建筑能耗需求响应仿真模型的自动生成与模型校正

论文摘要

改革开放以来,我国经济迅速发展,人民生活水平大大提高,与此同时建筑能耗也大幅度增加,据统计建筑能耗已经占我国总能耗的四分之一左右,并且其比例还在不断增加。进入新世纪以来,我国能源短缺的问题越来越严重,大力开展有关建筑节能的研究已经刻不容缓。随着计算机技术的进步,建筑能耗仿真以其快速、方便、成本低、不受地域气候限制等诸多优点成为进行建筑节能研究的重要工具,在建筑节能研究中发挥重要作用。能源短缺特别是电能短缺往往集中在用能高峰期,因此开展需求响应策略的研究,合理调配建筑运行状况,使建筑物在用能高峰期适当减少耗能量,将会在一定程度上缓解我国能源短缺的问题。目前建筑能耗仿真以及需求响应研究已经成为建筑节能领域研究的热点,也是本课题的重点。本文首先介绍了本课题的背景和意义以及建筑能耗仿真软件的国内外发展状况,总结了目前存在的问题,确定了本课题的研究内容。然后对建筑能耗仿真软件EnergyPlus作了简单的介绍,包括其特点、所涉及到的理论基础,并且与其他当前比较流行的建筑能耗仿真软件进行了比较,随后介绍了模型校正的基本概念以及当前应用于建筑能耗仿真的模型校正方法,并对这些校正方法进行了简要的比较。基于以上研究基础,详细分析了本研究所采用的基本模型,包括建筑物围护结构模型以及空调系统模型,阐述了需求响应分析的原理与方法,并在此基础上针对EnergyPlus建模复杂困难的问题,提出了自动建模方法并详细介绍了自动建模方法的原理与过程。接下来针对模型简化所带来的模型不准确问题,本论文给出了基于现代优化算法的模型自动校正方法,利用现代优化算法的搜索能力自动校正模型。最后简要介绍了基于EnergyPlus的建筑能耗需求响应快速仿真软件的开发,包括软件架构以及开发工具的选择等,并在此基础上以一所实际建筑为例验证了软件的有效性与可用性。通过以上研究以及对软件的开发与测试可以得出以下结论:EnergyPlus作为新一代建筑能耗仿真软件功能强大并且计算准确,使用它作为建筑能耗仿真软件的计算引擎是可行的。自动建模过程能够按照设计要求快速正确的建立EnergyPlus模型,解决了EnergyPlus建模困难的问题。基于现代优化算法的模型自动校正方法解决了模型不准确的问题。基于Delphi、AWK、DOS技术开发的建筑能耗需求响应仿真软件人机界面友好,输入简单,输出直观,能耗报告内容齐全,精度可以达到FEMP(Federal Energy Management Program)等标准的要求。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 缩略词
• 第一章 绪论
• 1.1 建筑节能的迫切性
• 1.2 需求响应研究的意义
• 1.3 建筑能耗模拟的重要意义
• 1.4 建筑能耗模拟的国内外研究现状
• 1.5 模型校正在建筑能耗仿真中的重要作用
• 1.6 本论文研究内容以及章节安排
• 第二章 预备知识
• 2.1 EnergyPlus简介
• 2.2 EnergyPlus与其它建筑能耗仿真软件比较
• 2.3 EnergyPlus计算有效性
• 2.3.1 比较性测试
• 2.3.2 分析性测试
• 2.4 EnergyPlus理论基础
• 2.4.1 热平衡模型
• 2.4.2 墙体传热模型
• 2.6 模型校正的基本知识
• 2.6.1 模型校正的基本概念
• 2.6.2 目前建筑能耗仿真中使用的模型校正方法
• 2.6.3 模型校正方法的比较
• 2.7 本章小结
• 第三章 建筑能耗需求响应仿真模型分析与自动建模
• 3.1 建筑物模型分析
• 3.1.1 建筑物外形
• 3.1.2 温区划分
• 3.1.3 建筑物围护结构材料
• 3.1.4 建筑物空调系统
• 3.3 EnergyPlus模型的自动建立
• 3.3.1 自动建模原理
• 3.3.2 自动建模过程与方法
• 3.4 需求响应功能原理与建模
• 3.5 仿真结果输出
• 3.5.1 仿真结果报告
• 3.5.2 工程总结报告
• 3.6 本章小结
• 第四章 模型自动校正及评价标准
• 4.1 基于现代优化算法的模型校正方法
• 4.1.1 优化算法的实现
• 4.1.2 需要校正的参数以及参数取值范围的确定
• 4.1.3 约束以及优化目标确定
• 4.1.4 优化算法与仿真软件的接口
• 4.2 建筑能耗仿真模型的评价标准
• 4.3 本章小结
• 第五章 建筑能耗需求响应仿真软件开发与应用
• 5.1 仿真软件设计与开发
• 5.1.1 软件架构
• 5.1.2 开发工具选取
• 5.2 需求响应能耗仿真实例分析
• 5.2.1 建筑物描述
• 5.2.2 软件参数设置
• 5.2.3 仿真结果与评价
• 5.2.4 仿真模型的校正
• 5.2.5 需求响应分析
• 5.3 本章小结
• 第六章 结论
• 附录
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间参与的项目
• 学位论文评阅及答辩情况表