[发明专利]一种基于建筑节能的高校排课系统及方法

权利要求书

1.一种基于建筑节能的高校排课系统，其特征在于，包括采集模块和控制模块；

所述采集模块利用数据采集设备收集教室能耗数据、室内和室外气象数据，其中室外气象采集设备安装于教学楼屋顶，其余采集设备安装于每个教室；利用问卷调查收集学生不同季节的服装热阻数据；利用建筑设计图纸获取建筑设计参数；然后将所有收集到的数据信息汇总并统一进行格式转换，形成数据中的表格，利用MySQL数据库服务器，在SQLyogEnt客户端连接其服务器，创建相关的数据表格，最后将所有的数据导入教务管理系统的数据库中，从而构成数据库；

所述控制模块基于Matlab软件环境，采用C语言编译建筑能耗预测模型和热舒适度预测模型，利用遗传算法同时优化建筑能耗和学生热舒适度，其中两个目标的权重系数均可设为0.5，即认为建筑能耗和学生热舒适度两个目标同等重要，或根据用户需求修改权重系数，最后输出建筑能耗最小且学生热舒适度最大的排课方案，显示最优方案下的学生课表、教师课表和教室课表。

所述采集模块为控制模块中的能耗预测模型和热舒适度预测模型提供所需要的数据，控制模块根据采集模块传入的数据和遗传算法每次迭代产生的课程表方案，计算得到教学楼能耗和学生的热舒适度指标。

2.基于权利要求1所述的一种基于建筑节能的高校排课系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤；

步骤1：

通过采集模块收集数据资源并将数据资源输入到教务管理系统中；

步骤2：

在现有教务管理系统(如正方教务管理系统)中增加能耗与热舒适度优化功能组件；

步骤3：

性能检测与改善；

步骤4：

推荐最优的排课方案。

3.根据权利要求2所述的一种基于建筑节能的高校排课方法，其特征在于，所述步骤1具体的操作方法为：

采集过去一年的教学楼建筑能耗数据(电耗、采暖能耗)、不同季节的学生服装热阻调查数据、气象数据(室外气象数据、室内温度、湿度)、教学楼建筑设计参数(建筑维护结构、体型系数、建筑形态)，并将以上数据资源导入到教务系统中。

4.根据权利要求2所述的一种基于建筑节能的高校排课方法，其特征在于，所述步骤2中具体操作方法为：

采用机器学习算法建立教学楼建筑能耗预测模型；基于新陈代谢率(久坐活动状态下取1.2met)、服装热阻、空气温度、辐射温度、空气流速、相对湿度等六个因素，建立PMV预测模型，根据PMV值可得到学生的热舒适度；

PMV值与热舒适度的对应关系

建立基于遗传算法的排课优化模型，其目标函数设置为：建筑能耗年总值最小化，每个季节学生热舒适度最大化(即PMV的绝对值最小化)，约束条件设置为：排课方案应满足的硬约束和软约束(根据高校教学资源的实际情况设置约束条件)；

输入所需要编排的课程及其相关信息，排课优化模型自动搜索可行的排课方案，最终输出满足迭代终止条件(最佳适应度值在5000次迭代中未能提高0.01％以上)的最优排课方案(课程、时间和教室所组成的关系矩阵)。

5.根据权利要求4所述的一种基于建筑节能的高校排课方法，其特征在于，所述PMV预测模型的具体形式为：

其中：M为新陈代谢率；W为人体做功率，取值为0；P_a为环境空气中水蒸气分压力，为相对湿度；t_a为空气温度；f_cl为穿衣人体与裸体表面积之比；I_cl为服装热阻；为平均辐射温度；t_cl为穿衣人体外表面平均温度；h_c为表面传热系数。