[發明專利]能量樁最優樁長確定方法及裝置

在審

• 申請號: 202110952884.0
• 申請日: 2021-08-19
• 公開（公告）號: CN113673016A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 韋曉婷;格日勒
• 申請（專利權）人: 北京京誠華宇建筑設計研究院有限公司;中冶京誠工程技術有限公司
• 主分類號: G06F30/13
• 分類號: G06F30/13;G06F30/27;G06N3/12;G06Q10/04;G06F111/04;G06F111/06;G06F113/08;G06F119/00;G06F119/08
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 董驍毅;葉明川

本申請實施例提供一種能量樁最優樁長確定方法及裝置，方法包括：在預設三維建筑模型和能量樁系統模型中對多個不同樁長的能量樁進行試驗模擬，確定能量樁出水溫度與能量樁樁長的對應關系；根據所述能量樁出水溫度與能量樁樁長的對應關系以及所述能量樁出水溫度與地下換熱量的對應關系，確定不同樁長的能量樁對應的熱泵機組冷負荷量；根據所述不同樁長的能量樁對應的熱泵機組冷負荷量、運行期內冷源系統能耗數據以及設備造價數據構建雙層優化模型，并根據預設約束條件對所述雙層優化模型中的樁長優化變量進行多目標遺傳算法優化，確定符合所述約束條件的最優能量樁樁長；本申請能夠在保障投資小、能耗低的前提下準確確定能量樁的最優樁長。

技術領域

本申請涉及數據處理領域，具體涉及一種能量樁最優樁長確定方法及裝置。

背景技術

在建筑物建造時，將直接將地源熱泵的地埋管埋設在建筑物的混凝土樁基中的新型地埋管換熱器形式稱為能量樁。能量樁可充分利用地下面積，很大程度上減少了傳統地源熱泵的鉆孔量，因此可大大降低初投資。同時，能量樁的安裝與建筑樁基施工協同進行，規避了傳統地埋管的工期長和環境破壞等問題。相對于傳統鉆孔埋管的回填材料而言，樁基埋管的回填材料為混凝土。埋管、樁基與土壤彼此緊密接觸，接觸熱阻小，強化了循環液與土體的傳熱。樁基彼此間的距離較大，相比于傳統的鉆孔埋管而言，可有效減輕埋管自身及管群間熱干擾的發生，換熱性能更為穩定。

目前工程中常用的能量樁埋管形式為單U型、并聯雙U型、W型與螺旋型。其中單U型埋管在制作與連接上都最為簡單且不易發生泄漏，因此實際應用較為廣泛。

發明人發現，目前關于能量樁的研究集中在能量樁的熱-力耦合特性和能量樁的換熱性能影響因素研究。能量樁的換熱性能影響因素主要有土壤物性、管內流速、回填料物性、樁長、樁徑、樁間距等。常用的方法主要有傳熱模型理論計算、數值模擬和實驗研究三種。上述三種方法雖可較為真實精細的描述物理現象，但理論計算理論性過強、數值模擬建模與網格劃分復雜、實驗籌備費時費力等缺點，但目前階段仍較難于應用在實際工程的能量樁方案設計和優化中。

發明內容

針對現有技術中的問題，本申請提供一種能量樁最優樁長確定方法及裝置，能夠在保障投資小、能耗低的前提下準確確定能量樁的最優樁長。

為了解決上述問題中的至少一個，本申請提供以下技術方案：

第一方面，本申請提供一種能量樁最優樁長確定方法，包括：

在預設三維建筑模型和能量樁系統模型中對多個不同樁長的能量樁進行試驗模擬，確定能量樁出水溫度與能量樁樁長的對應關系；

根據所述能量樁出水溫度與能量樁樁長的對應關系以及所述能量樁出水溫度與地下換熱量的對應關系，確定不同樁長的能量樁對應的熱泵機組冷負荷量；

根據所述不同樁長的能量樁對應的熱泵機組冷負荷量、運行期內冷源系統能耗數據以及設備造價數據構建雙層優化模型，并根據預設約束條件對所述雙層優化模型中的樁長優化變量進行多目標遺傳算法優化，確定符合所述約束條件的最優能量樁樁長。

進一步地，所述在預設三維建筑模型和能量樁系統模型中對多個不同樁長的能量樁進行試驗模擬，確定能量樁出水溫度與能量樁樁長的對應關系，包括：

根據目標建筑的圍護結構參數、內擾負荷參數及時刻表、室內環境設計參數構建三維建筑模型，根據管內流速、能量樁間距、樁徑、管徑、樁基材料與土壤材料的物性參數構建能量樁系統模型；

根據按照設定模擬步長劃分的多個不同能量柱樁長、所述三維建筑模型以及所述能量樁系統模型進行試驗模擬，對所述試驗模擬結果擬合得到能量樁出水溫度與能量樁樁長的對應關系。

進一步地，所述根據所述能量樁出水溫度與能量樁樁長的對應關系以及所述能量樁出水溫度與地下換熱量的對應關系，確定不同樁長的能量樁對應的熱泵機組冷負荷量，包括：