CN110906510A - 一种内嵌管式围护结构供冷最优间歇调控方案的确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内嵌管式围护结构供冷最优间歇调控方案的确定方法，该方法包括以下步骤：一、建立住宅建筑及内嵌管式围护结构的物理模型；二、设定住宅建筑模型和内嵌管式围护结构的结构及热工参数，并设置住宅建筑模型的内外扰；三、确定内嵌供冷水管的供冷时长方案和供冷时长评价指标并获取供冷时长评价指标的权重；四、住宅建筑模型中最优供冷时长方案的获取；五、住宅建筑模型中最优供冷时间分布方案的获取。本发明方法步骤简单，有效地结合了主、客观因素对供冷时长方案和供冷时间分布方案进行的优化，确定的最优间歇方案更符合实际供冷需求，又不失科学客观，有效地解决热舒适性与节能性及经济性三个目标权衡的优化设计问题。

Description

一种内嵌管式围护结构供冷最优间歇调控方案的确定方法

技术领域

本发明属于内嵌管式围护结构领域，尤其是涉及一种内嵌管式围护结构供冷最优间歇调控方案的确定方法。

背景技术

内嵌管式围护结构是在建筑建造初期将建筑体如楼板、地板或墙体等围护结构内嵌入流体管道，通过供冷管道内水的流动来转移热量，以达到供冷效果。内嵌管式围护结构供冷构件可视为一个冷源，同时又是一个大的蓄冷体，其蓄放热特性使得间歇调节具有优越性，其冷延迟特性可使间歇运行的围护结构供冷系统在保持室内温度稳定性的基础上发挥其节能特性。尽管国内已有不少工程意识到间歇供冷的优点，并在实际中尝试采用，但由于缺乏确定系统最优间歇运行方案的方法，只能根据经验看天供冷，主观设定供冷时段,使得间歇供冷无法充分发挥其优越性。

另外现有对内嵌管式围护结构的间歇运行研究大多是对特定条件下的系统调控方案、控制算法的研究，各研究结论差别较大，缺乏系统地综合分析研究。对间歇方案大多主观性设定一种方案来分析，多种间歇方案的优劣对比及最优方案的探寻尚缺乏研究。内嵌管式围护结构间歇调控方案的优化应从提高热舒适性与减少系统能耗及运行费用三方面着手，然而，一个性能指标增加，另一个性能指标可能就会降低，因此最优间歇调控方案的确定是一个解决热舒适性与节能性及经济性三个目标权衡的优化设计问题。尽管国内已有不少工程意识到间歇供冷的优点，并在实际中尝试采用，但现有工程大多对间歇方案主观性设定，容易陷入单一性能指标最优、而其它性能指标较差的弊端，无法实现舒适性、节能性及经济性多目标综合最优。

因此，需要一种内嵌管式围护结构供冷最优间歇调控方案的确定方法，在间歇供冷的基础上，科学、客观、准确的确定最优的间歇调控方案，有效地解决热舒适性与节能性及经济性三个目标权衡的优化设计问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种内嵌管式围护结构供冷最优间歇调控方案的确定方法，其方法步骤简单，设计合理且成本低，在间歇供冷的基础上，科学、客观、准确的确定最优的间歇调控方案，有效地解决热舒适性与节能性及经济性三个目标权衡的优化设计问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种内嵌管式围护结构供冷最优间歇调控方案的确定方法，其特征在于：

步骤一、建立住宅建筑及内嵌管式围护结构的物理模型：

步骤101、采用计算机通过TRNSYS仿真模拟软件建立住宅建筑模型；

步骤102、在住宅建筑模型的地板内设置内嵌供冷水管作为内嵌管式围护结构，住宅建筑模型内设置新风系统；

步骤二、设定住宅建筑模型和内嵌管式围护结构的结构及热工参数，并设置住宅建筑模型的内外扰：

步骤201、设定住宅建筑模型和内嵌管式围护结构的结构及热工参数；

步骤202、设置住宅建筑模型的内外扰；

步骤三、确定内嵌供冷水管的供冷时长方案和供冷时长评价指标并获取供冷时长评价指标的权重：

步骤301、设置内嵌供冷水管的供冷时长方案；其中，内嵌供冷水管的供冷时长方案为m个；

步骤302、确定内嵌供冷水管的供冷时长方案的供冷时长评价指标；其中，内嵌供冷水管的供冷时长方案的供冷时长评价指标为n个；

步骤303、采用计算机建立判断矩阵A，则判断矩阵A为

其中，e表示第e个供冷时长评价指标，j表示第j个供冷时长评价指标，j、e和n均为正整数，1≤e≤n，1≤j≤n，a_ej表示第e个供冷时长评价指标相对第j个供冷时长评价指标之间的比例标度，当e小于j时a_ej的取值范围为1～9，当e等于j时a_ej＝a_ee＝1，判断矩阵A中以主对角线为轴的两边的对应元素是互为倒数的；

步骤304、采用计算机获取判断矩阵A的最大特征值所对应的归一化特征向量为权重向量W＝(w₁,w₂,...w_j,...w_n)^T，则w_j为第j个供冷时长评价指标的权重；

