建筑能量管理的优化方法、装置及设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种建筑能量管理的优化方法，包括根据能量网络理论和建筑物蓄热特性，建立基于热阻热容网络的建筑物能量传递模型；根据环境的物理参数，建立具有热动态损的控制体平衡控制方程式，并根据所述平衡控制方程式，构建考虑建筑物内部不同温度区域的智能建筑损模型，最后以损最小为目标，构建建筑的暖通空调系统优化调控模型，其从能量的本质出发提出以损最优的建筑物的暖通空调系统，能在温度舒适度范围内对楼宇室温进行优化调节，实现对暖通空调系统的能耗的优化管理和能量梯级利用，进而达到更好的节能效果。相应地，本发明专利技术实施例还提供一种建筑能量管理的优化装置及设备。管理的优化装置及设备。管理的优化装置及设备。

【技术实现步骤摘要】
建筑能量管理的优化方法、装置及设备


[0001]本专利技术涉及能源管理
，尤其涉及一种建筑能量管理的优化方法、装置及设备。

技术介绍

[0002]随着世界经济的快速增长，社会总能耗也在迅速增加。以建筑物为代表的终端用能单元为例，随着建筑物数量的增加和居民舒适度要求的提高，建筑物的能耗也在不断增加。因此，有必要对智能建筑的能源利用效率进行研究分析，以实现建筑物最大化的节能运行。
[0003]本专利技术人在对智能建筑的能源利用效率进行研究分析的过程中发现，提升智能建筑能源利用效率不仅要关注能量数量的变化，更要关注能量的品质的变化。而现有技术在对智能建筑进行能效分析和经济性分析时，大都局限于能量的角度，未能从能质的角度(即的角度)进行分析和评估，无法正确反映智能建筑系统用能的薄弱环节，进而无法提升智能建筑系统的能源利用。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例的目的是提供一种建筑能量管理的优化方法、装置及设备，其能解决现有技术不能从能量的本质分析和构建建筑的能量优化模型，进而无法实现能源的优化管理问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种建筑能量管理的优化方法，包括：
[0006]根据能量网络理论和建筑物蓄热特性，建立基于热阻热容网络的建筑物能量传递模型；
[0007]根据环境的物理参数，建立具有热动态损的控制体平衡控制方程式，并根据所述平衡控制方程式，构建考虑建筑物内部不同温度区域的智能建筑损模型；
[0008]以损最小为目标，构建建筑的暖通空调系统优化调控模型。
[0009]作为上述方案的改进，所述根据能量网络理论和建筑物蓄热特性，建立基于热阻热容网络的建筑物能量传递模型，具体包括：
[0010]根据能量网络理论，以温度作为强度量和以热流作为广延量进行分析，得到热传导方程；
[0011]根据所述热传导方程，结合介质温度升高所吸收的热量等于两个传导截面间热流率的差值的特性，得到热储存方程；
[0012]根据所述热传导方程和所述热储存方程，得到热传导的热阻热容网络模型；
[0013]基于所述热阻热容网络模型，利用节点建模的方法，将建筑物视为包含墙壁节点和房间节点的网络图形，并考虑建筑物能量变化的动态特性和状态方程，建立建筑物能量传递模型，其中，所述动态特性包括每个墙壁的热传递、每个房间的热传递及模型的扰动方程。
[0014]作为上述方案的改进，所述根据能量网络理论，以温度作为强度量和以热流作为广延量进行分析，得到热传导方程，具体为：
[0015]所述热传导方程如下：
[0016][0017]其中，H
Q
表示广延量热流，X
T
表示强度量温度，k和A分别表示导热系数和面积，l为热传导方向上的长度。
[0018]作为上述方案的改进，所述根据所述热传导方程，结合介质温度升高所吸收的热量等于两个传导截面间热流率的差值的特性，得到热储存方程，具体为：
[0019]所述热储存方程具体为：
[0020][0021]其中，H
Q
表示广延量热流，X
T
表示强度量温度，k和A分别表示导热系数和面积，l为热传导方向上的长度，ρ和c是分别为介质的密度和比热容。
[0022]作为上述方案的改进，所述考虑建筑物能量变化的动态特性和状态方程，建立建筑物能量传递模型，具体包括：
[0023]建立墙壁的热传递方程如下：
[0024][0025]其中，是房间i和房间j之间的墙的热容，表示房间i和j之间的墙壁的温度，表示房间i和房间j之间的墙的中心线与房间i和j之间的墙的侧面之间的热阻，r
ij
表示壁面标识符，0表示内壁，1表示外围壁；T
jr
表示第j个房间的温度，α
ij
和分别为房间i和j之间的辐射热吸收系数和房间i和房间j之间的墙壁的面积.表示房间i和j之间的墙的辐射热通量密度，是节点w
ij
的所有相邻节点的集合；
[0026]建立房间的热传递方程如下：
[0027][0028]其中，T
ir
表示第i个房间的温度，T
jr
表示第j个房间的温度，表示房间的热容；π
ij
是窗户标识符，如果房间i和j之间没有窗户，则π
ij
等于0，否则等于1；表示房间i和j之间的墙壁的温度，表示房间i和房间j之间的墙的中心线与房间i和j之间的墙的侧面之间的热阻，表示房间i和房间j之间的窗户的热阻，表示空气流入或流出房间i的空气质量流量，c
pavg
表示恒定压力下的平均比热容，T
is
是送入房间i的空气的温度，是房间i和房间j之间的窗户面积，是房间i和j之间的玻璃窗的透射率；是辐射到房间i的单位面积辐射热通量密度，表示房间i中内部产生的热量；是房间i周围所有节点的集合；
[0029]建立模型的扰动方程如下：
[0030][0031]其中，d
