[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于GA-RBF算法的既有建筑多目標(biāo)優(yōu)化改造決策方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010773071.0
• 申請(qǐng)日: 2020-08-04
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111881505B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙曉峰;葛笛
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 河北工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F30/13
• 分類(lèi)號(hào): G06F30/13;G06F30/27;G06N3/04;G06N3/12;G06F111/06;G06F111/08;G06F111/10
• 代理公司: 天津翰林知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12210
• 代理人: 付長(zhǎng)杰

1.一種基于GA-RBF算法的既有建筑多目標(biāo)優(yōu)化改造決策方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟1：以制冷能耗、熱舒適、改造成本三者同時(shí)達(dá)到最小作為既有建筑改造優(yōu)化目標(biāo)，并構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，確定既有建筑多目標(biāo)優(yōu)化改造的決策變量種類(lèi)及數(shù)量P，同時(shí)確定每個(gè)決策變量的優(yōu)化區(qū)間；

步驟2：確定參考建筑，基于建筑結(jié)構(gòu)信息對(duì)參考建筑進(jìn)行既有建筑性能模擬，設(shè)計(jì)正交表，根據(jù)正交表改變決策變量值模擬得相應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)值，將決策變量與其對(duì)應(yīng)的優(yōu)化目標(biāo)值對(duì)應(yīng)作為樣本數(shù)據(jù)；

步驟3：建立既有建筑性能模擬RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，模型采用三層RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；設(shè)定神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)隱層節(jié)點(diǎn)數(shù)I，中心寬度值S，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型輸入數(shù)據(jù)為決策變量值構(gòu)成的向量，輸出數(shù)據(jù)為目標(biāo)函數(shù)值構(gòu)成的向量；訓(xùn)練RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，獲得最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)下的既有建筑性能模擬RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型；

步驟4：獲得最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)下的既有建筑性能模擬RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型作為建筑結(jié)構(gòu)信息模型的簡(jiǎn)化模型，利用NSGA-Ⅱ算法對(duì)多目標(biāo)優(yōu)化計(jì)算，在每一次迭代中NSGA-Ⅱ算法都調(diào)用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型獲得輸出向量矩陣以更新下一次迭代的種群，實(shí)現(xiàn)RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與NSGA-Ⅱ算法的動(dòng)態(tài)耦合，獲得帕累托最優(yōu)解集；

步驟5：通過(guò)對(duì)計(jì)算出的帕累托最優(yōu)解集進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，得出決策變量的分布情況，從而獲得所需的最優(yōu)改造措施；

所述步驟2中，按照設(shè)計(jì)正交表在EnergyPlus建筑性能模擬軟件中對(duì)參考建筑進(jìn)行改變各決策變量值的性能模擬，針對(duì)每組決策變量獲得相應(yīng)的制冷能耗、熱不適時(shí)間值，利用目標(biāo)函數(shù)轉(zhuǎn)換為熱不適時(shí)間比；重復(fù)實(shí)驗(yàn)獲得多組包含決策變量與其對(duì)應(yīng)的制冷能耗、熱不適時(shí)間比的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；

然后根據(jù)獲得各類(lèi)建材及設(shè)備的平均市場(chǎng)價(jià)，對(duì)單價(jià)和相應(yīng)決策變量進(jìn)行回歸分析，獲得正交表相應(yīng)組的對(duì)應(yīng)的成本值，另做一列對(duì)應(yīng)存入之前的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，最終形成包含所有決策變量與其對(duì)應(yīng)的三個(gè)優(yōu)化目標(biāo)的樣本數(shù)據(jù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改造決策方法，其特征在于，所述步驟1中的具體過(guò)程是：

1.1確定決策變量和約束：以一年內(nèi)制冷能耗、熱舒適、改造成本為既有建筑改造優(yōu)化目標(biāo)，針對(duì)既有建筑的結(jié)構(gòu)要求確定決策變量為外墻保溫層的傳熱系數(shù)(HTCw)、屋頂保溫層的傳熱系數(shù)(HTCr)、屋頂?shù)耐鈧?cè)太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)(SRAC)、外窗玻璃的傳熱系數(shù)(U)、外窗玻璃太陽(yáng)得熱系數(shù)(SHGC)、空調(diào)系統(tǒng)的種類(lèi)(T)和有無(wú)新風(fēng)熱回收機(jī)組(F)，共七個(gè)決策變量；

確定決策變量的優(yōu)化區(qū)間，即外墻保溫層的傳熱系數(shù)的優(yōu)化范圍為0.7～1.2W/m²·k，屋頂保溫層的傳熱系數(shù)的優(yōu)化范圍為0.6～0.8W/m²·k，屋頂?shù)耐鈧?cè)太陽(yáng)輻射吸收系數(shù)的優(yōu)化范圍為0～1，外窗玻璃的傳熱系數(shù)的優(yōu)化范圍為1.4～6.4W/m²·k；空調(diào)系統(tǒng)的種類(lèi)優(yōu)化區(qū)間為[1,3]，1對(duì)應(yīng)多聯(lián)機(jī)，2對(duì)應(yīng)一體機(jī)，3對(duì)應(yīng)風(fēng)機(jī)盤(pán)管加新風(fēng)系統(tǒng)；有無(wú)新風(fēng)熱回收機(jī)組F的優(yōu)化區(qū)間為[0,1]，有新風(fēng)熱回收機(jī)組對(duì)應(yīng)值為1，無(wú)新風(fēng)熱回收機(jī)組對(duì)應(yīng)值為0；

1.2確定優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)及變量約束：

目標(biāo)函數(shù)為：

式中，Q(x)為制冷能耗；R(x)為熱不適時(shí)間比，Cost(x)為改造成本，x為決策變量值構(gòu)成的向量，X為所有決策變量值構(gòu)成的向量的矩陣；

式中，T_pmv＞0.7指一年中PMV的絕對(duì)值超過(guò)ISO 7730中較不緊急的舒適類(lèi)別C的上限0.7，即舒適區(qū)域的邊界線的時(shí)間；

Cost(x)＝A_Wal×C_Wal(x)+A_R×C_R(x)+C_Win(x)+C_HVAC(x)

式中：A_Wal為墻體表面積，單位為m²；C_Wal(x)是選定的墻體保溫材料的成本，單位為元/m²；A_R是屋頂表面積，單位為m²；C_R(x)為所選屋面保溫材料的成本，單位為元/m²；C_Win(x)是所選窗戶(hù)類(lèi)型的成本，單位為元/扇；C_HVAC(x)是所選的暖通空調(diào)系統(tǒng)的成本，單位為元；

變量約束為：