一种北方民居风光互补供暖优化设计方法技术

本发明专利技术公开一种北方民居风光互补供暖优化设计方法，包括以下步骤：1)建立风光互补供暖系统的经济模型；2)采集民居的参数，建立风光互补供暖系统的需热量模型；3)建立风光互补供暖系统的供热量模型；4)建立风光互补供暖系统的经济优化模型；5)风光互补供暖系统的优化设计。本发明专利技术细致地考虑到某一地区的具体气候参数和供暖系统的造价成本及后期运维费用，使得北方民居风光互补供暖系统的设计更加精细化，对于采暖用户来讲，在达到供暖需求的同时将费用降到最低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及供暖
，特别涉及一种北方民居风光互补供暖优化设计方法。
技术介绍
现有的供暖系统的设计是根据国家规范规定按照单位面积功率法来设计供暖系统的规格，而供暖系统的设计与采暖地区的气候条件息息相关，国家规范只给定了各个地区的气候分区，规定了各个地区的单位面积采暖功率，并未细致地考虑到某一地区的具体气候参数和供暖系统的造价成本及后期运维费用。如此一来，这样的设计方法就显得比较粗糙，而且对于采暖用户来讲，也不可能达到节约投资的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种北方民居风光互补供暖优化设计方法，以解决上述技术问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种北方民居风光互补供暖优化设计方法，包括以下步骤：1)建立风光互补供暖系统的经济模型；2)采集民居的参数，建立风光互补供暖系统的需热量模型；3)建立风光互补供暖系统的供热量模型；4)建立风光互补供暖系统的经济优化模型；5)风光互补供暖系统的优化设计。进一步的，步骤1)中风光互补供暖系统的经济模型包括初始投资模型E1和后期运维费用模型E2；E1＝Ec+Ew+Etank+Ecoil+Epump+Epipe+Em式中，Ec为太阳能集热器的初投资；Ew为风力发电机的初投资；Etank为蓄热水箱的初投资；Ecoil为风机盘管的初投资；Epump为循环水泵的初投资；Epipe为供暖管道的初投资；Em为其他材料的初投资；E2＝Ec'+Ew'+Etank'+Ecoil'+Epump'+Epipe'+Em'+Eheat式中，Ec'为太阳集热器的运维费用；Ew'为风力发电机的运维费用；Etank'为蓄热水箱的运维费用；Ecoil'为风机盘管的运维费用；Epump'为循环水泵的运维费用；Epipe'为供暖管道的运维费用；Em'为其他材料的运维费用。进一步的，步骤2)中所建立的风光互补供暖系统的需热量模型为：Qneed＝Qload+Qloss+Qpipe+Qtank+Q'C式中，Qload为采集的建筑负荷；Qloss为采集的建筑失热；Qpipe为采集的管道失热；Qtank为采集的蓄热水箱失热量；Q'C为采集的太阳能集热器的失热量。进一步的，步骤3)中所建立风光互补供暖系统的供热量模型为：Qsupply＝QC+QW+QAU+QIN式中，QC为集热器集热量；QW为风力发电机供热量；QAU为辅助热源制热量；QIN为建筑物内部得热。进一步的，步骤4)中风光互补供暖系统的经济优化模型是基于该风光互补供暖系统在每个供暖季内的投资最少且使得供热端提供的热量满足需热端所需求的热量，即Qsupply＝Qneed；目标函数以及约束条件均为太阳能集热器面积A，风力发电机的功率Pw以及市电辅助热源提供的热量QAux的函数；风光互补供暖系统的经济优化模型如下式所示：使得Qneed＝Qsupply；其中为系统初投资平均分摊到每一年的年均初投资。进一步的，步骤5)中具体通过遗传算法对风光互补供暖系统经济优化模型进行全局优化；遗传算法的设置如下所示：目标函数：定义适应度函数E＝Cmax-minf(A,Pw,QAux)说明：Cmax为一个适当的相对比较大的数，是f(A,Pw,Aus)的最大估计值；这个值是利用遗传算法优化的时候，随机确定的，是一个主观性的估计值。通过遗传算法得到：最优的太阳能集热器面积A、风力发电机的功率Pw、市电辅助热源提供的热量QAux以及每年的年均初投资和运维费用。进一步的，根据步骤5)获得的最优的太阳能集热器面积A、风力发电机的功率Pw、市电辅助热源提供的热量QAux以及每年的年均初投资和运维费用在对应民居中搭建风光互补供暖系统。本专利技术为推动北方农村地区的新能源的发展，同时解决部分农村地区冬季供暖需求，所以提出一个适合用于西部农村的一种太阳能-风能互补的供暖系统的设计优化方法，主要目的是通过该设计优化方法，利用算法计算出特定建筑物利用风光互补供暖系统需要安装太阳能集热器面积A，风力发电机的功率Pw以及市电辅助热源提供的热量QAux，该专利技术的技术路线图如图1所示。如图1所示，本专利技术首先要根据风光互补供暖系统各个部件的成本建立初投资模型E1；然后建立该系统的后期运维费用模型E2；通过获取该地区的典型气象数据，计算建筑负荷、太阳能集热器的热量损失、蓄热水箱的热量损失、供暖管路的热量损失并建立系统的需热量模型Qneed；根据该地区的典型气象数据，计算集热器的集热量模型和风机的发电量模型构建系统的制热量模型Qsupply。令Qsupply＝Qneed为约束条件，为目标函数。其中为系统初投资平均分摊到每一年的年均初投资。通过遗传算法计算出最优的太阳能集热器面积A，风力发电机的功率PW、市电辅助热源提供的热量QAux以及每年的年均初投资和运维费用。本专利技术从风光互补供暖系统的热量平衡模型和经济优化模型两方面着手，力求使供暖系统提供的热量满足建筑物的热量需求，同时能达到节约投资，保护环境的目标。本专利技术方法利用系统热量平衡模型、年均初投资、年运维费用以及优化算法，优化算法采用遗传算法。本专利技术中，系统热量平衡模型考虑了制热端模型和需热端模型，制热端模型包括风电有效产热量、集热器有效产热量以及市电辅助热源提供的有效产热量，需热端包括建筑物热负荷、集热器热量损失、蓄热水箱热量损失以及供暖管路的热量损失。本专利技术中，系统的热量模型是太阳能集热器面积A，风力发电机的功率Pw以及市电辅助热源提供的热量QAux的函数。本专利技术中，系统的年均初投资模型考虑了阳能集热器投资、风力发电机初投资、蓄热水箱初投资、风机盘管初投资、循环泵初投资、供暖管道初投资、保温材料初投资、安装费用。本专利技术中，系统的年运维费用考虑了循环水泵的电费和维护费用、太阳能集热器的维护费用、风力发电机的维护费用、蓄热水箱的维护费用，辅助热源的电费。本专利技术中，系统的初投资模型也是太阳能集热器面积A，风力发电机的功率Pw以及市电辅助热源提供的热量QAux的函数，即E1＝f(A,Pw,QAux)。本专利技术中，系统的年运维费用模型也是太阳能集热器面积A，风力发电机的功率Pw以及市电辅助热源提供的热量QAux的函数，即E2＝f(A,Pw,QAux)。本专利技术中，系统的经济优化模型利用遗传算法进行优化，优化目标为使E1+E2最小，约束函数为系统需热量＝系统制热量。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术建立北方民居风光互补供暖系统的热量平衡模型和经济优化模型，通过利用遗传算法来确定系统最佳的太阳能集热器面积、风力发电机的功率以及市电辅助热源的功耗，以达到既满足建筑物的热量需求又满足系统投资金额最低的目的。本专利技术细致地考虑到某一地区的具体气候参数和供暖系统的造价成本及后期运维费用，使得北方民居风光互补供暖系统的设计更加精细化，对于采暖用户来讲，在达到供暖需求的同时将费用降到最低。附图说明图1为本专利技术方法的技术路线图；图2为风光互补供暖系统原理图；图3为N＝15时最优个体和个体平均值的变化趋势图。具体实施方式风光互补供暖系统：风光互补供暖系统是一种小型的家用的新能源采暖系统，一方面可以减轻农户的采暖费用负担，另一方面可以充分的利用新能源，保护环境。风光互补供暖系统的技术原理如下图2所示：如图2所示，风光互补供暖系统主要由太阳能集热器、风力发电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种北方民居风光互补供暖优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立风光互补供暖系统的经济模型；2)采集民居的建筑参数，建立风光互补供暖系统的需热量模型；3)建立风光互补供暖系统的供热量模型；4)建立风光互补供暖系统的经济优化模型；5)风光互补供暖系统的优化设计。

