一种数字化园区建筑碳排放优化设计方法与流程

本发明涉及低碳，具体涉及一种数字化园区建筑碳排放优化设计方法。

背景技术：

1、数字化园区是指利用现代科技手段对园区内的设施、交通、能源、安防等进行数字化、智能化管理，从而提升园区产业集聚、环境保护和服务管理水平的园区。随着数字化园区建设进程的加快，建筑的能耗逐年增加，碳排放比重也逐年提升。

2、先进量测技术、通信技术以及综合能源服务技术的飞速发展，极大地增强了现代建筑负荷和碳排放的可观性与可控性，为实现数字化园区中建筑的用能管控与碳排放优化设计提供了可能。

3、数字化园区建筑碳排放优化设计方法不仅能够建立精准的建筑用能分析和碳排放优化模型，同时能根据实时的园区碳排因子数据对建筑用能和碳排放进行优化控制，以实现园区的低碳高效运行。因此，如何提出一种数字化园区建筑碳排放优化设计方法，是本发明所要解决的技术问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出一种数字化园区建筑碳排放优化设计方法，通过对数字化园区建筑基础信息和园区其他信息的采集，构建建筑碳排放模型并实施园区建筑碳排放优化计算，最终实现园区建筑碳排放优化结果的输出，能够得到园区建筑能耗信息、建筑碳排放信息及建筑空调控制方案，为降低园区建筑碳排放提供了有效的理论依据和实践方案。

2、为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：

3、一种数字化园区建筑碳排放优化设计方法，所述方法包括：

4、获取园区建筑基础信息和园区其他信息，所述园区建筑基础信息包括建筑围护结构信息、建筑通风口信息和建筑内部结构参数，所述园区其他信息包括园区能源预测信息、园区环境信息和园区建筑人流量信息；

5、基于所述园区建筑基础信息和所述园区其他信息构建建筑碳排放模型；

6、基于所述建筑碳排放模型进行园区建筑碳排放优化计算；

7、根据计算结果输出园区建筑碳排放优化设计结果。

8、作为本发明的一种优选方案，对于所述建筑围护结构信息和建筑通风口信息，建立表达式为：

9、

10、

11、

12、其中，anect为建筑内部结构矩阵，anect-con为建筑内部围护结构联通矩阵，anect-ven为建筑内部通风口联通矩阵；bcon,ij表示建筑中第i区域和第j区域之间是否存在围护结构的变量，存在则bcon,ij值为围护结构数量，反之为0；bven,ij表示建筑中第i区域和第j区域之间是否存在通风口的变量，存在则bven,ij值为通风口数量，反之为0；n为建筑内部区域数量。

13、作为本发明的一种优选方案，对于所述建筑内部结构参数，建立表达式为：

14、

15、

16、

17、

18、其中，aparm为建筑内部结构参数矩阵；aparm-c为建筑内部区域体积矩阵；aparm-con为建筑内部围护结构参数矩阵；aparm-ven为建筑内部通风口参数矩阵；c表示建筑内部区域体积，单位为m3；n为建筑内部区域数量；dcon,ij为建筑中第i区域和第j区域之间围护结构参数矩阵；dven,ij为建筑中第i区域和第j区域之间通风口参数矩阵。

19、作为本发明的一种优选方案，对于所述建筑中第i区域和第j区域之间围护结构参数矩阵dcon,ij以及建筑中第i区域和第j区域之间通风口参数矩阵dven,ij，建立表达式为：

20、

21、

22、其中，scon,ij和sven,ij分别为建筑中第i区域和第j区域之间任一个围护结构和通风口的面积，单位为m2；vc和vv分别为建筑中第i区域和第j区域之间拥有围护结构和通风口的数量；hcon,ij和hven,ij分别为建筑中第i区域和第j区域之间任一个围护结构和通风口的传热系数，单位为kj/(m2·℃)；ocon,ij和oven,ij分别为建筑中第i区域和第j区域之间任一个围护结构和通风口的材料类型；rcon,ij和rven,ij分别为建筑中第i区域和第j区域之间任一个围护结构和通风口的朝向。

23、作为本发明的一种优选方案，所述园区能源预测信息包括园区建筑内部第i区域在t时刻的其他设备用电总量iequi,i(t)，单位为kw·h；所述园区环境信息包括园区建筑内部第i区域在t时刻通过太阳辐射传递的扰动热量qsun,i(t)，单位为kj，以及t时刻区域间的温度差δt(t)，单位为℃，t时刻区域间的温度差δt(t)的表达式为：

24、δt(t)＝tj(t)-ti(t)

