园区建筑光伏一体化围护结构优化方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及建筑性能优化设计技术领域，提供一种园区建筑光伏一体化围护结构优化方法，改方法通过确定优化目标函数；目标函数至少包括本体能耗、热不舒适时间占比、初始增量成本、光伏发电量；确定优化变量及取值范围；建立光伏一体化围护结构多目标优化模型；利用遗传算法执行优化，输出优选设计方案。该方法和系统在优化过程中考虑了立面铺设光伏的影响，并设置本体节能率的约束条件，优化得到的设计方案能够兼顾建筑本体节能、室内热舒适提升、光伏发电量提高、经济性四个目标，利于建筑以更舒适的室内环境以及更低的投入成本实现近零能耗、零能耗目标；模拟和优化过程操作简单、可视性强，能让建筑设计过程与建筑性能优化更好地融合。融合。融合。

【技术实现步骤摘要】
园区建筑光伏一体化围护结构优化方法及系统


[0001]本专利技术涉及建筑性能优化设计
，特别涉及一种园区建筑光伏一体化围护结构优化方法及系统。

技术介绍

[0002]近零能耗建筑(Nearly Zero Energy Building，NZEB)、零能耗建筑(Net Zero Energy Building)已成为全球建筑节能的发展方向，对建筑本体节能和室内环境提出了更高的要求，且需考虑可再生能源利用对建筑能源消耗的平衡和替代。在近零能耗建筑设计过程中，涉及节能、热性能和光性能等建筑性能目标，目标间往往存在相互制约的关系，如建筑节能和热舒适提升。
[0003]CN114267241A公开了一种可模拟多种环境的节能建筑设计方法及其系统，包括有底架，还包括有弧形滑轨架、旋转安装板、日照模拟组件和模拟自然风组件：弧形滑轨架，底架上方固接有弧形滑轨架，弧形滑轨架起导向的作用；旋转安装板，弧形滑轨架下部内侧转动式连接有旋转安装板，旋转安装板下部与底架转动式连接；日照模拟组件，底架上设有日照模拟组件，日照模拟组件用于模拟日照环境，起到了便于对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种园区建筑光伏一体化围护结构优化方法，其特征在于，所述园区建筑光伏一体化围护结构优化方法包括，步骤S1，确定优化目标函数；其中优化目标函数至少包括本体能耗、热不舒适时间占比、初始增量成本、光伏发电量；步骤S2，确定光伏一体化围护结构优化变量及取值范围；步骤S3，建立光伏一体化围护结构多目标优化模型；步骤S4，设置优化参数，至少包括种群大小、最大迭代次数以及交叉变异概率，利用遗传算法执行优化过程，输出建筑光伏一体化围护结构优选设计方案。2.根据权利要求1所述的园区建筑光伏一体化围护结构优化方法，其特征在于，在步骤S1中，本体能耗W0包括供暖能耗W1、制冷能耗W2、照明能耗W3，其中W0＝W1+W2+W3，单位均为kWh/m2；热不舒适时间占比为PMV≤
‑
δ、APMV≤
‑
δ或PMV≥δ、APMV≥δ的时间在全年的占比；其中，PMV为预计平均热感觉指标，APMV为预计适应性平均热感觉指标，δ为0.4
‑
0.6；λ为自适应系数，PMV值大于等于0时取0.21，PMV值小于0时取
‑
0.49；初始增量成本为通过提高围护结构性能以及铺设光伏等技术增加的费用，至少包括材料费、机械费和人工费；C
total
＝(A
l
*d
l
*P
l,i
‑
C
l
‑
initial
)+(A
r
*d
r
*P
r,j
‑
C
r
‑
initial
)+(A
w
*P
w,m
‑
C
w
‑
initial
)+(A
PV，n
*P
PV,n
)其中，C
total
为总的初始增量成本，即外墙、屋面、外窗和光伏组件的增量成本之和，C
l
‑
initial
、C
r
‑
initial
、C
w
‑
initial
分别为基准建筑的外墙、屋面和外窗成本，单位为元。A
l
、A
r
、A
w
分别为外墙、屋面和外窗的面积，A
PV,n
表示不同光伏组件的铺设面积，单位均为m2，d
l
，d
r
分别表示屋面和外墙的保温层厚度，单位均为m；P
l,i
，P
r,j
，P
w,m
，P
PV,n
分别表示不同外墙、屋面的保温材料、不同外窗和光伏组件的单价，单位分别为元/m3、元/m3、元/m2和元/m2；光伏发电量为屋面和各朝向立面的光伏发电量之和，单位为kWh/m2。3.根据权利要求1所述的园区建筑光伏一体化围护结构优化方法，其特征在于，在步骤S2中，确定围护结构优化变量至少包括外墙、屋面保温材料的类型、厚度、外窗类型、各朝向立面窗墙比、立面光伏铺设面积和铺设位置。4.根据权利要求1所述的园区建筑光伏一体化围护结构优化方法，其特征在于，步骤S3中，在基于Rhino环境运行的Grasshopper中建立光伏一体化围护结构多目标优化模型。5.根据权利要求4所述的园区建筑光伏一体化围护结构优化方法，其特征在于，步骤S3包括，步骤S31，在Rhino和Grasshopper中完成基础形体的建模和可视化，优化中建筑形体保持一致；步骤S32，在Honeybee和Ladybug插件中搭建建筑性能模拟模型，包括建筑本体能耗和光伏发电量模拟模型、热不舒适时间占比和初始增量成本计算模型；步骤S33，计算基准建筑的本体能耗值，将本体节能率要求作为优化的约束条件；基准建筑的形状、大小、功能、构造做法及运行工况设置与优化建筑一致，仅围护结构性能、窗墙比、空调系统效率及是否铺设光伏有所差异；
步骤S34，将上述光伏一体化围护结构优化变量以及建筑本体能耗、光伏发电量、热不舒适时间占比和初始增量成本的模拟和计算结果连接到Wallacei插件中，以本体能耗最小、热不舒适时间占比最小、初始增量成本最小以及光伏发电量最大作为目标函数，构建光伏一体化围护结构多目标优化模型。6.根据权利要求1所述的园区建筑光伏一体化围护结构优化方法，其特征在于，步骤S4包括，步骤S41，设置种群大小、最大迭代次数以及交叉变异概率等优化参数；步骤S42，在Honeybee和Ladybug插件随机生成初始围护结构参数组合，执行本体能耗、光伏发电量模拟以及热舒适分析；步骤S43，计算模块执行热不舒适时间占比和初始增量成本计算；步骤S44，将输出的本体能耗、热不舒适时间占比、初始增量成本、光伏发电量值作为遗传算法的适应度函数值，利用Wallacei插件搭载的遗传算法NSGA
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗晓予，卢佳盼，葛坚，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：