建筑物能量消耗的預(yù)測方法
【專利摘要】一種預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法，其特征在于包括基于由計(jì)算機(jī)實(shí)施的物理模型、考慮接收的太陽輻射的熱交換和/或建筑物與外界環(huán)境之間的熱對(duì)流和/或傳導(dǎo)的步驟，以及包括用來基于建筑物在過去所進(jìn)行的測量來推導(dǎo)所述物理模型的參數(shù)值的學(xué)習(xí)步驟。
【專利說明】建筑物能量消耗的預(yù)測方法
[0001]本發(fā)明涉及一種建筑物的熱能管理方法以及實(shí)施這樣的方法的熱能系統(tǒng)。本發(fā)明還涉及包括實(shí)施這樣的方法的軟件的載體。最后，本發(fā)明還涉及裝備了這樣的熱能系統(tǒng)的建筑物。
[0002]對(duì)建筑物能量消耗的預(yù)測可以用于預(yù)計(jì)建筑物的供熱或空氣調(diào)節(jié)并且在任何時(shí)候都能達(dá)到居住者所希望的舒適度。然而，表征建筑物的熱現(xiàn)象是復(fù)雜的并且難以被認(rèn)知。
[0003]為此，現(xiàn)有技術(shù)中的第一種解決方案建立在長時(shí)段、例如一年中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)和測量的值進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上。特別是，建筑物的能量消耗和內(nèi)部溫度的值以及相應(yīng)的氣象學(xué)數(shù)據(jù)(如外部溫度和光照時(shí)間)根據(jù)時(shí)間而被存儲(chǔ)?；谕ㄟ^神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類型的方法進(jìn)行數(shù)字處理的混合化允許確定代表過去這些數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)模型，該模型之后被用于實(shí)現(xiàn)未來預(yù)測。該方法基于人工智能，需要大量數(shù)據(jù)以達(dá)到可接受的結(jié)果，這不但耗時(shí)長且需要復(fù)雜的計(jì)算。另一方面，由于該方法不基于現(xiàn)象的物理研究，其存在局限并且無法在任何情況下都達(dá)到足夠的精確性。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中的第二種解決方案基于用重大簡化對(duì)物理現(xiàn)象建立模型，以便不需要過多的計(jì)算裝置。在這種建立模型中，與外界的熱交換、例如輻射或?qū)α黝愋偷臒峤粨Q都被忽略不計(jì)。
[0005]在所有這些情況下，得出的結(jié)果都無法令人滿意，因此需要一種改進(jìn)的解決方案來預(yù)測建筑物的能量消耗。
[0006]為此，本發(fā)明基于一種預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法，其特征在于包括基于通過計(jì)算機(jī)實(shí)施的物理模型來考慮接收的太陽輻射的熱交換和/或在建筑物與外界環(huán)境之間的熱對(duì)流希/或熱交換的步驟，其特征還在于包括用來基于對(duì)建筑物在過去所進(jìn)行的測量來推導(dǎo)所述物理模型的參數(shù)值的學(xué)習(xí)步驟。
[0007]更確切地，本發(fā)明涉及一種預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法，其特征在于包括一個(gè)步驟，該步驟考慮由供熱和/或空調(diào)設(shè)備對(duì)建筑物的供熱或降溫，被動(dòng)太陽能供給，內(nèi)部收益供給，如人員和家用器具的供熱帶來的內(nèi)部受益供給，以及建筑物與外界環(huán)境之間的熱對(duì)流和/或熱傳導(dǎo)類型的熱損失(Pertes_thermiques),其特征在于該預(yù)測方法包括用來基于對(duì)建筑物在過去所進(jìn)行的測量來推導(dǎo)所述物理模型的參數(shù)值的學(xué)習(xí)步驟，該學(xué)習(xí)步驟包括:
[0008]-基于在日照較少的時(shí)段的過去測量來確定所述物理模型的與內(nèi)部收益和/或與熱損失相關(guān)的至少一個(gè)參數(shù)；
[0009]-基于在日照充足的時(shí)段的過去測量來確定所述物理模型的與被動(dòng)太陽能供給相關(guān)的至少一個(gè)參數(shù)。
[0010]本發(fā)明還涉及一種信息載體，其包括實(shí)施如前所述的預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法的幾個(gè)步驟的計(jì)算機(jī)程序。