25、其中，ti(t)和tj(t)分别为t时刻园区建筑中第i区域和第j区域的温度，单位为℃；

26、所述园区建筑人流量信息包括建筑内部第i区域的人员数量ri(t)。

27、作为本发明的一种优选方案，所述构建建筑碳排放模型，具体包括：

28、计算园区建筑内部区域的内部扰动热量；

29、计算园区建筑内部区域的外部扰动热量；

30、建立园区建筑热过程模型。

31、作为本发明的一种优选方案，所述计算园区建筑内部区域的内部扰动热量，具体包括：

32、qint,i(t)＝qhvac,i(t)+qpers,i(t)+qequi,i(t)

33、qhvac,i(t)＝hhvac·zh,i(t)

34、qpers,i(t)＝hpers·ri(t)

35、qequi,i(t)＝hequi·iequi,i(t)

36、其中，qint,i(t)为园区建筑内部第i区域在t时刻的内部扰动热量，单位为kj；qhvac,i(t)为园区建筑内部第i区域在t时刻空调制造的内部扰动热量，单位为kj；qpers,i(t)为园区建筑内部第i区域在t时刻人员造成的内部扰动热量，单位为kj；qequi,i(t)为园区建筑内部第i区域在t时刻其他设备造成的内部扰动热量，单位为kj；hhvac为单位时间空调散热系数，单位为kj/人；zh,i(t)为园区建筑内部第i区域在t时刻空调的开关状态；hpers为单位时间人员散热系数，单位为kj/人；hequi为单位时间设备散热系数，单位为kj/kw·h。

37、作为本发明的一种优选方案，所述计算园区建筑内部区域的外部扰动热量，具体包括：

38、qext,i(t)＝qcon,i(t)+qven,i(t)+qsun,i(t)

39、

40、

41、其中，qext,i(t)为园区建筑内部第i区域在t时刻的外部扰动热量，单位为kj；qcon,i(t)为园区建筑内部第i区域在t时刻通过围护结构从外部区域传递的扰动热量，单位为kj；qven,i(t)为园区建筑内部第i区域在t时刻通过通风口从外部区域传递的扰动热量，单位为kj；k和μ表示对应矩阵中第k行第μ列的数据。由于围护结构为下半三角矩阵，所以当i＜j的时候，下标用ji表示，当i＞j的时候，下标用ij表示；同理，通风口相关变量与围护结构相反。

42、作为本发明的一种优选方案，所述园区建筑热过程模型的表达式为：

43、

44、其中，ti(t)为t时刻园区建筑内部第i区域的温度；ci为园区建筑内部第i区域的空气比热容，单位为kj/(kg·℃)；ρi为园区建筑内部第i区域的空气密度，单位为kg/m3；ci为建筑内部第i区域的区域体积。

45、作为本发明的一种优选方案，所述园区建筑碳排放优化计算包括：计算园区建筑碳排放总量和设定优化目标及限制条件，所述园区建筑碳排放总量的表达式为：

46、

47、ib(t)＝ih(t)+iequi,i(t)

48、ih(t)＝zh(t)·ph

49、其中，c(γ)为园区建筑在γ时间段的碳排放总量；η(t)为园区建筑在t时刻提供的度电碳排放，单位为tco2/kw·h；ib(t)为园区建筑在t时刻的用电量，单位为kw·h；ih(t)为园区建筑中的空调在t时刻的用电量，单位为kw·h；zh(t)为园区建筑内部在t时刻空调的开关状态；ph为园区建筑空调的额定功率，单位为kw；

50、所述优化目标及限制条件的表达式为：

51、

52、0≤zh,i(t)≤1,zh,i(t)为整数

53、εlow≤ti(t)≤εsup

54、其中，εlow和εsup分别为t时刻园区建筑内部第i区域温度ti(t)的上下限。

55、作为本发明的一种优选方案，所述园区建筑碳排放优化设计结果，具体包括：空调状态信息、空调能耗信息、建筑能耗信息、建筑碳排放信息和建筑内部温度信息；所述空调状态信息即园区建筑内部在t时刻空调的开关状态zh(t)，所述空调能耗信息即园区建筑中的空调在t时刻的用电量ih(t)，所述建筑能耗信息即园区建筑在t时刻的用电量ib(t)，所述建筑碳排放信息即园区建筑在γ时间段的碳排放总量c(γ)，所述建筑内部温度信息即园区建筑中在t时刻的温度t(t)。

56、本发明的有益效果是：通过对数字化园区建筑基础信息和园区其他信息的采集，构建建筑碳排放模型并实施园区建筑碳排放优化计算，最终实现园区建筑碳排放优化结果的输出，能够得到园区建筑能耗信息、建筑碳排放信息及建筑空调控制方案。本发明能够综合考虑园区中建筑用能、外界环境、楼宇内部架构等影响因素，建立精准的建筑碳排放模型，为降低园区建筑碳排放提供了有效的理论依据和实践方案。