步骤四、住宅建筑模型中最优供冷时长方案的获取：

步骤401、采用计算机通过TRNSYS仿真模拟软件对住宅建筑模型在各个供冷时长方案下进行供冷模拟，并得到各个供冷时长方案下各个供冷时长评价指标模拟值；

步骤402、采用计算机从各个供冷时长方案下各个供冷时长评价指标模拟值下，得到各个供冷时长评价指标的最优值，并将第j个供冷时长评价指标的最优值记作y_0j；

步骤403、采用计算机构造原始数据矩阵

其中，i表示第i个供冷时长方案，i和m均为正整数，1≤i≤m，j和n均为正整数，1≤j≤n，y_ij表示第i个供冷时长方案下第j个供冷时长评价指标的模拟值；

表示步骤404、采用计算机根据公式

得到第i个供冷时长方案下第j个供冷时长评价指标的标准化评价值，采用计算机根据公式

得到第i个供冷时长方案下第j个供冷时长评价指标的最优值标准化，将步骤403中的原始数据矩阵转换为无量纲矩阵X，如下式：

步骤405、采用计算机根据公式

得到第i个供冷时长方案第j个供冷时长评价指标对于第j个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度r_ij；其中，ζ表示分辨系数，0＜ζ＜1；

步骤406、采用计算机根据第i个供冷时长方案第j个供冷时长评价指标对于第j个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度r_ij，得到评价矩阵R，如下式：

步骤407、采用计算机根据公式G＝W^T×R^T，得到灰色关联度向量G，采用计算机设定灰色关联度向量G为G＝(g₁,g₂,...g_i,...g_m)，则

g_i表示第i个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度，g₁表示第1个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度，g₂表示第2个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度，g_m表示第m个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度；

步骤408、将第1个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度g₁，第2个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度g₂，...，第i个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度g_i，...，第m个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度g_m按照从小到大顺序进行排序，得到供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度的最大值g_max，则供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度的最大值g_max所对应的供冷时长方案为最优供冷时长方案；

步骤五、住宅建筑模型中最优供冷时间分布方案的获取：

步骤501、基于步骤408中所获取的最优供冷时长方案中设置内嵌供冷水管的供冷时间分布方案；其中，内嵌供冷水管的供冷时间分布方案为f个；

步骤502、确定内嵌供冷水管的供冷时间分布方案的评价指标；其中，内嵌供冷水管的供冷时间分布方案的评价指标为h个；

步骤503、按照步骤303至步骤408所述的方法，得到最优供冷时间分布方案。

上述的内嵌管式围护结构供冷最优间歇调控方案的确定方法，其特征在于：步骤102中设定内嵌供冷水管的供水流量，内嵌供冷水管的供水温度，新风系统的新风量换气次数，新风系统的送风温度，以及新风系统运行时间。

上述的内嵌管式围护结构供冷最优间歇调控方案的确定方法，其特征在于：步骤201中住宅建筑模型的结构包括外墙、内墙和地板的结构层，外墙、内墙和地板的结构层的厚度，以及窗位置，住宅建筑模型热工参数包括外墙、内墙和地板的导热系数、热容、密度和传热系数，以及窗的传热系数和太阳得热系数；

内嵌管式围护结构的结构包括内嵌供冷水管的管间距、管外径和管壁厚，内嵌管式围护结构的热工参数包括管壁导热系数。

上述的内嵌管式围护结构供冷最优间歇调控方案的确定方法，其特征在于：步骤202中住宅建筑模型的内扰类型包括人员、照明及设备，并设置人员的作息时间和在室率，照明的作息时间和使用率，设备的作息时间和使用率；住宅建筑模型的外扰因素包括室外空气干球温度、室外空气相对湿度、太阳辐射强度和室外风速。

上述的内嵌管式围护结构供冷最优间歇调控方案的确定方法，其特征在于：步骤304中采用计算机获取判断矩阵A的最大特征值所对应的归一化特征向量为权重向量W＝(w₁,w₂,...w_j,...w_n)^T，则w_j为第j个供冷时长评价指标的权重，具体过程如下：

步骤3041、当n≤2时，执行步骤3042和步骤3043，得到第j个供冷时长评价指标的权重；当n≥3时，执行步骤3044和步骤3047，得到第j个供冷时长评价指标的权重；

步骤3042、采用计算机求解判断矩阵A的最大特征值对应的特征向量，并将判断矩阵A的最大特征值对应的特征向量，记作判断矩阵A的特征向量

其中，

表示判断矩阵A的特征向量的第一个元素，

表示判断矩阵A的特征向量的第2个元素，

表示判断矩阵A的特征向量的第j个元素，

表示判断矩阵A的特征向量的第n个元素；

步骤3043、采用计算机根据公式

得到判断矩阵A的特征向量的第j个元素的归一化值，则将判断矩阵A的特征向量

进行归一化处理，得到判断矩阵A的归一化特征向量W，W＝(w₁,w₂,...,w_j,...,w_n)^T；其中，w₁表示判断矩阵A的特征向量的第一个元素的归一化值，w₂表示判断矩阵A的特征向量的第2个元素的归一化值，w_j表示判断矩阵A的特征向量的第j个元素的归一化值，w_n表示判断矩阵A的特征向量的第n个元素的归一化值；

