图给出本发明公共建筑超低能耗技术方案评价方法的具体实施过程，并予以详细描述。

如图1所示，本发明的一种超低能耗公共建筑节能技术方案的评价方法流程图，具体过程如下：

步骤一、建立基准建筑模型，并计算总能耗：按照我国现行公共建筑节能设计标准gb50189-2015对建筑围护结构、暖通空调系统、照明设备等参数的规定值，采用能耗模拟软件建立基准建筑模型并计算总的建筑能耗。

步骤二、遴选超低能耗建筑技术：通过分析总结国内外超低能耗建筑设计方法相关研究以及调研我国现有被动式超低能耗绿色建筑项目，提炼了以下通用的超低能耗建筑技术：

被动式技术：高性能围护结构、自然采光、自然通风、遮阳；

主动式技术：排风热回收、照明控制、hvac系统控制；

可再生能源应用：地源热泵、太阳能光伏光热等。

三、优化技术方案

参照图2，利用多目标优化的方法对超低能耗技术方案进行优化组合的过程如下：

1、建立多目标优化模型

a.确立目标方程：所采取的技术方案能够使建筑总能耗最小化，其表达式为：

f＝min(hvac系统能耗+照明能耗+室内设备能耗＝其他用能设备能耗)；

b.设置约束条件：以我国被动式超低能耗绿色建筑技术导则(住房城乡建筑设部.被动式超低能耗绿色建筑技术导则(试行)(居住建筑)，2015)规定超低能耗建筑能耗指标作为优化的约束条件；

c.确定优化变量：各项技术参数在优化分析中考虑的可能取值；

2、求解模型：选择求解模型的遗传算法，设置算法的参数，经过计算机运算，得出帕累托最优解，即优化后的超低能耗技术方案。具体模型求解过程如下：

a.设置算法的参数：包括种群规模、终止条件，交叉概率、变异概率。

b.按二进制或实数等进行编码，生成一定的初始种群，对初始种群进行基本的交叉变异遗传操作，产生子代种群；

c.将父子两代种群合并，进行快速的非支配排序、精英保留和拥挤度排序操作，选择前沿中的前若干个个体组成新一代种群，继续以上循环操作直至达到终止条件；

d.最后程序结束得到所需要的帕累托最优解。

四、建立技术方案评价指标

由于多目标优化问题产生的是一组帕累托最优解集p＝{超低能耗技术优化方案}，因此为得到最优技术方案，建立了最优解评价指标“节能贡献率ecri”，公式表达如下：

其中，qo是基准建筑能耗，qni是在基准模型的基础上加上解域p＝{超低能耗技术优化方案}的其中一种技术方案后的建筑能耗。

其中最大节能贡献率对应的技术方案即为最优超低能耗技术设计方案。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种超低能耗公共建筑节能技术方案的评价方法，步骤一，按照现行公共建筑节能设计标准建立基准建筑模型，并采用能耗模拟软件计算基准建筑能耗；步骤二，通过调研获得超低能耗示范建筑及其相关研究数据，以及从通用的超低能耗建筑技术中遴选出超低能耗技术方案；步骤三，通过多目标优化方法优化组合超低能耗技术方案；步骤四，对多目标优化问题产生的一组P＝{超低能耗技术优化方案}进行解域，利用节能贡献率ECRi作为最优解评价指标，最大节能贡献率对应的技术方案即为最优超低能耗技术设计方案。本发明针对超低能耗公共建筑节能技术方案提出了客观的评价方法，避免了各种节能技术的简单堆砌问题，对超低能耗建筑设计阶段节能技术方案的决策具有重要的指导作用。

技术研发人员：赵靖;党淑红
受保护的技术使用者：天津大学
技术研发日：2018.10.17
技术公布日：2019.03.19