CN114415518A - 一种绿色建筑节能方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绿色建筑节能方法，包括如下步骤：步骤一、以建筑物内每个房间为监测对象，按照采样周期，对房间内的照明情况进行实时监测：对房间内的每个照明光源进行编号，获取房间内的每个照明光源i的使用功率P_i和房间内的照明光源的总数量n，计算房间内当前照明光源的使用系数

获取照明光源所在房间的当前光线强度I和照明光源所在房间的标准光线强度I_s，计算当前房间内光线强度系数δ_I；步骤二、根据当前照明光源的使用系数

和当前光线强度系数δ_I对房间内的光强能耗综合等级进行判断；步骤三、根据所述光强能耗综合等级，对房间内多个所述照明光源的使用功率进行调整；对建筑物内每个房间的照明情况分别按照步骤一至步骤三进行实时监控。

Description

一种绿色建筑节能方法

技术领域

本发明属于绿色建筑节能减排技术领域，特别涉及一种绿色建筑节能方法。

背景技术

建筑物室内光环境直接影响到工作效率和室内气氛。绿色建筑中需要提供舒适健康的光环境同时应包括易于观看，安全美观的亮度分布，眩光控制和照度均匀控制等，因此应根据不同的时间、地点调节强光从而不影响阳光的高品质。在提供舒适的光环境的同时，节约照明能耗也是需要考虑的一个问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种绿色建筑节能方法，能够实现建筑物内每个房间内光线强度和照明能耗的同时控制，在保证每个房间内光线强度满足使用标准的条件下实现照明能耗的最小化。

本发明提供的技术方案为：

一种绿色建筑节能方法，包括：

步骤一、以建筑物内每个房间为监测对象，按照采样周期，对房间内的照明情况进行实时监测：

对房间内的每个照明光源进行编号，获取房间内的每个照明光源i的使用功率P_i和房间内的照明光源的总数量n，计算房间内当前照明光源的使用系数

获取照明光源所在房间的当前光线强度I和照明光源所在房间的标准光线强度I_s，计算当前房间内光线强度系数δ_I；

步骤二、根据当前照明光源的使用系数

和当前光线强度系数δ_I对房间内的光强能耗综合等级进行判断；

步骤三、根据所述光强能耗综合等级，对房间内多个所述照明光源的使用功率进行调整；

对建筑物内每个房间的照明情况分别按照步骤一至步骤三进行实时监控。

优选的是，所述房间内当前照明光源的使用系数为：

其中，P_i-max为照明光源P_i的最大使用功率。

优选的是，所述当前房间内光线强度系数为：

其中，I为照明光源所在房间的当前光线强度，I_s为照明光源所在房间的标准光线强度。

优选的是，在所述步骤二中，采用模糊控制方法对房间内的光强能耗综合等级进行判断，包括：

分别将所述房间内当前照明光源的使用系数和当前房间内光线强度系数转化为模糊论域中的量化等级；

将所述房间内当前照明光源的使用系数与当前房间内光线强度系数输入模糊控制模型，所述房间内当前照明光源的使用系数分为5个等级，所述当前房间内光线强度系数分为5个等级；

模糊控制模型输出为房间内的光强能耗综合指数，将房间内的光强能耗综合指数分为5个等级。

优选的是，所述房间内当前照明光源的使用系数的论域为{0，1}，所述当前房间内光线强度系数论域为{0.5，2}，所述房间内的光强能耗综合指数的论域为{0，1}，阈值为0.51。

优选的是，所述房间内当前照明光源的使用系数分为5个等级，模糊集为{N，NM，M，ML，L}；所述当前房间内光线强度系数分为5个等级，模糊集为{L，LM，M，MH，H}；所述房间内的光强能耗综合指数分为5个等级，模糊集为{S，SM，M，MB，B}；隶属函数均选用梯形隶属函数。

优选的是，所述模糊控制模型的控制规则为：

如果所述房间内当前照明光源的使用系数为“L”，所述当前房间内光线强度系数为“H”，则房间内的光强能耗综合指数为“B”，即房间内的光强能耗综合指数高；

如果所述房间内当前照明光源的使用系数为“N”，所述当前房间内光线强度系数“L”，则房间内的光强能耗综合指数为“S”，即房间内的光强能耗综合指数低；

如果所述房间内的光强能耗综合指数为“B”，则表示房间内的光强能耗综合评级不好；如果所述房间内的光强能耗综合指数为“SM或MB”，则表示房间内的光强能耗综合评级处于合理范围；如果房间内的光强能耗综合指数为“M”，该综合指数为综合指数阈值，表示房间内的光强能耗综合评级最好。