步骤3044、采用计算机根据公式b_ej＝log₁₀(a_ej)，得到中间比例标度b_ej；采用计算机根据公式

得到中间变量c_ej；

步骤3045、采用计算机根据公式a^* _ej＝10^cej，得到拟优一致化后第e个供冷时长评价指标和第j个供冷时长评价指标的比例标度a^* _ej，从而得到拟优一致化后判断矩阵A^*；

步骤3046、重复步骤3042和步骤3043，得到拟优一致化后判断矩阵A^*的归一化特征向量；

步骤3047、采用计算机将归一化特征向量和拟优一致化后判断矩阵A^*的归一化特征向量记作权重向量W＝(w₁,w₂,...w_j,...w_n)^T，则w_j为第j个供冷时长评价指标的权重。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、所采用的内嵌管式围护结构供冷最优间歇调控方案的确定方法步骤简单、实现方便且操作简便，该方法科学、客观、准确性高，确保室内的热舒适指标保持在一定的舒适范围内并减少系统能耗与运行费用。

2、本发明方法能够对不同间歇调控方案进行优劣排序对比，可以确定最优方案，可以解决现有工程中根据经验看天间歇供冷的问题，避免设定控制方案的主观性，可使间歇供冷充分发挥其节能特性，有利于实现内嵌管式围护结构系统控制方案的优化设计。

3、本发明采用多目标优化对间歇运行调控方案优化设计，系统评价指标考虑了室内热舒适性、系统节能性与经济性，考虑因素全面，有效地解决热舒适性与节能性及经济性三个目标权衡的优化设计问题，控制目标可实现多目标综合最优，避免了实际工程中容易出现的单一性能指标最优、而其它性能指标较差的弊端。

4、本发明对间歇供冷方案设定，考虑了不同的供冷时长及供冷时间分布，采用逐步递进的方法，先优化供冷时长，再优化供冷时间分布，简化了优化设计的工作量与繁琐性，但也能保证实际应用范围的全面性。

5、本发明利用判断矩阵的最大特征值所对应的归一化特征向量为供冷时长评价指标的权重向量，因为判断矩阵能体现一定的主观作用，由此确定的评价指标的权重能符合实际，也能满足不同控制目标及目标侧重的需求；在此基础上，利用各个供冷时长评价指标模拟值和各个供冷时长评价指标的最优值，得到评价矩阵，从而描述各方案在各评价指标下的模拟数据与最优值的接近程度，避免主观因素干扰，科学客观地获取最优间歇调控方案。通过评价指标的权重向量和评价矩阵的结合更能确保在符合多目标优化的供冷控制需求下，得出准确有效的最优间歇调控方案。

6、所采用的住宅建筑模型中最优供冷时长方案获取过程中，综合考虑了住宅建筑模型和内嵌管式围护结构的结构及热工参数，以及住宅建筑模型的内外扰，从而提高了最优间歇调控方案的确定方法的准确性。

综上所述，本发明方法步骤简单，设计合理且成本低，在间歇供冷的基础上，有效地结合了主、客观因素对供冷时长方案和供冷时间分布方案进行的优化，确定的最优间歇方案更符合实际供冷需求，又不失科学客观，有效地解决热舒适性与节能性及经济性三个目标权衡的优化设计问题。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明内嵌管式围护结构供冷最优间歇调控方案的确定方法的流程框图。

具体实施方式

如图1所示的一种内嵌管式围护结构供冷最优间歇调控方案的确定方法，包括以下步骤：

步骤一、建立住宅建筑及内嵌管式围护结构的物理模型：

步骤101、采用计算机通过TRNSYS仿真模拟软件建立住宅建筑模型；

步骤102、在住宅建筑模型的地板内设置内嵌供冷水管作为内嵌管式围护结构，住宅建筑模型内设置新风系统；

步骤二、设定住宅建筑模型和内嵌管式围护结构的结构及热工参数，并设置住宅建筑模型的内外扰：

步骤201、设定住宅建筑模型和内嵌管式围护结构的结构及热工参数；

步骤202、设置住宅建筑模型的内外扰；

步骤三、确定内嵌供冷水管的供冷时长方案和供冷时长评价指标并获取供冷时长评价指标的权重：

步骤301、设置内嵌供冷水管的供冷时长方案；其中，内嵌供冷水管的供冷时长方案为m个；

步骤302、确定内嵌供冷水管的供冷时长方案的供冷时长评价指标；其中，内嵌供冷水管的供冷时长方案的供冷时长评价指标为n个；

步骤303、采用计算机建立判断矩阵A，则判断矩阵A为

其中，e表示第e个供冷时长评价指标，j表示第j个供冷时长评价指标，j、e和n均为正整数，1≤e≤n，1≤j≤n，a_ej表示第e个供冷时长评价指标相对第j个供冷时长评价指标之间的比例标度，当e小于j时a_ej的取值范围为1～9，当e等于j时a_ej＝a_ee＝1，判断矩阵A中以主对角线为轴的两边的对应元素是互为倒数的；

本实施例中，当e大于j时

a_je表示第j个供冷时长评价指标相对第e个供冷时长评价指标之间的比例标度，0＜a_je≤1；

步骤304、采用计算机获取判断矩阵A的最大特征值所对应的归一化特征向量为权重向量W＝(w₁,w₂,...w_j,...w_n)^T，则w_j为第j个供冷时长评价指标的权重；

