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申请/专利权人：中国市政工程华北设计研究总院有限公司

摘要：本发明公开了一种基于遗传算法的多能互补供热系统容量优化配置方法，即采用基于遗传算法的多目标优化算法，以多能互补供热系统全年综合能效比和多能互补供热系统费用年值为目标函数，通过模拟自然选择和遗传学机理来求解多目标优化问题的Pareto最优解集合，得到全局优化的系统最优配置，以达到优化改进系统配置的目的，既提高了能源利用效率又降低了成本。

主权项：1.一种基于遗传算法的多能互补供热系统容量优化配置方法，其特征在于包括下列步骤：步骤一、构建多能互补供热系统的数学模型，计算多能互补供热系统运行全年的制热量与耗能量，所述的数学模型包括太阳能供热单元制热与能耗模型、空气源热泵供热单元制热与能耗模型、燃气采暖热水炉供热单元制热与能耗模型；其中，太阳能供热单元制热与能耗模型为：太阳能供热单元运行全年的制热量Qsolar，计算公式为：Qsolar＝Iθ·A·η·ts式中Qsolar为太阳能供热单元运行全年的制热量，J；Iθ为单位面积太阳能集热器采光面上的瞬时总太阳能辐照量，Wm2；A为太阳能集热器面积，m2；η为集热效率；ts为太阳能供热单元全年运行时间，s；太阳能供热单元运行全年的耗电量Wsolar，计算公式为：Wsolar＝N1·ts式中Wsolar为太阳能供热单元运行全年的耗电量，J；N1为太阳能循环泵功率，W；空气源热泵供热单元制热与能耗模型为：空气源热泵供热单元运行全年的制热量Qpump，计算公式为：Qpump＝Mr×h2-h3×th 式中Qpump为空气源热泵供热单元运行全年的制热量，J；Mr为空气源热泵的压缩机制冷剂质量流量，kgs；h2为空气源热泵的压缩机出口制冷剂过热蒸汽的比焓，Jkg；h3为空气源热泵的冷凝器出口制冷剂液体的比焓，Jkg；th为空气源热泵供热单元全年运行时间，s；Vh为空气源热泵的压缩机理论输气量，m3s；v1为空气源热泵的压缩机进口气态制冷剂的比容，m3kg；ηv为空气源热泵的压缩机容积效率，％；空气源热泵供热单元运行全年的耗电量Wpump，计算公式为：Wpump＝Nth·thηi·ηm·ηd·ηeNth＝Mr×h2-h1式中Wpump为空气源热泵供热单元运行全年的耗电量，J；Nth为空气源热泵的压缩机轴功率，W；ηi为空气源热泵的指示效率，％；ηm为空气源热泵的摩擦效率，％；ηd为空气源热泵的传动效率，％；ηe为空气源热泵的电动机效率，％；h1为空气源热泵的压缩机进口制冷剂过热蒸汽的比焓，Jkg；空气源热泵供热单元能效COP，计算公式为：COP＝QpumpWpump所述的燃气采暖热水炉供热单元制热与能耗模型为：燃气采暖热水炉供热单元运行全年的制热量Qboiler，计算公式为：Qboiler＝Q-Qsolar-QpumpQ＝Qw+Qh式中Qboiler为燃气采暖热水炉供热单元运行全年的制热量，J；Q为系统全年总热负荷，J；Qw为系统全年生活热水负荷，J；Qh为系统全年采暖负荷，J；燃气采暖热水炉供热单元运行全年的耗气量Vg，计算公式为：Vg＝QboilerHi·ηb式中Vg为燃气采暖热水炉供热单元运行全年的耗气量，m3；Hi为送入燃气采暖热水炉中的燃气的热值，Jm3；ηb为燃气采暖热水炉热效率，％；步骤二、将多能互补供热系统全年综合能效比和多能互补供热系统费用年值确定为多能互补供热系统容量配置优化的目标函数；多能互补供热系统全年综合能效比EER的计算公式为： 式中：βb为燃气锅炉的发电效率；多能互补供热系统费用年值C的计算公式为： C0＝C1·A+C2·qp+C3·qb+C4·VCr＝Wsolar+Wpump×Pe3.6×106+Vg×Pg式中C为多能互补供热系统费用年值，元；Cr为年运行费用，元；C0为初投资，元；i为折现率；n为设备使用年限；C1为太阳能集热器费用，元m2；C2为空气源热泵费用，元W；qp为空气源热泵额定制热量，W；C3为燃气采暖热水炉费用，元W；qb为燃气采暖热水炉额定制热量，W；C4为储水箱费用，元L；V为储水箱容量，L；pe为电价，元kWh；pg为燃气价格，元m3；步骤三、基于热负荷需求，确定多能互补供热系统容量配置的约束条件，所述的约束条件包括太阳能集热器面积A、空气源热泵额定制热量qp、燃气采暖热水炉额定制热量qb和储水箱容量V；所述的太阳能集热器面积A范围为：0≤A≤Amax式中Amax为太阳能集热器面积设计上限值，m2；集热器面积设计上限值Amax由采暖负荷计算得到： 式中qh为采暖负荷，W；f为太阳能保证率，％；JT为安装太阳能集热器当地的采暖期在太阳能集热器安装倾斜面上的平均日太阳能辐照量，Jm2·天；ηL为太阳能供热单元热损失率，％；所述的空气源热泵额定制热量qp范围为：0≤qp≤max{qpw,qph} 式中qpw为根据热水负荷选型的空气泵热泵额定制热量，W；qph为根据采暖负荷选型的空气泵热泵额定制热量，W；Qd为生活热水日耗热量，J；tp0为空气源热泵设定加热时间，s；COPp为空气源热泵在最不利环境下能效；K1为使用地区的室外空调计算干球温度的修正系数；K2为机组融霜修正系数；燃气采暖热水炉额定制热量qb范围为： 式中qw为生活热水负荷，W；储水箱容量V范围为： 式中Vmin为储水箱容量下限值，取一天的用水量，L；t为系统运行时间；ρ为水的密度，kgm3；CP为水的比热容，Tr为设定热水出水温度，℃；TL为自来水进水温度，℃；步骤四、采用遗传算法，建立多能互补供热系统的多目标优化数学模型，公式为： 步骤五、根据步骤四建立的多目标优化数学模型，利用Matlab软件编写计算程序，在计算程序中调用基于遗传算法的多目标优化函数，随机产生设备容量配置A，qp，qb，V并对A，qp，qb，V不断更新迭代，得到系统全年综合能效比最高且系统费用年值最低即最优的设备容量配置。

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