建筑物复合能量系统集成建模的策略研究.ppt

建筑物复合能量系统集成建模的策略研究建筑物复合能量系统集成建模的策略研究及在设计层面的实现及在设计层面的实现本课题是国家重点基础研究发展规划项目本课题是国家重点基础研究发展规划项目高效节能的关键科学问题高效节能的关键科学问题针对节能技术的重大需求领域针对节能技术的重大需求领域建筑物建筑物中的研究中的研究属于属于能量利用系统能量利用系统的研究范畴的研究范畴1.1.我国建筑能耗现状：我国建筑能耗现状：（1 1）我国建筑物耗能约）我国建筑物耗能约占总能占总能耗的耗的1010左右左右，右图反映了各，右图反映了各部分能耗所占比重；部分能耗所占比重；（2 2）与同气候条件的发达国家）与同气候条件的发达国家相比，我国单位建筑面积的采相比，我国单位建筑面积的采暖能耗为他们的暖能耗为他们的3 3倍左右倍左右；（3 3）空调住宅能耗约为一般住）空调住宅能耗约为一般住宅能耗的宅能耗的6 67 7倍倍；住宅面积迅；住宅面积迅速增长，年增长率速增长，年增长率1010亿亿m2m2，九九五期间增加五期间增加5555亿亿m2m2，20202020年将年将达达500500亿亿m2m2，能耗需求剧增。能耗需求剧增。一、我国建筑能耗现状与研究现状一、我国建筑能耗现状与研究现状生活照生活照明能耗明能耗14%14%采暖空采暖空调能耗调能耗65%65%热水供热水供应能耗应能耗15%15%生活饮生活饮食能耗食能耗6%6%建筑节能建筑节能是国民经是国民经济发展的济发展的重大需求重大需求2.2.建筑节能的研究现状建筑节能的研究现状（1 1）建筑主体节能）建筑主体节能 加强围护结构的隔热保温性能；加强围护结构的隔热保温性能；（2 2）设备系统的节能）设备系统的节能 提高设备系统的效率，大力挖掘提高设备系统的效率，大力挖掘可再生能源；可再生能源；（3 3）物业设施管理）物业设施管理 新兴的物业管理公司，物业管理法新兴的物业管理公司，物业管理法规的不断完善；规的不断完善；（4 4）投资核算与技术经济比较）投资核算与技术经济比较 概预算与技术经济核算概预算与技术经济核算一、我国建筑能耗现状与研究现状一、我国建筑能耗现状与研究现状建筑主体节能建筑主体节能设备设备系统节能系统节能能源规划与能源规划与技术经济分析技术经济分析物业设施管理物业设施管理帆船帆船运输运输人工人工运输运输临时架桥临时架桥All Rights Reserved,2002帆船帆船运输运输帆船帆船运输运输建筑节能中的建筑节能中的“孤岛孤岛”效应效应1.1.给定有用能单价下，围护结构的优化设计给定有用能单价下，围护结构的优化设计2.2.考虑多能源构成和热电冷联产技术，降低建筑物用能成考虑多能源构成和热电冷联产技术，降低建筑物用能成本本3.3.可再生能源利用系统的优化，降低建筑物用能成本：可再生能源利用系统的优化，降低建筑物用能成本：4.4.有用能单价与围护结构用能优化权衡的多次迭代有用能单价与围护结构用能优化权衡的多次迭代二、本论文的对策整体优化二、本论文的对策整体优化三、本论文研究技术路线三、本论文研究技术路线集成建模的策略研究集成建模的策略研究组元组元结构结构流结流结构构功能功能层次层次结构结构软件软件开发开发结构结构设计层面的集成框架设计层面的集成框架整体策略整体策略框图与模型框图与模型设计层面实施设计层面实施1.1.建筑物复合能量系统多层次集成建模的内涵建筑物复合能量系统多层次集成建模的内涵（1 1）系统多层次建模是基于）系统多层次建模是基于设计、运行、控制三层次设计、运行、控制三层次和和技术与管理技术与管理两个方面的集成建模。两个方面的集成建模。（2 2）三层次的划分基于时间角度，设计贯穿系统的）三层次的划分基于时间角度，设计贯穿系统的寿命寿命周期周期；运行是针对；运行是针对季节、昼夜季节、昼夜天候变化而采取优化用能措天候变化而采取优化用能措施；控制则是实时变化条件下的优化操作，它涉及到系统施；控制则是实时变化条件下的优化操作，它涉及到系统在在时、分、秒时、分、秒时间尺度上的运行和管理。时间尺度上的运行和管理。（3 3）集成建模研究工作的关键是）集成建模研究工作的关键是三个层次模型之间集成三个层次模型之间集成关系的揭示和描述关系的揭示和描述。四、总体策略四、总体策略2.2.集成建模策略实施的四个模型集成建模策略实施的四个模型（1 1）组元的物理模型）组元的物理模型 描述组元静、动态运行特性，是描述组元静、动态运行特性，是建筑物复合能量系统集成建模的基础建筑物复合能量系统集成建模的基础（2 2）流结构模型）流结构模型 描述组元在不同时间尺度上的联结关描述组元在不同时间尺度上的联结关系系（3 3）功能层次模型）功能层次模型 建立在组元与流结构定量描述的基建立在组元与流结构定量描述的基础上对系统不同层次联结关系的描述础上对系统不同层次联结关系的描述（4 4）软件开发模型）软件开发模型 集成策略的软件开发模式集成策略的软件开发模式四、总体策略四、总体策略图 图 建筑物复合能量系统的功能层次结构建筑物复合能量系统的功能层次结构设计设计方案选择方案选择系统设计系统设计设备选型设备选型运行运行季节、昼夜气候季节、昼夜气候变化条件下的工变化条件下的工况切换况切换控制控制故障检测/排除故障检测/排除优化控制优化控制防火/安保防火/安保决策决策能源方案能源方案能量优化能量优化节能改造节能改造供能运营供能运营市场信息反馈市场信息反馈能源结构优化能源结构优化蓄能安排策略蓄能安排策略管理管理实时用能管理实时用能管理系统维护管理系统维护管理物业设施管理物业设施管理科学决策科学决策优化运营优化运营快速反应快速反应设计层设计层运行层运行层控制层控制层3.3.集成建模策略的层次结构描述集成建模策略的层次结构描述四、总体策略四、总体策略五、模型描述五、模型描述组元的物理模型组元的物理模型大气候环境大气候环境小区微气候环境小区微气候环境舒适环境舒适环境建筑围护结构建筑围护结构图 图 复杂的复杂的建筑建筑物能量系统组成结构物能量系统组成结构能量转换与能量转换与利用系统利用系统控制与管理控制与管理如何描述？