步骤四、住宅建筑模型中最优供冷时长方案的获取：

步骤401、采用计算机通过TRNSYS仿真模拟软件对住宅建筑模型在各个供冷时长方案下进行供冷模拟，并得到各个供冷时长方案下各个供冷时长评价指标模拟值；

步骤402、采用计算机从各个供冷时长方案下各个供冷时长评价指标模拟值下，得到各个供冷时长评价指标的最优值，并将第j个供冷时长评价指标的最优值记作y_0j；

步骤403、采用计算机构造原始数据矩阵

其中，i表示第i个供冷时长方案，i和m均为正整数，1≤i≤m，j和n均为正整数，1≤j≤n，y_ij表示第i个供冷时长方案下第j个供冷时长评价指标的模拟值；

表示步骤404、采用计算机根据公式

得到第i个供冷时长方案下第j个供冷时长评价指标的标准化评价值，采用计算机根据公式

得到第i个供冷时长方案下第j个供冷时长评价指标的最优值标准化，将步骤403中的原始数据矩阵转换为无量纲矩阵X，如下式：

步骤405、采用计算机根据公式

得到第i个供冷时长方案第j个供冷时长评价指标对于第j个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度r_ij；其中，ζ表示分辨系数，0＜ζ＜1；

步骤406、采用计算机根据第i个供冷时长方案第j个供冷时长评价指标对于第j个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度r_ij，得到评价矩阵R，如下式：

步骤407、采用计算机根据公式G＝W^T×R^T，得到灰色关联度向量G，采用计算机设定灰色关联度向量G为G＝(g₁,g₂,...g_i,...g_m)，则

g_i表示第i个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度，g₁表示第1个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度，g₂表示第2个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度，g_m表示第m个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度；

步骤408、将第1个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度g₁，第2个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度g₂，...，第i个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度g_i，...，第m个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度g_m按照从小到大顺序进行排序，得到供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度的最大值g_max，则供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度的最大值g_max所对应的供冷时长方案为最优供冷时长方案；

步骤五、住宅建筑模型中最优供冷时间分布方案的获取：

步骤501、基于步骤408中所获取的最优供冷时长方案中设置内嵌供冷水管的供冷时间分布方案；其中，内嵌供冷水管的供冷时间分布方案为f个；

步骤502、确定内嵌供冷水管的供冷时间分布方案的评价指标；其中，内嵌供冷水管的供冷时间分布方案的评价指标为h个；

步骤503、按照步骤303至步骤408所述的方法，得到最优供冷时间分布方案。

本实施例中，步骤102中设定内嵌供冷水管的供水流量，内嵌供冷水管的供水温度，新风系统的新风量换气次数，新风系统的送风温度，以及新风系统运行时间。

本实施例中，步骤201中住宅建筑模型的结构包括外墙、内墙和地板的结构层，外墙、内墙和地板的结构层的厚度，以及窗位置，住宅建筑模型热工参数包括外墙、内墙和地板的导热系数、热容、密度和传热系数，以及窗的传热系数和太阳得热系数；

内嵌管式围护结构的结构包括内嵌供冷水管的管间距、管外径和管壁厚，内嵌管式围护结构的热工参数包括管壁导热系数。

本实施例中，步骤202中住宅建筑模型的内扰类型包括人员、照明及设备，并设置人员的作息时间和在室率，照明的作息时间和使用率，设备的作息时间和使用率；住宅建筑模型的外扰因素包括室外空气干球温度、室外空气相对湿度、太阳辐射强度和室外风速。

本实施例中，步骤304中采用计算机获取判断矩阵A的最大特征值所对应的归一化特征向量为权重向量W＝(w₁,w₂,...w_j,...w_n)^T，则w_j为第j个供冷时长评价指标的权重，具体过程如下：

步骤3041、当n≤2时，执行步骤3042和步骤3043，得到第j个供冷时长评价指标的权重；当n≥3时，执行步骤3044和步骤3047，得到第j个供冷时长评价指标的权重；

步骤3042、采用计算机求解判断矩阵A的最大特征值对应的特征向量，并将判断矩阵A的最大特征值对应的特征向量，记作判断矩阵A的特征向量

其中，

表示判断矩阵A的特征向量的第一个元素，

表示判断矩阵A的特征向量的第2个元素，

表示判断矩阵A的特征向量的第j个元素，

表示判断矩阵A的特征向量的第n个元素；

步骤3043、采用计算机根据公式

得到判断矩阵A的特征向量的第j个元素的归一化值，则将判断矩阵A的特征向量

进行归一化处理，得到判断矩阵A的归一化特征向量W，W＝(w₁,w₂,...,w_j,...,w_n)^T；其中，w₁表示判断矩阵A的特征向量的第一个元素的归一化值，w₂表示判断矩阵A的特征向量的第2个元素的归一化值，w_j表示判断矩阵A的特征向量的第j个元素的归一化值，w_n表示判断矩阵A的特征向量的第n个元素的归一化值；

