建筑居室环境建模、管控与整改及能耗预测

《建筑居室环境建模、管控与整改及能耗预测》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、建筑居室环境建模、管控与整改及能耗预测-->1绪论1.1引言当今，人类社会面临前所未有的两大挑战：能源短缺和环境恶化。我国是能源消耗大国，建筑能耗己占社会能源总消耗量的四分之一以上，且随着大型、高能耗建筑的不断兴建，这一比例还在逐年升高。因此，通过科学技术手段促进建筑节能对于我国的可持续发展战略十分重要。如何提高建筑能源的使用效率是一个涵盖建筑、热工、控制以及管理等多学科、多部门的综合性课题。从控制学角度看，建筑能量系统是一个非线性、多变量、分布式的复杂系统，建筑节能目标的实现涉及到建筑环境的控制与优化、建筑能量的预测与管理等诸多方面的子课题。

2、就建筑环境的控制与优化而言，降低建筑能耗不意味着要牺牲建筑环境的舒适性。换言之，建筑环境的控制与优化应同时满足节能、热舒适度、室内空气质量等多个因标。对建筑环境的准确建模是实现上述目标的基础。目前，对建筑环境的建模已有许多行之有效的办法，包括实地测量、经验模型、多区域网络模型⑴等简化方法，以及区域模型⑵　　建筑居室环境建模、管控与整改及能耗预测-->1绪论1.1引言当今，人类社会面临前所未有的两大挑战：能源短缺和环境恶化。我国是能源消耗大国，建筑能耗己占社会能源总消耗量的四分之一以上，且随着大型、高能耗建筑的不断兴建，这一比例还在逐年升高。因此

3、，通过科学技术手段促进建筑节能对于我国的可持续发展战略十分重要。如何提高建筑能源的使用效率是一个涵盖建筑、热工、控制以及管理等多学科、多部门的综合性课题。从控制学角度看，建筑能量系统是一个非线性、多变量、分布式的复杂系统，建筑节能目标的实现涉及到建筑环境的控制与优化、建筑能量的预测与管理等诸多方面的子课题。就建筑环境的控制与优化而言，降低建筑能耗不意味着要牺牲建筑环境的舒适性。换言之，建筑环境的控制与优化应同时满足节能、热舒适度、室内空气质量等多个因标。对建筑环境的准确建模是实现上述目标的基础。目前，对建筑环境的建模已有许多行之有效的办法，包括

4、实地测量、经验模型、多区域网络模型⑴等简化方法，以及区域模型⑵、计算流体力学（CFD)等相对精确的方法。每一种方法都有它自身的优点和缺陷。就建模精度而言，CFD仿真是最精确的。它通过求解Navier-Stokes方程组获得建筑室内温度分布、风速流场、污染物浓度分布等详细信息。然而其建模复杂度和冗长的仿真时间限制了它的应用场合。对暖通空调（HVAC)设备的优化控制是实现上述目标的主要手段。随着控制理论的持续发展，建筑环境的控制方法从最早的开关控制、PID控制，发展为目前的PID、模糊控制、神经网络控制、遗传算法优化控制及其相互结合的各种方法控制0

5、标也从设定的局部温度控制、流速控制等单一目标，变为整体建筑动态的节能、热舒适度、室内空气质量（IAQ)等多变量优化目标。在环境优化控制策略中，如何针对候选控制变量快速准确地解算环境响应是一个核心问题。由于现成的建筑环境模型很难同时满足实时性和精确度要求，通常的做法是假设室内空气完全混合，采用经验模型的方法求解建筑能量的预测与管理更关注多尺度（单栋建筑、建筑群乃至整个城市）的建筑能量使用问题。对建筑能耗进行准确预测是建筑能源管理的重要环节，它可以指导未来能源使用，帮助检查能耗异常以及诊断可能的能耗设备故障等。影响建筑物能耗的因素很多，包括建筑物的

6、地理位置、体型尺寸、占有率、围护结构、窗墙比、室外温度及太阳辐射等等。在建筑设计阶段，建筑能耗可通过度日法、BIN法、冷负荷系数法等工程简化方法进行估算也可通过DOE-2li4l、EnergyPlusfkDeST_等专业能耗模拟软件进行精确建模。对于历史能耗信息己知的既有建筑，回归分析法、神经网络法等是较为常用的预测方法。其中，经过美国釆暖、制冷与空调工程师学会（ASHRAE)连续两届的建筑能耗预测竞赛，神经网络方法以其最佳预测精度成为过去十多年主流的数据驱动型能耗预测方法,。从控制学免度出发，先进控制技术的飞速发展使得建筑环境与能量的上述方而

7、仍存在有待深入研究之处，包括同时满足精度与实时性要求的环境建模方法研究，更精确的环境控制与优化策略研究，以及运用当前先进人工智能算法的能耗预测技术研究等等。1.2研究背景1.2.1国际能源现状能源，是一切人类活动的物质基础。广泛利用的能源，即常规能源，主要包括石油、煤炭和天然气。按国际能源署（IEA)2010年数据,这三者占全球一次能源供给的80%以上，而清洁能源，如地热、太阳能、风能等，仅占0.9%。常规能源储量有限，又在各国分布极不均匀，山此带来的全球能源问题显得不可调和。随着经济和人口增长的放缓，以及能源结构的调盤，欧英发达国家的常规能源

8、需求不断下降。根据《BP世界能源统计2012》数据,2011年的全球能源消耗量增长2.5%，低于2010年5.1%的增长率。能耗挣增长全部来自新兴工业