【技术特征摘要】
1.一种北方民居风光互补供暖优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)建立风光互补供暖系统的经济模型；2)采集民居的建筑参数，建立风光互补供暖系统的需热量模型；3)建立风光互补供暖系统的供热量模型；4)建立风光互补供暖系统的经济优化模型；5)风光互补供暖系统的优化设计。2.根据权利要求1所述的一种北方民居风光互补供暖优化设计方法，其特征在于，步骤1)中风光互补供暖系统的经济模型包括初始投资模型E1和后期运维费用模型E2；E1＝Ec+Ew+Etank+Ecoil+Epump+Epipe+Em式中，Ec为太阳能集热器的初投资；Ew为风力发电机的初投资；Etank为蓄热水箱的初投资；Ecoil为风机盘管的初投资；Epump为循环水泵的初投资；Epipe为供暖管道的初投资；Em为其他材料的初投资；E2＝Ec'+Ew'+Etank'+Ecoil'+Epump'+Epipe'+Em'+Eheat式中，Ec'为太阳集热器的运维费用；Ew'为风力发电机的运维费用；Etank'为蓄热水箱的运维费用；Ecoil'为风机盘管的运维费用；Epump'为循环水泵的运维费用；Epipe'为供暖管道的运维费用；Em'为其他材料的运维费用。3.根据权利要求1所述的一种北方民居风光互补供暖优化设计方法，其特征在于，步骤2)中所建立的风光互补供暖系统的需热量模型为：Qneed＝Qload+Qloss+Qpipe+Qtank+Q'C式中，Qload为采集的建筑负荷；Qloss为采集的建筑失热；Qpipe为采集的管道失热；Qtank为采集的蓄热水箱失热量；Q'C为采集的太阳能集热器的失热量。...

【专利技术属性】
技术研发人员：于军琪，严龙山，赵安军，郭春燕，王胤钧，
申请(专利权)人：西安建筑科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61