建筑改造优化与区域多能互补枢纽调度协同的两阶段研究框架

《Scientific Reports》：Enhancing energy efficiency and thermal comfort in residential towers through multi-objective optimization and energy hub systems

　　

摘要

现有高层住宅建筑普遍存在能耗高和热舒适度不足的问题，而建筑改造决策很少与后续的区域级能源系统运行进行协调。本研究建立了一个两阶段框架，将建筑改造优化与多能互补枢纽调度相结合。首先，将一栋17层塔楼中住宅单元经验证的EnergyPlus模型与NSGA-II多目标优化算法耦合，对保温、窗框玻璃、外遮阳、以及供暖和制冷设定温度进行优化，同时考虑能耗和热舒适度。该模型以2022年至2024年三年的实测电力和天然气消耗数据进行了验证，各年偏差分别为?6.18%、?2.87%和+1.49%。所选改造方案将年能耗从33,336.28 kWh降至28,384.04 kWh（降幅14.85%），并将平均预计不满意人数百分比（PPD）从29.51降至18.69%。其次，将优化后的需求曲线扩展至816个住宅单元，并整合到基于混合整数线性规划（MILP）的能源枢纽模型中，该枢纽涵盖冷热电三联供（CCHP）发电、可再生能源、电储能和热储能以及需求响应。与基准情形相比，储能使运营成本降低12.14%，而储能与需求响应相结合则实现19.90%的成本降低。研究结果表明，将长期改造决策与短期多能调度进行协调，可以同时提升建筑能效、热舒适度和区域级运行灵活性。