【摘 要】
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随着社会经济的不断发展,我国建筑能耗呈逐年上升的趋势。建筑能耗中高校建筑能耗占比较大。教学建筑作为学生及教师使用较为频繁的场所之一,又是高校建筑中能耗较高的建筑类型。建筑使用人员的时空分布是建筑能耗的一个重要影响因素,而教学建筑的一大特点是受课程安排、自习室开放策略高度影响的人员时空分布优化是可优化调节的。但是,现有以节能为目的教学建筑人员时空分布优化研究其能耗模拟均采用简化的经验公式,缺少较为精
【基金项目】
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陕西省科技厅重点研发计划一般项目“建筑节能在高校排课系统中的应用技术研究”(2020SF-393);
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随着社会经济的不断发展,我国建筑能耗呈逐年上升的趋势。建筑能耗中高校建筑能耗占比较大。教学建筑作为学生及教师使用较为频繁的场所之一,又是高校建筑中能耗较高的建筑类型。建筑使用人员的时空分布是建筑能耗的一个重要影响因素,而教学建筑的一大特点是受课程安排、自习室开放策略高度影响的人员时空分布优化是可优化调节的。但是,现有以节能为目的教学建筑人员时空分布优化研究其能耗模拟均采用简化的经验公式,缺少较为精准的能耗模拟与人员时空分布特性结合在一起的互联互通模型。为厘清高校教学建筑人员时空分布特征,优化高校教学建筑的课程表安排策略与自习室开放策略,本研究开展具体工作如下:首先,针对当前教学建筑人员时空分布特性尚不明晰的问题,通过现场实测及问卷调研获得学生上课和自习时的人员分布特征,对学生的课程时间间隔偏好、不同时期的自习人数、自习满座率偏好等通过数理统计的方法进行分析总结。其次,针对缺少较为精准的人员时空分布与建筑能耗互联互通的模型问题,通过确定人员时空分布中对建筑能耗的关键影响参数,在MATLAB中建立人员时空分布特征数学模型,在Energy Plus中建立能耗模拟模型,并通过BCVTB建立人员时空分布特征与建筑能耗的跨平台联合仿真模型。最后,针对高校教学建筑节能策略优化尚不明晰的问题,通过建立高校教学建筑节能策略优化模型、并采用遗传算法进行求解。在此基础上,选择供冷期考试周、供冷期非考试周、供暖期考试周、供暖期非考试周四个典型周期,分别分析了供暖值班温度、课程时间间隔、自习满座率对高校教学建筑节能策略优化结果的影响。本研究主要得到了以下结论:(1)随着自习室满座率的增大,学生不满意度逐渐增大。考试周与非考试周相比,同样的满座率下,考试周内学生不满意度更低。非考试周情况下当教室满座率为30%的情况下,有50.3%的人将不考虑进入该教室自习,但在考试周情况下当教室满座率为30%的情况时,仅有34.7%的人不满意;(2)在保证学生不满意度低于50%的情况下,随着自习满座率的增大其节能率进一步增大,通过合理的课程表优化与自习室开放策略安排,高校教学建筑在供冷季最多可节能13.4%,供暖季最多可节能24.7%;(3)时间上,课程在供冷季更多被安排在上午第一、二大节,在供暖季则更多被安排在下午第三、四大节。空间上,无论供冷季或供暖季,课程都更多被安排在位于建筑中间层的中间位置教室;(4)优化后课程安排较为集中在某一时段,导致会出现该时段自习室数量不满足需求,学生自习不能被满足。具体来看是供冷季上午第一、二大节自习室数量不满足需求,供暖季下午第三、四大节不满足需求;(5)供暖季内,随着供暖值班温度的升高,因自习室开放而需额外增加的建筑累计供热量逐渐较低,当供暖值班温度为20℃时,开放自习室甚至比不开放自习室的建筑能耗还要更低。
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