优选的是，当所述房间内的光强能耗综合指数为“B或S”时，对所述房间内多个所述照明光源的使用功率进行调整，包括如下步骤：

步骤1、以房间内当前照明光源的使用系数最小为优化目标，对房间内的每个照明光源i的使用功率P_i进行优化，得到多个包含所有P_i(i＝1,2……n)的最优解，组成第一解集；

步骤2、在所述第一解集中筛选出满足δ_I≥1的元素，作为第二解集；

步骤3、对所述第二解集中的元素进行排序后，选取序数最小的元素中的P_i作为房间内对应的照明光源的使用功率。

优选的是，在所述步骤1中，得到所述第一解集，包括如下步骤：

步骤1、采用二进制编码方式，对优化设计变量P_i(i＝1,2……n)进行编码；

步骤2、随机产生第一代种群，所述第一代种群中每个元素都包含优化设计变量P_i(i＝1,2……n)；

步骤3、计算所述第一代种群中每个元素对应的优化目标值，并且根据优化目标值对所述第一代种群中的元素进行快速非支配排序，获得每个元素的非支配序数，以及计算每个元素的拥挤距离；

步骤4、根据每个元素的非支配序数和拥挤距离，从所述第一代种群中选取多个元素进行交叉和变异操作，产生第二代种群；

步骤5、将所述第二代种群与所述第一代种群进行合并；循环进行步骤3-5，直至达到指定的循环次数，得到多个最优解，组成所述第一解集。

本发明的有益效果是：

本发明提供的绿色建筑节能方法，能够实现建筑物内每个房间内光线强度和照明能耗的同时控制，在保证每个房间内光线强度满足使用标准的条件下实现照明能耗的最小化。

具体实施方式

下面对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明提供了一种绿色建筑节能方法，具体过程如下：

一、以建筑物内每个房间为监测对象，按照采样周期，对房间内的照明情况进行实时监测，具体包括：对房间内的每个照明光源进行编号，获取房间内的每个照明光源i的使用功率P_i(i＝1,2……n)和房间内的照明光源的总数量n，计算房间内当前照明光源的使用系数

其中，P_i-max为照明光源P_i的最大使用功率。在本实施例中，P_i-max的取值等于照明光源的额定功率。

获取照明光源所在房间的当前光线强度I和照明光源所在房间的标准光线强度I_s，计算当前房间内光线强度系数δ_I。其中，所述当前房间内光线强度系数为：

式中，I为照明光源所在房间的当前光线强度，I_s为照明光源所在房间的标准光线强度。其中，I_s由房间的功能和时段决定，即为能够满足该房间使用者需求的光线强度，I_s值根据现行标准确定即可，此处不再赘述。

二、根据当前照明光源的使用系数

和房间内当前光线强度系数δ_I对房间内的光强能耗综合等级进行判断。

在本实施例中，采用模糊控制方法对房间内的光强能耗综合等级进行判断，包括如下步骤：

分别将所述房间内当前照明光源的使用系数和当前房间内光线强度系数，以及房间内的光强能耗综合指数转换为模糊论域中的量化等级；将所述房间内当前照明光源的使用系数和当前房间内光线强度系数输入模糊控制模型，房间内当前照明光源的使用系数分为5个等级，当前房间内光线强度系数分为5个等级；模糊控制模型输出为房间内的光强能耗综合指数，将所述房间内的光强能耗综合指数分为5个等级。

房间内当前照明光源的使用系数

和前房间内光线强度系数δ_I为输入变量，以房间内的光强能耗综合指数(ZH)为输出变量；如果房间内的光强能耗综合指数(ZH)在阈值的附近一定范围内，则表示房间内的光强能耗综合评级处于合理范围；如果房间内的光强能耗综合指数为“M”，该综合指数为综合指数阈值，表示房间内的光强能耗综合情况为最合适状态。在本实施例中，设定阈值为0.51。

房间内当前照明光源的使用系数

的论域为{0,0.4,0.54,0.63,0.72,0.8,1}，前房间内光线强度系数δ_I的论域为{0.5,0.75,1.0,1.25,1.5,1.75,2}，房间内的光强能耗综合指数的论域为{0,0.4,0.54,0.63,0.72,0.8,1}。输入变量

