我国是建筑业大国，建筑业也是国民经济的重要组成之一，随着我国城市化进程的推进和人民生活水平的提高，建筑能耗占社会总能耗的比重逐年增大，为实现可持续发展，我国本世纪以来一直在积极寻求建筑节能的方法。相比常规不可再生能源，如煤炭、石油等，可再生能源具有资源丰富、无环境污染、清洁安全等优点，随着可再生能源在实际工程中的应用日益增多，建筑中的可再生能源的应用也越来越受到专家、学者们的重视。目前，太阳能、生物质能、地热能等可再生能源已在建造工程中大规模地使用，如太阳能光伏发电、生物质燃料锅炉、地源热泵等，且仍具有巨大的开发潜力。

目前评价建筑中可再生或不可再生能源系统能量利用效率的常规方法是能分析，即运用热力学第一定律，从能量数量守恒的角度，揭示出能量在数量上转换、传递、利用和损失的情况。但这种方法忽略了不同能量在质量上的差别，无法揭示能质的退化和贬值，缺乏一定的科学性和可靠性。为了弥补能分析的缺点，学者提出了#15794;的概念，即可完全转化的、量质统一的那部分能量，并建立了基于热力学第一定律和热力学第二定律的#15794;分析方法，把量和质结合起来评价能量的价值和利用效率，更科学深刻地揭示了能量在传递过程中能质退化的本质，为如何节约用能提供了更科学的分析依据。综上，本次毕业论文研究主要针对某新能源建筑的能量系统，从能分析和#15794;分析两个角度，探究该系统的能量利用效率。

从#15794;的概念被提出至今，国内外已有大量的文献针对建筑的能量系统进行了#15794;分析。国外学者在冷热源、输送系统、系统末端、空调系统等方面均进行了广泛的研究，针对不同能量系统提出了对应的#15794;分析模型，研究了各种影响因素，为系统局部给出优化意见，且已有综述对可再生能源建筑中各种能量系统的#15794;分析进行了全面的总结，并指出局部优化的缺陷，建议进行整体优化。随着计算机和人工智能的普及，近几年国外学者开始广泛地使用如进化算法、遗传算法、SQP( sequence quadratic program-顺序二次规划) 算法等方法，对建立的系统函数进行全局优化。在此基础上，还有学者结合热经济学分析，利用多目标优化方法，对系统进行能量利用效率和经济收益等多维度的优化，为实际工程提供科学可靠的指导依据。

国内也有大量学者对不同能量系统进行了#15794;分析，研究了影响因素，但缺少总结性的综述，且以局部优化为主，虽然也有如胡秋实等人从运行方式的角度进行的整体优化，但运用数学算法进行整体优化的仍然相对较少。

综上所述，本次毕业论文研究的目的除了从能、#15794;两方面来科学全面地分析某新能源建筑的能量利用效率外，还将分析影响该建筑能量系统的#15794;损失、#15794;效率的因素，以其为目标建立数学函数，设置各因素的约束条件，运用专业软件MATLAB对函数进行最优化计算，找出理想情况下，即系统#15794;损失最小或#15794;效率最大时系统的运行工况，并将优化前后的各指标进行对比分析，为实际工程中设备工况的设置提供科学的建议。

2. 研究的基本内容与方案

（1）选择目标可再生能源建筑

采用可再生能源的建筑大多为大型公共建筑，能量系统较为复杂，但此类建筑网络上可寻的有效信息十分有限，将造成后续计算的不便，故综合考虑下选择能量系统信息较为完整的湖北省出入境检验检疫局综合实验楼作为目标建筑。该建筑为“十一五”国家支撑计划“可再生能源与建筑集成技术应用示范工程项目”，是一个集对外接待、实验、办公等一体的多功能综合性建筑，末端采用风机盘管加全新风系统，冷热源采用地埋管地源热泵空调系统，选用三台型号相同带部分热回收的克莱门特地源热泵机组，夏季和冬季分别提供冷冻水和热水供空调系统末端设备使用，同时为单身公寓、厨房和实验室提供卫生热水。

（2）针对选定可再生能源建筑的能量系统，对其系统和组件建立热力学模型

首先对能量系统（地源热泵系统）进行必要的简化，构建由地侧换热器、热泵、用户末端三大部分组成的物理模型，并将热泵内部详细分解为蒸发器、冷凝器、节流阀、压缩机等部分，绘制系统工作的简单图示，解释其工作过程。其次，根据夏冬两季的不同工况，针对每个部分和总系统分别建立热力学分析模型，其中包括：①能分析数学模型，以热力学第一定律为依据进行能分析，建立能量守恒公式，并写出能量利用率公式（夏季为能效比EER，冬季为性能系数COP）；②#15794;分析数学模型，以热力学第一定律和热力学第二定律为依据进行#15794;分析，建立#15794;平衡方程，并写出#15794;损失、#15794;损率、#15794;效率公式。