[发明专利]一种曲面建筑表皮的优化方法

说明书

本发明公开了一种曲面建筑表皮的优化方法，旨在提供一种利用遗传算法对初步模型进行完善调整，从而获得太阳能吸收率最优的曲面形式的曲面建筑表皮的优化方法。以初步设计的曲面建筑表皮形式为优化对象，提取控制参数；根据遗传算法原理对自由曲面表皮形式进行优化设计，使薄膜光伏对太阳辐射有最佳吸收量。本发明的优化方法利用遗传学算法进行曲面表皮优化涉及，使得曲面建筑表皮上安装的曲面薄膜光伏对太阳能辐射吸收量最大化，提高了建筑物利用太阳能的效率。

技术领域

本发明涉及建筑技术领域，更具体的说，是涉及一种有利于提高太阳能吸收率的曲面建筑表皮的优化方法。

背景技术

太阳能作为清洁的可再生能源其储量丰富，易于收集，非常具有应用价值。为了充分利用太阳能资源，同时有效缓解建筑能耗压力，如何将光伏材料有效的集成于建筑表皮，使其成为可以实现电力产出的建筑材料，从而实现光伏建筑一体化，真正实现建筑物产生能源将非常具有研究意义。

就常规的太阳能建筑一体化设计过程主要包括以下几个步骤：收集当地气象参数、计算负载分布情况、根据光伏板表面的太阳辐射量确定光伏板的总功率、根据系统稳定性等因素确定蓄电池容量、选择控制器和逆变器等等。以上方法适应于平面表皮建筑集成光伏设计。对于太阳辐射量确定方面，只需考虑平板光伏的方位角与倾角的计算。但是随着建筑形式的日趋复杂化，自由曲面建筑表皮凭借其多变性与动态感而广泛应用于建筑实践当中。然而曲面表皮其三维模型复杂，对于太阳光采集没有确定规律，所以，针对自由曲面建筑集成光伏材料的设计方法还存在空白。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种利用遗传算法对初步模型进行完善调整，从而获得太阳能吸收率最优的曲面形式的曲面建筑表皮的优化方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种曲面建筑表皮的优化方法，包括下述步骤：

(1)以初步设计的曲面建筑表皮形式为优化对象，提取控制参数；

(2)根据遗传算法原理对自由曲面表皮形式进行优化设计，使薄膜光伏对太阳辐射有最佳吸收量；优化设计包括下述步骤：

①将统计太阳辐射量的目标函数定义为公式(1)，自变量为曲面控制点参数坐标，因变量为曲面吸收太阳能辐射的总和；

f(Xⁱ_k),i＝1,……,N (1)

②将曲面上的k个控制点以初始位置为参考，按控制点编号排列为[X⁰₁,……X⁰_K]和[X^0＇₁……X^0＇_k]，将其命名为母代染色体，并将母代染色体转化成二进制形式表达；

③将二进制形式的母代染色体进行交叉遗传并随机突变，从而产生新的子代染色体[X¹₁,……X¹_K]；

④对新染色体带入公式(1)计算其结果，并择优保留太阳能辐射量相对较大的数值作为新的母代染色体；

⑤重复以上迭代操作，直到结果收敛，太阳能辐射量数值相对稳定，终止优化；

⑥将二进制返回成十进制的表达形式，得出优化结果[X^N₁,……X^N_K]。

步骤③中的交叉概率为0.6-0.8，突变概率为0.01-0.03。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：