t
表示房间模型的扰动量，表示所有相邻房间的温度，表
[0032]示房间的内部热量，表示墙壁上的辐射热通量密度，g()为函数；建立模型的非线性状态方程：
[0033][0034]y
t
＝Cx
t
[0035]其中，x
t
∈R
n
代表热网络中的节点温度状态变量向量，u
t
∈R
lm
是每个制热区的输入向量，包括空气质量流量和送风温度两个变量；y
t
∈R
m
是系统的输出向量，表示制热区域温度，C是矩阵，t表示时间。
[0036]作为上述方案的改进，所述建立模型的非线性状态方程之后，还包括：
[0037]考虑空气质量流量在白天是恒定的，而在夜间是另一个恒定值，将所述非线性状态方程分为两个线性子方程，得到状态空间模型如下：
[0038][0039]其中，d
k
为干扰矢量，E表示具有预设维数的矩阵，下标“d”和“n”分别表示白天和黑夜，A和B分别为状态空间模型中随着步长更新的第一矩阵和第二矩阵，k为时刻点，x
k
表示k时刻的节点温度的状态向量。
[0040]作为上述方案的改进，所述根据环境的物理参数，建立具有热动态损的控制体平衡控制方程式，并根据所述平衡控制方程式，构建考虑建筑物内部不同温度区域的智能建筑损模型，具体包括：
[0041]将每个房间视为控制空间，建立以下具有热动态损耗的控制体平衡控制方程式：
[0042][0043]其中，表示第i个房间的损失率，T0是空气参考温度，T
ir
表示第i个房间的温度；是传给房间i的热量，表示房间i做功导致的转移速率，表示空气流入或流出房间i的空气质量流量，ψ表示与质量流相关的量，代表房间i的变化率，是房间i周围所有节点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种建筑能量管理的优化方法，其特征在于，包括：根据能量网络理论和建筑物蓄热特性，建立基于热阻热容网络的建筑物能量传递模型；根据环境的物理参数，建立具有热动态损的控制体平衡控制方程式，并根据所述平衡控制方程式，构建考虑建筑物内部不同温度区域的智能建筑损模型；以损最小为目标，构建建筑的暖通空调系统优化调控模型。2.如权利要求1所述的建筑能量管理的优化方法，其特征在于，所述根据能量网络理论和建筑物蓄热特性，建立基于热阻热容网络的建筑物能量传递模型，具体包括：根据能量网络理论，以温度作为强度量和以热流作为广延量进行分析，得到热传导方程；根据所述热传导方程，结合介质温度升高所吸收的热量等于两个传导截面间热流率的差值的特性，得到热储存方程；根据所述热传导方程和所述热储存方程，得到热传导的热阻热容网络模型；基于所述热阻热容网络模型，利用节点建模的方法，将建筑物视为包含墙壁节点和房间节点的网络图形，并考虑建筑物能量变化的动态特性和状态方程，建立建筑物能量传递模型，其中，所述动态特性包括每个墙壁的热传递、每个房间的热传递及模型的扰动方程。3.如权利要求2所述的建筑能量管理的优化方法，其特征在于，所述根据能量网络理论，以温度作为强度量和以热流作为广延量进行分析，得到热传导方程，具体为：所述热传导方程如下：其中，H
Q
表示广延量热流，X
T
表示强度量温度，k和A分别表示导热系数和面积，l为热传导方向上的长度。4.如权利要求2所述的建筑能量管理的优化方法，其特征在于，所述根据所述热传导方程，结合介质温度升高所吸收的热量等于两个传导截面间热流率的差值的特性，得到热储存方程，具体为：所述热储存方程具体为：其中，H
Q
表示广延量热流，X
T
表示强度量温度，k和A分别表示导热系数和面积，l为热传导方向上的长度，ρ和c是分别为介质的密度和比热容。5.如权利要求2所述的建筑能量管理的优化方法，其特征在于，所述考虑建筑物能量变化的动态特性和状态方程，建立建筑物能量传递模型，具体包括：建立墙壁的热传递方程如下：其中，是房间i和房间j之间的墙的热容，表示房间i和j之间的墙壁的温度，表
示房间i和房间j之间的墙的中心线与房间i和j之间的墙的侧面之间的热阻，r
ij
表示壁面标识符，0表示内壁，1表示外围壁；表示第j个房间的温度，α
ij
和分别为房间i和j之间的辐射热吸收系数和房间i和房间j之间的墙壁的面积，表示房间i和j之间的墙的辐射热通量密度，是节点w
ij
的所有相邻节点的集合；建立房间的热传递方程如下：其中，表示第i个房间的温度，表示第j个房间的温度，表示房间的热容；π
ij
是窗户标识符，如果房间i和j之间没有窗户，则π
ij
等于0，否则等于1；表示房间i和j之间的墙壁的温度，表示房间i和房间j之间的墙的中心线与房间i和j之间的墙的侧面之间的热阻，表示房间i和房间j之间的窗户的热阻，表示空气流入或流出房间i的空气质量流量，c
pavg
表示恒定压力下的平均比热容，是送入房间i的空气的温度，是房间i和房间j之间的窗户面积，是房间i和j之间的玻璃窗的透射率；是辐射到房间i的单位面积辐射热通量密度，表示房间i中内部产生的热量；是房间i周围所有节点的集合；建立模型的扰动方程如下：其中，d
t
表示房间模型的扰动量，表示所有相邻房间的温度，表示房间的内部热量，表示墙壁上的辐射热通量密度，g()为函数；建立模型的非线性状态方程：y
t
＝Cx
t
其中，x
t
∈R
n
代表热网络中的节点温度状态变量向量，u
t
∈R
lm
是每个制热区的输入向量，包括空气质量流量和送风温度两个变量；...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢平平，
申请(专利权)人：中国南方电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：