步骤3044、采用计算机根据公式b_ej＝log₁₀(a_ej)，得到中间比例标度b_ej；采用计算机根据公式

得到中间变量c_ej；

步骤3045、采用计算机根据公式a^* _ej＝10^cej，得到拟优一致化后第e个供冷时长评价指标和第j个供冷时长评价指标的比例标度a^* _ej，从而得到拟优一致化后判断矩阵A^*；

步骤3046、重复步骤3042和步骤3043，得到拟优一致化后判断矩阵A^*的归一化特征向量；

步骤3047、采用计算机将归一化特征向量和拟优一致化后判断矩阵A^*的归一化特征向量记作权重向量W＝(w₁,w₂,...w_j,...w_n)^T，则w_j为第j个供冷时长评价指标的权重。

本实施例中，实际使用过程中，采用计算机根据公式b_je＝log₁₀(a_je)，得到中间比例标度b_je。

本实施例中，住宅建筑模型为三室两厅户型，住宅建筑模型的建筑面积为115平方米，住宅建筑模型的层高为3米。住宅建筑模型各房间的窗户及尺寸分别是主卧室南窗尺寸为2.3m×1.5m，一次卧室北窗尺寸为1.5m×1.5m，二次卧室北窗尺寸为1.5m×1.5m，客厅南窗尺寸为2.1m×1.5m，主卧室南窗、一次卧室北窗、二次卧室北窗和客厅南窗的传热系数均为1.40W/m²·K，主卧室南窗、一次卧室北窗、二次卧室北窗和客厅南窗的太阳得热系数为0.589。

本实施例中，住宅建筑模型中卧室南窗所在的墙体、一次卧室北窗所在的墙体、二次卧室北窗所在的墙体和客厅南窗所在的墙体均为外墙，其余为内墙。

本实施例中，住宅建筑模型中外墙由外至内依次为抗裂砂浆复合耐碱玻纤网格布层、低密度聚氨酯层、加气混凝土砌块和水泥砂浆层。内墙由水泥砂浆层、红粘土砖层、水泥砂浆层组成。

本实施例中，住宅建筑模型的地板自下而上依次为抗裂砂浆层、钢筋混凝土层、内嵌供冷水管、水泥砂浆层、木地板层。

本实施例中，住宅建筑模型的结构及热工参数，如表1所示。

表1住宅建筑模型的结构及热工参数

本实施例中，内嵌供冷水管的结构及热工参数，如表2所示。

表2内嵌供冷水管的结构及热工参数

本实施例中，设定内嵌供冷水管的供水流量为600kg/h，内嵌供冷水管的供水温度为18℃，新风系统的新风量换气次数为0.7次/h，新风系统的送风温度为20℃，新风系统24h连续运行；

本实施例中，住宅建筑模型的内扰因素的设置，如表3所示。

表3住宅建筑模型的人员内扰因素表

本实施例中，在室率表示相应作息时间下住宅建筑模型内实际人数与容纳人数的百分比。

表3住宅建筑模型的照明和设备内扰因素表

本实施例中，照明的使用率表示相应作息时间下住宅建筑模型内实际照明散热量与照明的散热量最大值的百分比，设备的使用率表示相应作息时间下建筑模型内实际设备热量与设备的散热量最大值的百分比。

本实施例中，还设置人员静坐时：显热散热量为65.0W/人，潜热散热量为55.0W/人；人员轻体力劳动时：显热散热量为67.4W/人，潜热散热量为55.6W/人；人员睡眠时：显热散热量为34W/人，潜热散热量为45W/人；人员服装热阻为0.5克罗值即clo，1clo＝0.155m²·K/W。

本实施例中，人员轻体力劳动是指劳动强度指数小于15。

本实施例中，本实施例中，内嵌供冷水管的供冷时长方案为4个，即m＝4；内嵌供冷水管的供冷时长方案1为6小时供冷，供冷时段为18:00-0:00；内嵌供冷水管的供冷时长方案2为8小时供冷，供冷时段为18:00-2:00；内嵌供冷水管的供冷时长方案3为12小时供冷，供冷时段为18:00-6:00；内嵌供冷水管的供冷时长方案4为24小时连续供冷；

本实施例中，内嵌供冷水管的供冷时长方案的供冷时长评价指标为2个，即n＝2，供冷时长评价指标为舒适性指标和节能性指标，舒适性指标为PMV指数，节能性指标为内嵌供冷水管的总供冷量，单位为kW·h。

本实施例中，PMV指数为仿真模拟得到的供冷季内的PMV值在B级及B级以上类别中所占的比例。PMV值的分类标准为：A类：-0.2<PMV<+0.2；B类：-0.5<PMV<+0.5；C类：-0.7<PMV<+0.7。A类级别热舒适度最高，B级及以上级别为标准推荐值。