的模糊语言集为：N(小)，NM(较小)，M(中等)，ML(较大)，L(大)，输入变量δ_I的模糊语言集为：L(小)，LM(较小)，M(中等)，MH(较大)，H(大)，输出变量ZH的模糊语言集为：S(低)，SM(较低)，M(中等)，MB(较高)，B(高)；

与δ_I的量化因子分别为

的隶属函数采用梯形隶属函数，

的隶属函数采用梯形隶属函数；输出变量ZH的隶属函数也采用梯形隶属函数。

如表1所示，给出了房间内的光强能耗综合指数的模糊逻辑控制模型的模糊控制规则，即用模糊语言描述控制器输入变量(

与δ_I)与输出变量(ZH)之间的关系。

表1模糊控制规则

如果所述房间内当前照明光源的使用系数为“L”，所述当前房间内光线强度系数为“H”，则房间内的光强能耗综合指数为“B”，即房间内的光强能耗综合指数高；

如果所述房间内当前照明光源的使用系数为“N”，所述当前房间内光线强度系数“L”，则房间内的光强能耗综合指数为“S”，即房间内的光强能耗综合指数低；

如果所述房间内的光强能耗综合指数为“B”，则表示房间内的光强能耗综合评级不好(亮度过高)；如果所述房间内的光强能耗综合指数为“SM或MB”，则表示房间内的光强能耗综合评级处于合理范围；如果房间内的光强能耗综合指数为“M”，该综合指数为综合指数阈值，表示房间内的光强能耗综合评级最好。

如果房间内的光强能耗综合评级好(综合指数为B、SM、MB)，则表示当前房间内光线强度和能耗均处于合理范围，满足绿色建筑的要求，无需进行调整。如果房间内的光强能耗综合指数为“B”，则表示房间内亮度高于标准值，如果房间内的光强能耗综合指数为“S”，则表示房间内总照明能耗过大或光线强度过低，需要进行调整。

在另一种实施例中，当所述房间内的光强能耗综合指数为“B或S”时，基于目标遗传算法(NSGA-Ⅱ)对所述房间内多个所述照明光源的使用功率进行调整，包括如下步骤：

(1)采用二进制编码方式，对优化设计变量P_i(i＝1,2……n)进行编码；

(2)随机产生初始化种群，种群中每个元素都包含优化设计变量P_i(i＝1,2……n)；

(3)计算初始化种群中的每个元素对应的优化目标

根据每个元素的优化目标值进行快速非支配排序，获得元素的非支配序数，计算每个元素的拥挤距离；其中，初始化种群中第i个元素的拥挤距离为第i+1个元素和第i个元素优化目标之差；

(4)从初始化种群中筛选出多个元素，当序数不相等时选取序数小的元素，序数相等时选择拥挤距离大的元素；

(5)对筛选出的元素进行交叉和变异操作，产生新一代种群；

(6)将新一代种群与上代种群进行合并；

(7)转至步骤(3)并循环，直至满足结束条件，得到pareto最优解集。

(8)在pareto最优解集中筛选出所有满足δ_I≥1的元素，作为优选解集；

(9)对优选解集进行排序，具体步骤为：

a、将优选解集中的元素按评价指数(优化目标值)升序排列；

b、选取选解集中序数最小的元素作为房间内多个所述照明光源的优化设计的参数，对所述照明光源的使用功率进行调节。

采用上述方法对建筑物内每个房间的照明光源使用功率进行调整，从而实现建筑物内整体光线强度和能耗同时达到最优状态。

采用本发明提供的绿色建筑节能方法，能够实现建筑物内每个房间内光线强度和照明能耗的同时控制，在保证每个房间内光线强度满足使用标准的条件下实现照明能耗的最小化。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节。

Claims (9)

1.一种绿色建筑节能方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、以建筑物内每个房间为监测对象，按照采样周期，对房间内的照明情况进行实时监测：

