[發明專利]一種基于建筑節能的高校排課系統及方法

在審

• 申請號: 202210027103.1
• 申請日: 2022-01-11
• 公開（公告）號: CN114399191A
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 羅西;孫勇凱;劉曉君
• 申請（專利權）人: 西安建筑科技大學
• 主分類號: G06Q10/06
• 分類號: G06Q10/06;G06Q50/20;G06N3/12;G06N20/00;G06F16/25
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 王晶

1.一種基于建筑節能的高校排課系統，其特征在于，包括采集模塊和控制模塊；

所述采集模塊利用數據采集設備收集教室能耗數據、室內和室外氣象數據，其中室外氣象采集設備安裝于教學樓屋頂，其余采集設備安裝于每個教室；利用問卷調查收集學生不同季節的服裝熱阻數據；利用建筑設計圖紙獲取建筑設計參數；然后將所有收集到的數據信息匯總并統一進行格式轉換，形成數據中的表格，利用MySQL數據庫服務器，在SQLyogEnt客戶端連接其服務器，創建相關的數據表格，最后將所有的數據導入教務管理系統的數據庫中，從而構成數據庫；

所述控制模塊基于Matlab軟件環境，采用C語言編譯建筑能耗預測模型和熱舒適度預測模型，利用遺傳算法同時優化建筑能耗和學生熱舒適度，其中兩個目標的權重系數均可設為0.5，即認為建筑能耗和學生熱舒適度兩個目標同等重要，或根據用戶需求修改權重系數，最后輸出建筑能耗最小且學生熱舒適度最大的排課方案，顯示最優方案下的學生課表、教師課表和教室課表。

所述采集模塊為控制模塊中的能耗預測模型和熱舒適度預測模型提供所需要的數據，控制模塊根據采集模塊傳入的數據和遺傳算法每次迭代產生的課程表方案，計算得到教學樓能耗和學生的熱舒適度指標。

2.基于權利要求1所述的一種基于建筑節能的高校排課系統的使用方法，其特征在于，包括以下步驟；

步驟1：

通過采集模塊收集數據資源并將數據資源輸入到教務管理系統中；

步驟2：

在現有教務管理系統(如正方教務管理系統)中增加能耗與熱舒適度優化功能組件；

步驟3：

性能檢測與改善；

步驟4：

推薦最優的排課方案。

3.根據權利要求2所述的一種基于建筑節能的高校排課方法，其特征在于，所述步驟1具體的操作方法為：

采集過去一年的教學樓建筑能耗數據(電耗、采暖能耗)、不同季節的學生服裝熱阻調查數據、氣象數據(室外氣象數據、室內溫度、濕度)、教學樓建筑設計參數(建筑維護結構、體型系數、建筑形態)，并將以上數據資源導入到教務系統中。

4.根據權利要求2所述的一種基于建筑節能的高校排課方法，其特征在于，所述步驟2中具體操作方法為：

采用機器學習算法建立教學樓建筑能耗預測模型；基于新陳代謝率(久坐活動狀態下取1.2met)、服裝熱阻、空氣溫度、輻射溫度、空氣流速、相對濕度等六個因素，建立PMV預測模型，根據PMV值可得到學生的熱舒適度；

PMV值與熱舒適度的對應關系

建立基于遺傳算法的排課優化模型，其目標函數設置為：建筑能耗年總值最小化，每個季節學生熱舒適度最大化(即PMV的絕對值最小化)，約束條件設置為：排課方案應滿足的硬約束和軟約束(根據高校教學資源的實際情況設置約束條件)；

輸入所需要編排的課程及其相關信息，排課優化模型自動搜索可行的排課方案，最終輸出滿足迭代終止條件(最佳適應度值在5000次迭代中未能提高0.01％以上)的最優排課方案(課程、時間和教室所組成的關系矩陣)。

5.根據權利要求4所述的一種基于建筑節能的高校排課方法，其特征在于，所述PMV預測模型的具體形式為：

其中：M為新陳代謝率；W為人體做功率，取值為0；P_a為環境空氣中水蒸氣分壓力，為相對濕度；t_a為空氣溫度；f_cl為穿衣人體與裸體表面積之比；I_cl為服裝熱阻；為平均輻射溫度；t_cl為穿衣人體外表面平均溫度；h_c為表面傳熱系數。