本实施例中，模拟供冷季为西安市典型气象年6月10号～9月10号。

本实施例中，步骤303中判断矩阵A为

则根据步骤3010中的权重向量为W＝(0.6,0.4)^T，即舒适性指标的权重为0.6，节能性指标的权重为0.4。

本实施例中，步骤401中采用计算机通过TRNSYS仿真模拟软件对住宅建筑模型在各个供冷时长方案下进行供冷模拟，并得到供冷时长方案1下PMV指数模拟值y₁₁＝0.77、供冷时长方案1下内嵌供冷水管的总供冷量模拟值y₁₂＝2531kW·h；供冷时长方案2下PMV指数模拟值y₂₁＝0.89、供冷时长方案2下内嵌供冷水管的总供冷量模拟值y₂₂＝2692kW·h；供冷时长方案3下PMV指数模拟值y₃₁＝0.84、供冷时长方案3下内嵌供冷水管的总供冷量模拟值y₃₂＝2874kW·h；供冷时长方案4下PMV指数模拟值y₄₁＝0.35、供冷时长方案4下内嵌供冷水管的总供冷量模拟值y₄₂＝3107kW·h。

本实施例中，舒适性指标的最优值为y₀₁＝0.89，节能性指标的最优值为y₀₂＝2531kW·h。

本实施例中，需要说明的是，舒适性指标越大说明供冷时长方案舒适性越优，内嵌供冷水管的总供冷量越小说明供冷时长方案节能性越优。

本实施例中，步骤403中原始数据矩阵Y为

步骤404中得到的无量纲矩阵X为

步骤406中得到评价矩阵R为

则步骤407中得到的灰色关联度向量G为G＝(0.8154,0.9307,0.7827,0.4286)^T，可以得供冷时长方案2的灰色关联度最高，即在本实施例建筑模型的内嵌管式围护结构下最优供冷时长方案为8小时供冷时长。

本实施例中，步骤405中分辨系数ζ＝0.5。

本实施例中，

为两级最小差；

为两级最小差。

本实施例中，内嵌供冷水管的供冷时长方案为5个，即f＝5；

内嵌供冷水管的供冷时间分布方案1为内嵌供冷水管晚上连续供冷8h，供冷时间分布为18:00-2:00；

内嵌供冷水管的供冷时间分布方案2为内嵌供冷水管白天连续供冷8h，供冷时间分布为8:00-16:00；

内嵌供冷水管的供冷时间分布方案3为内嵌供冷水管运行2h间歇1h，供冷时间分布为18:00-20:00，21:00-23:00，0:00-2:00，3:00-5:00；

内嵌供冷水管的供冷时间分布方案4为内嵌供冷水管运行1h间歇1h，供冷时间分布为18:00-19:00，20:00-21:00，22:00-23:00，0:00-1:00，2:00-3:00，4:00-5:00，6:00-7:00，8:00-9:00；

内嵌供冷水管的供冷时间分布方案5为内嵌供冷水管运行30min间歇30min，供冷时间分布为18:00-18:30，19:00-19:30，20:00-20:30，21:00-21:30，22:00-22:30，23:00-23:30，0:00-0:30，1:00-1:30，2:00-2:30，3:00-3:30，4:00-4:30，5:00-5:30，6:00-6:30，7:00-7:30，8:00-8:30，9:00-9:30。

本实施例中，内嵌供冷水管的供冷时间分布方案的评价指标为3个，即h＝3，内嵌供冷水管的供冷时间分布方案的评价指标为舒适性指标、节能性指标和经济性指标，舒适性指标为PMV指数，节能性指标为内嵌供冷水管的总供冷量且单位为kW·h，经济性指标为系统耗电费用，单位为元。

本实施例中，步骤五住宅建筑模型中最优供冷时间分布方案的获取过程中判断矩阵A为

则根据步骤3044和步骤3045，得到拟优一致化后判断矩阵A^*为

然后根据步骤3046和步骤3047，得到拟优一致化后判断矩阵A^*的归一化特征向量为权重向量为W＝(0.4600,0.3189,0.2211)^T，即舒适性指标的权重为0.4600，节能性指标的权重为0.3189，经济性指标的权重为0.2211。

本实施例中，步骤五中采用计算机通过TRNSYS仿真模拟软件对住宅建筑模型在各个供冷时间分布方案下进行供冷模拟，并得到供冷时间分布方案1下PMV指数模拟值y₁₁＝0.90、供冷时间分布方案1下内嵌供冷水管的总供冷量模拟值y₁₂＝2692kW·h；供冷时间分布方案2下PMV指数模拟值y₂₁＝0.93、供冷时间分布方案2下内嵌供冷水管的总供冷量模拟值y₂₂＝2649kW·h；供冷时间分布方案3下PMV指数模拟值y₃₁＝0.91、供冷时间分布方案3下内嵌供冷水管的总供冷量模拟值y₃₂＝2690kW·h；供冷时间分布方案4下PMV指数模拟值y₄₁＝0.91、供冷时间分布方案4下内嵌供冷水管的总供冷量模拟值y₄₂＝2680kW·h；供冷时间分布方案5下PMV指数模拟值y₅₁＝0.92、供冷时间分布方案5下内嵌供冷水管的总供冷量模拟值y₅₂＝2711kW·h。

本实施例中，实际使用过程中，内嵌管式围护结构冷源采用单级压缩式空气源热泵高温冷水机组，实现供冷。

本实施例中，单级压缩式空气源热泵高温冷水机组的能效比cop为5.4。

本实施例中，经济性指标以内嵌管式围护结构所耗电费F作为其评价参数。内嵌管式围护结构的耗电量计算公式为

W_t为供冷季内嵌供冷水管的耗电量，单位为kW·h；Q_t为供冷季内嵌供冷水管的总供冷量模拟值，单位为kW·h；根据公式F＝W_t×q，得到系统耗电费用F；其中，q表示电价，单位为元/kW·h。

