基于多目标优化的建筑能耗优化方法及系统与流程

本发明涉及智能控制，更具体的，涉及一种基于多目标优化的建筑能耗优化方法及系统。

背景技术：

1、随着精细化建筑节能需求的日益增长，传统的建筑能耗控制方法已难以满足现代智慧建筑在低碳运行与人居环境舒适度之间的动态平衡，现有技术通常依靠固定能耗控制阈值或基于历史数据的静态时间表对暖通空调等高能效设备进行调节。

2、然而，这些方法在实际应用中暴露出了三个明显的关键缺陷：

3、1.调节滞后性与时效性差，传统的建筑能耗控制方案无法对室外气象环境的瞬时剧烈波动进行前馈感知，往往在室内热环境已经恶化或能耗发生激增后才被动触发调节，导致调节过程具有严重的滞后性。

4、2.多目标无法协同优化，其中，现有的单目标或简易加权控制算法无法在降低建筑能耗、保障人体热舒适度以及控制设备运行成本这三者之间找到最优解，经常出现以大幅牺牲舒适度为代价换取节能，或者在电价尖峰时段超额运行的现象。

5、3.物理热惯性边界缺失，传统控制模型将建筑围护结构简化为准静态过程，忽视了墙体、玻璃等围护结构的动态时滞效应与热饱和物理限制，当围护结构蓄热饱和失效时，模型无法及时修正允许能耗边界，容易引发设备超负荷过载运转。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于多目标优化的建筑能耗优化方法及系统，用于解决现有技术中由于采用静态阈值导致调节滞后、无法兼顾多目标动态协同优化以及缺少围护结构热惯性约束而引发的能耗超标与舒适度劣化问题。

2、本发明第一方面提供了一种基于多目标优化的建筑能耗优化方法，包括以下步骤：

3、采集建筑的环境数据；

4、根据所述环境数据动态计算环境综合影响因子，并基于所述环境综合影响因子修正当前的能耗控制阈值；

5、基于预设优化目标构建多目标能耗优化模型，其中，所述能耗控制阈值作为所述多目标能耗优化模型的动态边界约束；

6、求解具有所述动态边界约束的多目标能耗优化模型，以输出互不支配的控制参数解集；

7、基于偏好权重从所述控制参数解集中动态筛选目标控制策略，并将基于所述目标控制策略生成的控制指令下发至预设控制系统。

8、本方案中，所述根据所述环境数据动态计算环境综合影响因子，具体包括：

9、基于多元气象物性耦合公式计算环境综合影响因子，公式如下：

10、；

11、其中，为所述环境综合影响因子，为当前采样时刻的室外实时温度，为室内设定的基准温度，为建筑外围结构墙体的综合等效热阻常数，表示当前采样时刻的太阳总辐射强度，为建筑朝阳面的玻璃有效采光面积，为玻璃材料的太阳光得热系数，为当前采样时刻的室外相对湿度，为当前采样时刻的室内相对湿度，为空气焓湿对流换热调节系数，、和为自适应解耦系数。

12、本方案中，所述基于所述环境综合影响因子修正当前的能耗控制阈值，具体包括：

13、监测所述环境数据中的室外温度变化率，当所述室外温度变化率大于预设的变化率阈值时，触发动态条件更新，将预设的一级环境阈值动态向下修正为目标环境阈值；

14、将所述环境综合影响因子与所述目标环境阈值进行比对；

15、当所述环境综合影响因子未超过所述目标环境阈值时，保持当前的能耗控制阈值不变；

16、当所述环境综合影响因子超过所述目标环境阈值时，触发二级动态条件判断，获取所述控制系统的当前负荷率，并将所述当前负荷率与预设的阶梯功耗阈值进行嵌套比对，其中，

17、若所述当前负荷率低于所述阶梯功耗阈值，则保持当前的能耗控制阈值不变；

18、若所述当前负荷率高于或等于所述阶梯功耗阈值，则按照预设的步进值缩减所述能耗控制阈值。

19、本方案中，所述基于预设优化目标构建多目标能耗优化模型，具体包括：

20、以能耗、热舒适度及设备运行成本为优化目标，构建包含建筑围护结构热惯性约束和设备边界约束的所述多目标能耗优化模型，其中，

21、将建筑的围护结构抽象为预设的动态热响应网络模型，计算所述围护结构的动态时滞效应，将室外瞬时热扰动转化为室内的动态延迟负荷项；

22、获取所述围护结构内部截面的实际累计蓄热量，并将所述实际累计蓄热量与预设的物理热饱和度临界值进行比对；

23、当所述实际累计蓄热量达到或超过所述物理热饱和度临界值时，触发物理边界失效条件，对所述动态延迟负荷项引入校正惩罚系数，以压缩所述多目标能耗优化模型的允许能耗边界。