[0011]本發(fā)明還涉及一種預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于包括一個(gè)控制單元，該控制單元實(shí)施如前所述的預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法。
[0012]所述預(yù)測建物筑的能量消耗的預(yù)測系統(tǒng)包括供熱和/或空調(diào)設(shè)備以及控制單元，該控制單元能夠根據(jù)所需要的溫度設(shè)定值，通過對(duì)供熱和/或空調(diào)設(shè)備致動(dòng)來調(diào)節(jié)建筑物的內(nèi)部溫度。
[0013]本發(fā)明還涉及一種建筑物，其特征在于包括預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測系統(tǒng)，所述預(yù)測系統(tǒng)實(shí)施如上述的預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法。
[0014]本發(fā)明通過權(quán)利要求書更加確切地限定。
[0015]本發(fā)明的這些目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將在以下結(jié)合唯一附圖非限制性地對(duì)【具體實(shí)施方式】的描述中進(jìn)行詳細(xì)說明，唯一附圖示意性地示出建筑物以及本發(fā)明所考慮的不同能量現(xiàn)象。 [0016]本發(fā)明基于對(duì)建筑物的外部熱現(xiàn)象的更好考慮，這些外部熱現(xiàn)象如輻射和/或?qū)α骱?或傳導(dǎo)。尤其是，其允許更好地考慮某些氣象現(xiàn)象(如風(fēng)、被動(dòng)太陽能供給)對(duì)建筑物的影響。本發(fā)明基于允許在保持與由計(jì)算機(jī)進(jìn)行的相對(duì)簡單處理相兼容的簡易性的同時(shí)對(duì)物理現(xiàn)象進(jìn)行考慮的折衷。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，建筑物中的熱平衡可以寫為如下:
[0018]PC=PT+PV- (Pasp+Pi) +S
[0019]其中:
[0020]P。是所述建筑物的供熱或冷卻所需要的功率；
[0021]PT表示建筑物的缺陷導(dǎo)致的功率損失，比如導(dǎo)致向外部傳導(dǎo)熱量或是向內(nèi)部傳導(dǎo)熱量的非隔離墻壁；
[0022]PV表示通風(fēng)導(dǎo)致的功率損失；
[0023]Pasp表示由被動(dòng)太陽能供給帶來的功率；
[0024]Pi表示由內(nèi)部收益帶來的功率，如所在人員的人體和家用器具散發(fā)的熱量等等；
[0025]S表示建筑物內(nèi)累積的熱通量。
[0026]由被動(dòng)太陽能供給帶來的功率主要來自進(jìn)入建筑物中的太陽福射，隨著建筑物的隔熱性提高而變得越來越不可忽略。如圖1中可見，這些供給取決于太陽的位置，并且因此取決于季節(jié)和時(shí)間，這是因?yàn)楦鶕?jù)不同的角度，這種輻射到達(dá)建筑物的不同表面。例如，在位置Pl的太陽輻射Rl表示的是冬季某個(gè)特定時(shí)間的情形。在夏天，在相同的時(shí)間，太陽輻射R2則大不目同，位置P2要高得多。由此可見建筑物I所接收的太陽輻射可以有很大差
巳
[0027]通過在一天的一個(gè)時(shí)段上進(jìn)行能量平衡，前面的等式允許獲得建筑物的能量消耗的預(yù)測方法，該方法考慮以下等式(I):
[0028]
【權(quán)利要求】
1.一種預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法，該預(yù)測方法由計(jì)算機(jī)實(shí)施并使用考慮了以下方面的物理模型:由供熱和/或空調(diào)設(shè)備對(duì)建筑物的供熱或降溫(P。)，被動(dòng)太陽能供給(Pasp),內(nèi)部收益供給(Pi),如人員和家用器具的供熱帶來的內(nèi)部受益供給，以及建筑物與外界環(huán)境之間的熱對(duì)流和/或熱傳導(dǎo)類型的熱損失(Pertes_thermiques),其特征在于該預(yù)測方法包括用來基于對(duì)建筑物在過去所進(jìn)行的測量來推導(dǎo)所述物理模型的參數(shù)值的學(xué)習(xí)步驟，該學(xué)習(xí)步驟包括: -基于在日照較少的時(shí)段的過去測量來確定所述物理模型的與內(nèi)部收益和/或與熱損失相關(guān)的至少一個(gè)參數(shù)； -基于在日照充足的時(shí)段的過去測量來確定所述物理模型的與被動(dòng)太陽能供給相關(guān)的至少一個(gè)參數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法，其特征在于學(xué)習(xí)步驟包括以下步驟: -基于在日照較少并且建筑物居住率較低的時(shí)段的過去測量來確定所述物理模型的與熱損失相關(guān)的至少一個(gè)參數(shù)；和/或 -基于在日照較少并且建筑物居住的時(shí)段的過去測量來確定所述物理模型與內(nèi)部收益相關(guān)的至少一個(gè)參數(shù)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法，其特征在于，該預(yù)測方法在學(xué)習(xí)步驟之后包括所述物理模型的使用步驟，用于根據(jù)溫度設(shè)定值Tint (t)計(jì)算用于建筑物的供熱或降溫的未來能量消耗。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法，其特征在于，建筑物在給定時(shí)段通過被動(dòng)太陽能供給而接收到的能量通過以下公式計(jì)算:


5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法，其特征在于所述物理模型把η值視為介于I和10之間以用于計(jì)算通過被動(dòng)太陽能供給所接收的能量。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法，其特征在于所述物理模型通過以下等式計(jì)算在給定時(shí)段上建筑物的能量平衡:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法，其特征在于包括以下步驟:該步驟將選定時(shí)段上建筑物的與熱慣性相關(guān)的熱能視為零，即/ S=O0
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法，其特征在于，建筑物在給定時(shí)段上的熱損失通過以下等式計(jì)算:
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8之一所述的預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法，其特征在于，所述內(nèi)部收益在給定時(shí)段上被視為等同于常數(shù)值，該常數(shù)值是考慮到建筑物內(nèi)部的活動(dòng)和/或居住的情況下的所述給定時(shí)段的平均值。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法，其特征在于，所述學(xué)習(xí)步驟包括通過考慮在日照較少并且被動(dòng)太陽能供給可忽略的時(shí)段在過去對(duì)建筑物進(jìn)行的測量來確定參數(shù)GV和?Ρζ_的第一子步驟。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法，其特征在于通過以下等式考慮建筑物內(nèi)部的溫度波動(dòng):
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法，其特征在于，所述學(xué)習(xí)步驟包括通過以下公式基于在無日照的時(shí)段在過去對(duì)建筑物進(jìn)行的測量來計(jì)算在給定時(shí)刻的值的子步驟:
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法，其特征在于，通過以下等式根據(jù)溫度設(shè)定值tint(t)來計(jì)算用于建筑物的供熱或降溫的未來能量消耗:
14.一種包括計(jì)算機(jī)程序的信息載體，該計(jì)算機(jī)程序?qū)嵤└鶕?jù)前述權(quán)利要求之一所述的預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法的步驟。
15.一種預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于該預(yù)測系統(tǒng)包括控制單元，該控制單元實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至13之一所述的預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于該預(yù)測系統(tǒng)包括供熱和/或空調(diào)設(shè)備，以及控制單元根據(jù)希望的溫度設(shè)定值通過對(duì)供熱和/或空調(diào)設(shè)備進(jìn)行致動(dòng)來調(diào)節(jié)建筑物的內(nèi)部溫度。
17.一種建筑物，其特征在于，包括實(shí)施根據(jù)權(quán)利要求1至13之一所述的預(yù)測建筑物的能量消耗的預(yù)測方法的預(yù)測建筑物`的能量消耗的預(yù)測系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】G05B15/02GK103649852SQ201280031332
【公開日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月11日
【發(fā)明者】X·勒·皮沃特 申請(qǐng)人:原子能及能源替代委員會(huì)