本实施例中，考虑西安如果峰谷分时电价政策：08：00至20：00为用电高峰时段，电价为0.5483元/kW·h；20：00时至次日08：00为用电低谷时段，电价为0.2983元/kW·h。

本实施例中，根据如上得到供冷时间分布方案1下耗电费用为y₁₃＝179.87元，供冷时间分布方案2下耗电费用为y₂₃＝268.97元，供冷时间分布方案3下耗电费用为y₃₃＝179.73元，供冷时间分布方案4下耗电费用为y₄₃＝179.06元，供冷时间分布方案5下耗电费用为y₅₃＝181.13元；

本实施例中，步骤五住宅建筑模型中最优供冷时间分布方案的获取过程中舒适性指标的最优值为y₀₁＝0.93，节能性指标的最优值为y₀₂＝2649kW·h，经济性指标的最优值为y₀₃＝179.06元，

本实施例中，需要说明的是，舒适性指标越大说明供冷时间分布方案舒适性越优，内嵌供冷水管的总供冷量越小说明供冷时间分布方案节能性越优，耗电费用越低说明供冷时间分布方案经济性越优。

本实施例中，步骤五住宅建筑模型中最优供冷时间分布方案的获取过程中原始数据矩阵Y为

无量纲矩阵X为

评价矩阵R为

则步骤五得到的灰色关联度向量G为G＝(0.9244,0.8526,0.9419,0.9495,0.9442)^T，方案的灰色关联度越高，说明该方案的舒适性、节能及经济性三目标综合越优，可以得供冷时间分布方案4的灰色关联度最高，即在建筑模型的内嵌管式围护结构下最优供冷时间分布方案为内嵌供冷水管运行1h间歇1h，供冷时间分布为18:00-19:00，20:00-21:00，22:00-23:00，0:00-1:00，2:00-3:00，4:00-5:00，6:00-7:00，8:00-9:00。

综上所述，本发明方法步骤简单，设计合理且成本低，在间歇供冷的基础上，有效地结合了主、客观因素对供冷时长方案和供冷时间分布方案进行的优化，确定的最优间歇方案更符合实际供冷需求，又不失科学客观，有效地解决热舒适性与节能性及经济性三个目标权衡的优化设计问题。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种内嵌管式围护结构供冷最优间歇调控方案的确定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一、建立住宅建筑及内嵌管式围护结构的物理模型：

步骤101、采用计算机通过TRNSYS仿真模拟软件建立住宅建筑模型；

步骤102、在住宅建筑模型的地板内设置内嵌供冷水管作为内嵌管式围护结构，住宅建筑模型内设置新风系统；

步骤二、设定住宅建筑模型和内嵌管式围护结构的结构及热工参数，并设置住宅建筑模型的内外扰：

步骤201、设定住宅建筑模型和内嵌管式围护结构的结构及热工参数；

步骤202、设置住宅建筑模型的内外扰；

步骤三、确定内嵌供冷水管的供冷时长方案和供冷时长评价指标并获取供冷时长评价指标的权重：

步骤301、设置内嵌供冷水管的供冷时长方案；其中，内嵌供冷水管的供冷时长方案为m个；

步骤302、确定内嵌供冷水管的供冷时长方案的供冷时长评价指标；其中，内嵌供冷水管的供冷时长方案的供冷时长评价指标为n个；

步骤303、采用计算机建立判断矩阵A，则判断矩阵A为

其中，e表示第e个供冷时长评价指标，j表示第j个供冷时长评价指标，j、e和n均为正整数，1≤e≤n，1≤j≤n，a_ej表示第e个供冷时长评价指标相对第j个供冷时长评价指标之间的比例标度，当e小于j时a_ej的取值范围为1～9，当e等于j时a_ej＝a_ee＝1，判断矩阵A中以主对角线为轴的两边的对应元素是互为倒数的；

步骤304、采用计算机获取判断矩阵A的最大特征值所对应的归一化特征向量为权重向量W＝(w₁,w₂,…w_j,…w_n)^T，则w_j为第j个供冷时长评价指标的权重；

步骤四、住宅建筑模型中最优供冷时长方案的获取：

步骤401、采用计算机通过TRNSYS仿真模拟软件对住宅建筑模型在各个供冷时长方案下进行供冷模拟，并得到各个供冷时长方案下各个供冷时长评价指标模拟值；

步骤402、采用计算机从各个供冷时长方案下各个供冷时长评价指标模拟值下，得到各个供冷时长评价指标的最优值，并将第j个供冷时长评价指标的最优值记作y_0j；

步骤403、采用计算机构造原始数据矩阵

其中，i表示第i个供冷时长方案，i和m均为正整数，1≤i≤m，j和n均为正整数，1≤j≤n，y_ij表示第i个供冷时长方案下第j个供冷时长评价指标的模拟值；

表示步骤404、采用计算机根据公式

得到第i个供冷时长方案下第j个供冷时长评价指标的标准化评价值，采用计算机根据公式

得到第i个供冷时长方案下第j个供冷时长评价指标的最优值标准化，将步骤403中的原始数据矩阵转换为无量纲矩阵X，如下式：

步骤405、采用计算机根据公式

得到第i个供冷时长方案第j个供冷时长评价指标对于第j个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度r_ij；其中，ζ表示分辨系数，0＜ζ＜1；