如何描述？纷繁复杂的建筑物纷繁复杂的建筑物能量系统能量系统共同的组元结构共同的组元结构提炼提炼具体的系统具体的系统抽象的组元抽象的组元物质物质能量能量资金资金信息信息备件备件人件人件组元组元面向面向对象对象描述描述组元组元OMTOMT描述描述描述方法描述方法描述描述五、模型描述五、模型描述组元的物理模型组元的物理模型BuildingBuildingEnvelopeEnvelopeIndoorIndoorEnvironmentEnvironmentmade of 1:?made of 1:?compose ofcompose of1:11:1OpeningOpeningWallWallmade of 1:?made of 1:?made of 1:?made of 1:?WindowWindowDoorDoormade of 1:?made of 1:?made of 1:?made of 1:?DimensionDimensionMaterialMaterialhashashashasWall_SectionWall_SectionhashasWall_LayerWall_Layerhas 1:?has 1:?AreaAreahashasLayer_DimensLayer_DimensionionLayer_MateriLayer_MaterialalhashashashasComfortComforthashasOrientationOrientationhashas图 建 筑物及其组元的图 建 筑物及其组元的OMTOMT描述（描述（EXPRESS_GEXPRESS_G）实例解释实例解释 ENTITY:Building is composed of:SET OF Envelope contains:SET OF SpaceEND ENTITY；ENTITY:Space is composed of:SET OF SurfaceEND ENTITY；中国最大的资料库下载中国最大的资料库下载ENTITY:Surface has area of:REAL is composed of:SET OF Line is surface of:Envelope is face of:Space END ENTITY；.实例解释实例解释表表 围护结构围护结构 AccessAccess 数据表数据表ENCLOSURE_IDNAMESIDE1SIDE2MIDDLE_PLANEKINDCONSTRUCTION4 main_encl_elem_1735760521013 main_encl_elem_27047571421017 main_encl_elem_36566781821023 main_encl_elem_46757222421027 main_encl_elem_56918042821033 main_encl_elem_67388073421035 main_encl_elem_76818613621039 main_encl_elem_865386440210表表 表面表面 AccessAccess 数据表数据表SURFACE_IDNAMEOF_ENCLOSUREAREAAZIMUTHTILTOF_CELLSURFACESTATE622 face_1347267.419990620621625 face_2349267.41-9990620621628 face_312282.87527090620621631 face_413245.375090620621634 face_513082.8759090620621637 face_612645.37518090620621641 face_7345119.979990640621644 face_8353119.97-9990640621647 face_911210.60613590640621实例解释实例解释流是指在组元之间发生，并把组元联结起来，构成有一定流是指在组元之间发生，并把组元联结起来，构成有一定功能、一定目标、一定结构的，具有流动和传递特性的客功能、一定目标、一定结构的，具有流动和传递特性的客体。体。（1 1）物物 流流 能流的载体能流的载体（2 2）能能 流流 描述能量转换、利用和回收中的普遍规律描述能量转换、利用和回收中的普遍规律 （3 3）资金流资金流 依附于前两者，如资金投入、运行能耗依附于前两者，如资金投入、运行能耗（4 4）信息流信息流 贯穿于三层次，设计层为信息交换贯穿于三层次，设计层为信息交换（5 5）人件流人件流 涉及控制管理层次涉及控制管理层次（6 6）备件流备件流 涉及控制管理层次涉及控制管理层次六、模型描述六、模型描述流结构模型流结构模型组元组元1 1组元组元2 2组元组元n n设计层次的流联结设计层次的流联结组元组元1 1组元组元2 2组元组元n n运行层次的流联结运行层次的流联结组元组元1 1组元组元2 2组元组元n n控制层次的流联结控制层次的流联结设定的设定的外界条件外界条件实时的实时的外界条件外界条件季节昼夜季节昼夜实时的实时的外界条件外界条件时分秒时分秒科学决策科学决策优化运营优化运营快速反应快速反应六、模型描述六、模型描述流结构模型流结构模型建筑物复合能量系统的能流网络图建筑物复合能量系统的能流网络图（1 1）能源层）能源层 常规能源和可再生能源；常规能源和可再生能源；（2 2）能源转换层）能源转换层 实线所示的为分布式热电冷三联供系实线所示的为分布式热电冷三联供系统；虚线所示的为可再生能源转换系统；统；虚线所示的为可再生能源转换系统；（3 3）用户层）用户层 围护结构用能子系统。消耗能源，获取有围护结构用能子系统。消耗能源，获取有用能，包括电能、空调冷量、采暖热量、生活用热等；用能，包括电能、空调冷量、采暖热量、生活用热等；（4