[發明專利]一種建筑節能改造優化決策支持方法

在審

• 申請號: 202111333416.1
• 申請日: 2021-11-11
• 公開（公告）號: CN113947261A
• 公開（公告）日: 2022-01-18
• 發明（設計）人: 沈鵬元
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（深圳）
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06F30/13;G06K9/62;G06Q50/08
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 牛梅梅

本發明公開一種建筑節能改造優化決策支持方法，該方案集成了基于邊際減排成本分析和基于方差的敏感性分析的建筑特征選擇方法；基于非支配排序差分優化求解的多目標優化問題；并提出了提供決策支持的方法。借助數據驅動模型，使用目前已被驗證和應用的全球氣候模型，以考慮受氣候變化影響的建筑未來能耗影響的不確定性。對層次聚類算法的進一步探索和使用，為高維多目標優化算法提供了決策支持。該方案能夠可視化、保留和恢復整個決策路徑，使多目標解的決策過程更加透明和直觀，具有廣泛應用于單體建筑節能改造項目的潛力，并對實際建筑節能改造項目的快速優化和決策具有現實意義和應用價值。

技術領域

本發明屬于建筑節能改造領域，具體涉及一種建筑節能改造優化決策支持方法。

背景技術

節能改造已成為既有建筑提高建筑能效、減少碳排放、改善人居環境質量的重要手段。隨著氣候變化的加劇，越來越多的研究表明，氣候變化將對未來建筑能耗水平產生更大的影響和不確定性。其中，在未來氣候條件下，室外溫濕度的變化對建筑能耗的影響最顯著。這種變化趨勢對既有建筑適應未來氣候條件提出了新的要求和挑戰。因此，在氣候變化的趨勢下，既有建筑如何保證和實現建筑節能改造的優異性能(即，既有建筑節能改造的氣候適應性)，是一個值得深入探討的問題。

隨著計算機輔助技術、建筑性能模擬技術及其工具的飛速發展，可以借助計算機的強大計算能力對建筑能耗進行優化研究。李崢嶸等人利用EnergyPlus進行建模分析，通過正交試驗設計方法，研究了夏熱冬冷地區圍護結構傳熱系數對建筑采暖/降溫負荷的影響，得出最優圍護結構設計方案。王藝霖等人借助DeST-H進行建筑能耗模擬分析，研究了4種保溫材料在不同厚度下的建筑節能改造方案對建筑能耗的影響，并結合經濟性分析，提供合理的外圍護結構改造方案。余鎮雨等人基于遺傳算法，借助建筑能耗模擬軟件TRNSYS，進行了近零能耗建筑性能優化設計分析。然而，目前的建筑優化研究多采用復雜的動態模擬模型(如Energy Plus等)進行節能效果評估，這種做法導致在建筑節能優化過程中的計算成本巨大。高昂的計算成本不利于這類方法在實際節能改造項目中的應用和推廣，也不利于最終改造方案的推演和實施。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提出了一種切實可行的自動計算方案，該方案集成了基于邊際減排成本分析和敏感性分析(基于方差)的建筑特征選擇方法；基于非支配排序差分優化求解的多目標優化問題；并提出了提供決策支持的方法。建筑能耗性能仿真引擎使用團隊前期開發的基于電阻-電容的低階白箱建筑模擬引擎，與傳統的白箱模型相比，具體更低的計算成本。借助數據驅動模型，使用目前已被驗證和應用的全球氣候模型，以考慮受氣候變化影響的建筑未來能耗影響的不確定性。對層次聚類算法的進一步探索和使用，為高維多目標優化算法(帕累托前沿)提供了決策支持。

本發明是通過以下技術方案得以實現的：

一種建筑節能改造優化決策支持方法，包括以下步驟：

S1，基于電阻-電容模型理論構建建筑能耗模型；

S2，預測未來逐時氣象數據，將未來逐時氣象數據輸入至建筑能耗模型中，獲取未來逐時能耗，對未來逐時能耗模擬結果進行訓練，以生成數據驅動模型；

S3，選擇預優化決策變量，計算每種預優化決策變量下，未來逐時氣象數據的未來逐時能耗及生命周期內的凈現值；根據凈現值分析并確定優選決策變量；

S4，確定多目標優化問題，采用非支配解排序的差分進化算法，對優選決策變量進行多目標優化；

S5，采用層次聚類算法對所生成的多目標優化結果進行自動聚類，并以平行坐標圖為基礎，生成可視化的決策支持路徑。

作為本發明的優選方案之一，步驟S1中，采用基于電阻-電容類比模擬框架的低階白箱建模工具。