步骤406、采用计算机根据第i个供冷时长方案第j个供冷时长评价指标对于第j个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度r_ij，得到评价矩阵R，如下式：

步骤407、采用计算机根据公式G＝W^T×R^T，得到灰色关联度向量G，采用计算机设定灰色关联度向量G为G＝(g₁,g₂,...g_i,...g_m)，则

g_i表示第i个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度，g₁表示第1个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度，g₂表示第2个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度，g_m表示第m个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度；

步骤408、将第1个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度g₁，第2个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度g₂，...，第i个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度g_i，...，第m个供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度g_m按照从小到大顺序进行排序，得到供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度的最大值g_max，则供冷时长方案与n个供冷时长评价指标的最优值的灰色关联度的最大值g_max所对应的供冷时长方案为最优供冷时长方案；

步骤五、住宅建筑模型中最优供冷时间分布方案的获取：

步骤501、基于步骤408中所获取的最优供冷时长方案中设置内嵌供冷水管的供冷时间分布方案；其中，内嵌供冷水管的供冷时间分布方案为f个；

步骤502、确定内嵌供冷水管的供冷时间分布方案的评价指标；其中，内嵌供冷水管的供冷时间分布方案的评价指标为h个；

步骤503、按照步骤303至步骤408所述的方法，得到最优供冷时间分布方案。

2.按照权利要求1所述的内嵌管式围护结构供冷最优间歇调控方案的确定方法，其特征在于：步骤102中设定内嵌供冷水管的供水流量，内嵌供冷水管的供水温度，新风系统的新风量换气次数，新风系统的送风温度，以及新风系统运行时间。

3.按照权利要求1所述的内嵌管式围护结构供冷最优间歇调控方案的确定方法，其特征在于：步骤201中住宅建筑模型的结构包括外墙、内墙和地板的结构层，外墙、内墙和地板的结构层的厚度，以及窗位置，住宅建筑模型热工参数包括外墙、内墙和地板的导热系数、热容、密度和传热系数，以及窗的传热系数和太阳得热系数；

内嵌管式围护结构的结构包括内嵌供冷水管的管间距、管外径和管壁厚，内嵌管式围护结构的热工参数包括管壁导热系数。

4.按照权利要求1所述的内嵌管式围护结构供冷最优间歇调控方案的确定方法，其特征在于：步骤202中住宅建筑模型的内扰类型包括人员、照明及设备，并设置人员的作息时间和在室率，照明的作息时间和使用率，设备的作息时间和使用率；住宅建筑模型的外扰因素包括室外空气干球温度、室外空气相对湿度、太阳辐射强度和室外风速。

5.按照权利要求1所述的内嵌管式围护结构供冷最优间歇调控方案的确定方法，其特征在于：步骤304中采用计算机获取判断矩阵A的最大特征值所对应的归一化特征向量为权重向量W＝(w₁,w₂,...w_j,...w_n)^T，则w_j为第j个供冷时长评价指标的权重，具体过程如下：

步骤3041、当n≤2时，执行步骤3042和步骤3043，得到第j个供冷时长评价指标的权重；当n≥3时，执行步骤3044和步骤3047，得到第j个供冷时长评价指标的权重；

步骤3042、采用计算机求解判断矩阵A的最大特征值对应的特征向量，并将判断矩阵A的最大特征值对应的特征向量，记作判断矩阵A的特征向量

其中，

表示判断矩阵A的特征向量的第一个元素，

表示判断矩阵A的特征向量的第2个元素，

表示判断矩阵A的特征向量的第j个元素，

表示判断矩阵A的特征向量的第n个元素；

步骤3043、采用计算机根据公式

得到判断矩阵A的特征向量的第j个元素的归一化值，则将判断矩阵A的特征向量

进行归一化处理，得到判断矩阵A的归一化特征向量W，W＝(w₁,w₂,...,w_j,...,w_n)^T；其中，w₁表示判断矩阵A的特征向量的第一个元素的归一化值，w₂表示判断矩阵A的特征向量的第2个元素的归一化值，w_j表示判断矩阵A的特征向量的第j个元素的归一化值，w_n表示判断矩阵A的特征向量的第n个元素的归一化值；

步骤3044、采用计算机根据公式b_ej＝log₁₀(a_ej)，得到中间比例标度b_ej；采用计算机根据公式

得到中间变量c_ej；

步骤3045、采用计算机根据公式

得到拟优一致化后第e个供冷时长评价指标和第j个供冷时长评价指标的比例标度a^* _ej，从而得到拟优一致化后判断矩阵A^*；

步骤3046、重复步骤3042和步骤3043，得到拟优一致化后判断矩阵A^*的归一化特征向量；

步骤3047、采用计算机将归一化特征向量和拟优一致化后判断矩阵A^*的归一化特征向量记作权重向量W＝(w₁,w₂,...w_j,...w_n)^T，则w_j为第j个供冷时长评价指标的权重。

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