24、本方案中，所述求解具有所述动态边界约束的多目标能耗优化模型，具体包括：

25、初始化具有动态边界约束的多目标优化种群，并将由所述能耗控制阈值和引入所述校正惩罚系数后的允许能耗边界所构成的复合约束条件，作为种群个体的可行性搜索空间限制；

26、采用预设的非支配排序遗传算法对所述多目标能耗优化模型进行迭代求解，其中，

27、在每次迭代过程中，监测所述动态边界约束的变化，若约束边界发生收缩或扩张，则通过自适应罚函数动态调整当前代个体的适应度函数值，以剔除违反动态边界的无效解；

28、达到预设的迭代终止条件后，对最终进化种群进行非支配层级划分和拥挤度距离计算，输出互不支配的控制参数解集。

29、本方案中，所述基于偏好权重从所述控制参数解集中动态筛选目标控制策略，并将基于所述目标控制策略生成的控制指令下发至预设控制系统，具体包括：

30、获取建筑当前的运行模式标签，所述运行模式标签包括节能优先模式、舒适度优先模式和经济运行模式；

31、根据所述运行模式标签，从预设的权重矩阵中匹配与能耗、热舒适度及设备运行成本相对应的初始偏好权重，并结合当前的电价时段信号对所述初始偏好权重进行实时修正，得到最终的目标偏好权重；

32、利用多属性决策算法，结合所述目标偏好权重对所述控制参数解集中的各个解进行综合效用评分，将评分最高的解确定为目标控制策略；

33、基于所述目标控制策略生成物理控制指令下发至所述预设控制系统中的各执行终端，以完成对建筑能耗的优化调节。

34、本发明第二方面还提供一种基于多目标优化的建筑能耗优化系统，包括存储器和处理器，所述存储器中包括基于多目标优化的建筑能耗优化方法程序，所述基于多目标优化的建筑能耗优化方法程序被所述处理器执行时实现如下步骤：

35、采集建筑的环境数据；

36、根据所述环境数据动态计算环境综合影响因子，并基于所述环境综合影响因子修正当前的能耗控制阈值；

37、基于预设优化目标构建多目标能耗优化模型，其中，所述能耗控制阈值作为所述多目标能耗优化模型的动态边界约束；

38、求解具有所述动态边界约束的多目标能耗优化模型，以输出互不支配的控制参数解集；

39、基于偏好权重从所述控制参数解集中动态筛选目标控制策略，并将基于所述目标控制策略生成的控制指令下发至预设控制系统。

40、本发明第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中包括机器的一种基于多目标优化的建筑能耗优化方法程序，所述基于多目标优化的建筑能耗优化方法程序被处理器执行时，实现如上述任一项所述的一种基于多目标优化的建筑能耗优化方法的步骤。

41、本发明第四方面提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品中包括计算机程序代码，当所述计算机程序代码在计算机上运行时，使得所述计算机实现如上述任一项所述的一种基于多目标优化的建筑能耗优化方法的步骤。

42、本发明第五方面提供了一种电子设备，所述电子设备包括：处理器及存储器；其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述电子设备执行如上述任一项所述的一种基于多目标优化的建筑能耗优化方法的步骤。

43、本发明公开的一种基于多目标优化的建筑能耗优化方法及系统，具有如下有益效果：

44、1.具备主动式前馈调节能力，传统控制通常在室内环境恶化后才被动调节，存在明显的滞后性，本发明通过前馈感知室外气象的剧烈波动，在外部干扰尚未破坏室内环境前，便能动态、步进式地修正能耗控制阈值，实现了主动调节的功能。

45、2.改变了以往单目标控制顾此失彼的局面，其中，本发明利用多目标优化算法计算出互不支配的解集，并结合分时电价信号实时修正运行偏好，确保系统在保障人体最佳热舒适度的同时，能够自适应避开尖峰电价，显著降低运行成本。

46、3.进一步保障设备运行安全，本发明充分考虑了建筑墙体、玻璃等围护结构的物理热惯性，通过实时监测墙体的实际累计蓄热量，在蓄热达到饱和物理临界值时强制压缩允许能耗边界，有效杜绝了设备因盲目调节而引发的超负荷过载运转。