[发明专利]一种基于火用经济和火用环境的建筑物墙体保温厚度的优化方法

权利要求书

1.一种基于火用经济和火用环境的建筑物墙体保温厚度的优化方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1、获得建筑物的设计热负荷、建筑物的热损失、建筑物的火用损失、供回水温度、单位质量燃料提供的火用、单位质量燃料的烟气的火用损失、以及整个供暖季内燃料的消耗量；

所述步骤1的过程具体为：

在无墙体保温的情况下，建筑物的设计热负荷Φ由下式计算得到：

其中，γ和φ分别为朝向修正率，风力附加率和高度附加率；K为围护结构的传热系数；F为围护结构的面积；t_in为室内温度；t_d-out为供暖室外设计温度；c_p为空气的定压比热容；ρ为空气密度；V为经门、窗缝隙渗入室内的总空气量；

在加墙体保温的情况下，建筑物的设计热负荷也由公式(1)得到；

根据加墙体保温和无墙体保温的建筑物的设计热负荷，拟合出建筑物在不同保温厚度下的设计热负荷与无保温的建筑设计热负荷之间的关系式，用θ(x)表示：

θ(x)＝ξ₁x²+ξ₂x+ξ₃x (2)

其中，x为保温厚度；ξ₁，ξ₂和ξ₃均为拟合系数；

相对热负荷比σ(x)由下式计算：

其中，t_out为室外温度；

供热系统的供水温度t_s(x)和回水温度t_r(x)由下式计算：

其中，t_d-s为设计供水温度；t_d-r为设计回水温度；μ为散热器指数；

假设一小时内的室外温度基本保持不变，则任一小时内，某一保温厚度下的建筑物的热损失Q_loss(x)由下式计算：

Q_loss(x)＝3600Φ(x)σ(x) (6)

任一小时内，某一保温厚度下的建筑物火用损失Ex_loss,Q(x)由下式计算得到：

其中，η为供热系统的效率；

单位质量燃料提供的火用Ex_f(x)由下式计算：

其中，Q_f为燃料释放的热量；T_c为燃烧室温度；

单位质量燃料的烟气的火用损失Ex_loss,S由下式计算：

Ex_loss,S＝(t_out+273.15){(∑n_js_j)_outlet-(∑n_js_j)_inlet} (9)

其中，n_j为燃烧方程中j组分的摩尔数；s_j为燃烧方程中j组分的熵；outlet为燃烧后的状态；inlet为燃烧前的状态；

假设一小时内建筑物热损失和火用损失保持不变，整个供暖季内燃料的消耗量m_f(x)由下式计算：

其中，ω为总供暖小时数；

步骤2、根据整个供暖季内燃料的消耗量，获得燃料和保温材料的成本；

在步骤2中，所述燃料的成本C_f(x)由下式计算：

C_f(x)＝m_f(x)d_f (11)

其中，d_f为燃料的单价；

所述保温材料的成本C_ins(x)由下式计算：

其中，F_w为墙体的面积；d_ins为保温材料的单价；n为保温材料的使用年限；I为利率；

步骤3、根据燃料燃烧的平衡方程，获得整个供暖季内燃料燃烧产生的环境影响以及保温材料的环境影响；

在步骤3中，所述燃料燃烧产生的环境影响B_com(x)由下式计算：

其中，b_f为燃料的环境影响因子；为CO₂的环境影响因子；为SO₂的环境影响因子；为燃料燃烧产生的CO₂的排放量；为燃料燃烧产生的SO₂的排放量；

所述保温材料的环境影响B_ins(x)由下式计算：

其中，ρ_ins为保温材料的密度；b_ins为保温材料的环境影响因子；

步骤4、建立求最大化的保温改造后火用经济节约率和火用环境节约率之和的优化模型；

在步骤4中，所建立的优化模型表示为：

max Z(x)＝0.5y₁(x)+0.5y₂(x) (15)

其中，y₁(x)为火用经济节约率，表示为：

其中，C_f为燃料的成本；C_ins为保温材料的成本；non-ins为无墙体保温的情况；ins为加墙体保温的情况；

y₂(x)为火用环境节约率，表示为：

其中，B_com为燃料燃烧产生的环境影响；B_ins为保温材料的环境影响；

步骤5、再利用遗传算法在MATLAB中求解所建立的优化模型，获得建筑物墙体的最优保温厚度；

在步骤5中，所述利用遗传算法在MATLAB中求解所建立的优化模型的过程具体为：

首先进行遗传算法的参数设置；

然后产生初始种群；

将初始种群中的个体数值由二进制转换为十进制；

采用轮盘赌形式选取优秀个体，并依次进行交叉、变异处理；

重复上述操作，若满足算法终止条件，即最佳适应度达到预设值或迭代次数达到最大值，则结束，得到建筑物墙体的最优保温厚度和保温改造后经济节约率和环境节约率总和的最大值；反之重复上述操作，继续迭代最优个体和适应度。