[發(fā)明專利]基于柔性太陽能電池和光電催化材料的綠色建筑設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011364354.6
• 申請(qǐng)日: 2020-11-27
• 公開（公告）號(hào): CN112329120A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白紀(jì)韜;李韋伊;張思淼;徐杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/13
• 分類號(hào): G06F30/13;G06F30/20;G06Q30/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責(zé)任專利代理事務(wù)所 12201
• 代理人: 曹玉平

本發(fā)明提供了基于柔性太陽能電池和光電催化材料的綠建設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：a.對(duì)建筑物建立三維坐標(biāo)系；b.將建筑可利用表面劃分為n個(gè)區(qū)域；c.求出每個(gè)區(qū)域任意點(diǎn)的切平面的傾角和方位角；d.計(jì)算每個(gè)區(qū)域接收的年太陽輻射量；e.將每個(gè)區(qū)域接收的年太陽輻射量從大到小排序，并設(shè)定在前j個(gè)區(qū)域安裝柔性太陽能電池材料，剩余n?j個(gè)區(qū)域安裝光電催化材料；f.計(jì)算建筑的環(huán)境效應(yīng)和建筑全年的經(jīng)濟(jì)收入并建立綜合目標(biāo)函數(shù)；g.根據(jù)綜合目標(biāo)函數(shù)建立規(guī)劃模型：得到j(luò)的數(shù)值，即兩種材料的最優(yōu)裝配方案。本發(fā)明針對(duì)建筑表面柔性太陽能電池和光電催化材料兩種材料的裝配區(qū)域規(guī)劃問題，通過建立“生態(tài)—經(jīng)濟(jì)”雙效益規(guī)劃模型，給出了適用于任意復(fù)雜外形建筑的材料布局設(shè)計(jì)方法，提高了建筑整體的減排降耗效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及綠色建筑的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及基于柔性太陽能電池和光電催化材料的綠色建筑設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

在建筑上聯(lián)合應(yīng)用光電催化材料和柔性太陽能電池可實(shí)現(xiàn)建筑的超低能耗與超低排放。光電催化材料裝配在建筑外表面，可借助太陽光照發(fā)生光電催化反應(yīng)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為甲醇并釋放氧氣，其中甲醇是一種有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的化工產(chǎn)品。該材料具有自主向光性，能始終正對(duì)太陽光線，故其工作效能受裝配位置影響很小。柔性太陽能電池同樣裝配在建筑外表面，可將太陽輻射轉(zhuǎn)化為電能，但其工作效能受太陽輻射情況影響較大，即受裝配位置影響較大。

建筑具有有限的外表面積。同時(shí)，受建筑造型影響，建筑表面不同位置的太陽輻射情況不同。如何在有限的建筑外表面積上合理規(guī)劃兩種材料的裝配區(qū)域并獲得最佳生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益，是應(yīng)用這兩種材料亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問題，本發(fā)明在柔性太陽能電池和光電催化材料的基礎(chǔ)上提供了基于柔性太陽能電池和光電催化材料的綠色建筑設(shè)計(jì)方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

基于柔性太陽能電池和光電催化材料的綠色建筑設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：

a.對(duì)建筑物建立三維坐標(biāo)系；

b.將建筑可利用表面劃分為n個(gè)區(qū)域；

c.求出每個(gè)區(qū)域任意點(diǎn)的切平面的傾角和方位角；

d.計(jì)算每個(gè)區(qū)域接收的年太陽輻射量；

e.將每個(gè)區(qū)域接收的年太陽輻射量從大到小排序，并設(shè)定在前j個(gè)區(qū)域安裝柔性太陽能電池材料，剩余n-j個(gè)區(qū)域安裝光電催化材料；

材料裝配規(guī)劃的最優(yōu)結(jié)果應(yīng)使光能得到盡可能充分的利用，即材料的功能得到最大程度的發(fā)揮。對(duì)于光電催化材料而言，裝配區(qū)域?qū)ζ涔ぷ餍苡绊懖淮螅嵝蕴柲茈姵氐男軇t嚴(yán)重依賴于裝配區(qū)域。因此，柔性太陽能電池應(yīng)優(yōu)先選擇裝配在建筑表面接收太陽輻射最強(qiáng)的區(qū)域，即按年太陽輻射量從大到小排序后的前j個(gè)區(qū)域。

f.根據(jù)環(huán)境影響因數(shù)計(jì)算建筑的環(huán)境影響量函數(shù)T_ecology，同時(shí)計(jì)算建筑全年的經(jīng)濟(jì)收入函數(shù)T_economy；

g.分別對(duì)T_ecology和T_economy賦以一定的權(quán)重a、b，并建立綜合目標(biāo)函數(shù)；

h.最優(yōu)方案應(yīng)使綜合效益取得最大值，故以綜合目標(biāo)函數(shù)取得最大值為目標(biāo)建立綜合規(guī)劃模型，根據(jù)約束條件求解得到j(luò)的數(shù)值。

步驟d包括：

d1.建立傾斜面上太陽輻射總量隨斜面傾角和方位角的變化關(guān)系，即太陽輻射計(jì)算模型；