对房间内的每个照明光源进行编号，获取房间内的每个照明光源i的使用功率P_i和房间内的照明光源的总数量n，计算房间内当前照明光源的使用系数

获取照明光源所在房间的当前光线强度I和照明光源所在房间的标准光线强度I_s，计算当前房间内光线强度系数δ_I；

步骤二、根据当前照明光源的使用系数

和当前光线强度系数δ_I对房间内的光强能耗综合等级进行判断；

步骤三、根据所述光强能耗综合等级，对房间内多个所述照明光源的使用功率进行调整；

对建筑物内每个房间的照明情况分别按照步骤一至步骤三进行实时监控。

2.根据权利要求1所述的绿色建筑节能方法，其特征在于，所述房间内当前照明光源的使用系数为：

其中，P_i-max为照明光源P_i的最大使用功率。

3.根据权利要求2所述的绿色建筑节能方法，其特征在于，所述当前房间内光线强度系数为：

其中，I为照明光源所在房间的当前光线强度，I_s为照明光源所在房间的标准光线强度。

4.根据权利要求2或3所述的绿色建筑节能方法，其特征在于，在所述步骤二中，采用模糊控制方法对房间内的光强能耗综合等级进行判断，包括：

分别将所述房间内当前照明光源的使用系数和当前房间内光线强度系数转化为模糊论域中的量化等级；

将所述房间内当前照明光源的使用系数与当前房间内光线强度系数输入模糊控制模型，所述房间内当前照明光源的使用系数分为5个等级，所述当前房间内光线强度系数分为5个等级；

模糊控制模型输出为房间内的光强能耗综合指数，将房间内的光强能耗综合指数分为5个等级。

5.根据权利要求4所述的绿色建筑节能方法，其特征在于，所述房间内当前照明光源的使用系数的论域为{0，1}，所述当前房间内光线强度系数论域为{0.5，2}，所述房间内的光强能耗综合指数的论域为{0，1}，阈值为0.51。

6.根据权利要求5所述的绿色建筑节能方法，其特征在于，所述房间内当前照明光源的使用系数分为5个等级，模糊集为{N，NM，M，ML，L}；所述当前房间内光线强度系数分为5个等级，模糊集为{L，LM，M，MH，H}；所述房间内的光强能耗综合指数分为5个等级，模糊集为{S，SM，M，MB，B}；隶属函数均选用梯形隶属函数。

7.根据权利要求6所述的绿色建筑节能方法，其特征在于，所述模糊控制模型的控制规则为：

如果所述房间内当前照明光源的使用系数为“L”，所述当前房间内光线强度系数为“H”，则房间内的光强能耗综合指数为“B”，即房间内的光强能耗综合指数高；

如果所述房间内当前照明光源的使用系数为“N”，所述当前房间内光线强度系数“L”，则房间内的光强能耗综合指数为“S”，即房间内的光强能耗综合指数低；

如果所述房间内的光强能耗综合指数为“B”，则表示房间内的光强能耗综合评级不好；如果所述房间内的光强能耗综合指数为“SM或MB”，则表示房间内的光强能耗综合评级处于合理范围；如果房间内的光强能耗综合指数为“M”，该综合指数为综合指数阈值，表示房间内的光强能耗综合评级最好。

8.根据权利要求7所述的绿色建筑节能方法，其特征在于，当所述房间内的光强能耗综合指数为“B或S”时，对所述房间内多个所述照明光源的使用功率进行调整，包括如下步骤：

步骤1、以房间内当前照明光源的使用系数最小为优化目标，对房间内的每个照明光源i的使用功率P_i进行优化，得到多个包含所有P_i(i＝1,2……n)的最优解，组成第一解集；

步骤2、在所述第一解集中筛选出满足δ_I≥1的元素，作为第二解集；

步骤3、对所述第二解集中的元素进行排序后，选取序数最小的元素中的P_i作为房间内对应的照明光源的使用功率。

9.根据权利要求8所述的绿色建筑节能方法，其特征在于，在所述步骤1中，得到所述第一解集，包括如下步骤：

步骤1、采用二进制编码方式，对优化设计变量P_i(i＝1,2……n)进行编码；

步骤2、随机产生第一代种群，所述第一代种群中每个元素都包含优化设计变量P_i(i＝1,2……n)；

步骤3、计算所述第一代种群中每个元素对应的优化目标值，并且根据优化目标值对所述第一代种群中的元素进行快速非支配排序，获得每个元素的非支配序数，以及计算每个元素的拥挤距离；

步骤4、根据每个元素的非支配序数和拥挤距离，从所述第一代种群中选取多个元素进行交叉和变异操作，产生第二代种群；

步骤5、将所述第二代种群与所述第一代种群进行合并；循环进行步骤3-5，直至达到指定的循环次数，得到多个最优解，组成所述第一解集。