寒冷地區(qū)零能耗太陽能居住建筑多目標優(yōu)化設計研究——以京津地區(qū)為例.pdf

1、本文研究多目標、多學科優(yōu)化問題在零能耗建筑設計中的應用。隨著建筑技術的迅猛發(fā)展和系統(tǒng)的日趨復雜，現(xiàn)代建筑節(jié)能設計理念和模式都發(fā)生了重大變化，從追求圍護結構能效發(fā)展到追求建筑能源系統(tǒng)綜合使用效能，從以往的串行設計模式發(fā)展到集成并行設計模式，從追求高能效建筑模式發(fā)展到零能耗建筑模式。為此，建筑節(jié)能設計所面臨的是一個龐大又復雜的系統(tǒng)，需要建立彼此密切聯(lián)系的橋梁和解決多目標、多學科系統(tǒng)問題的方法。優(yōu)化設計是實現(xiàn)零能耗建筑設計工作的一個重要的階段

2、。本文針對京津地區(qū)的寒冷氣候區(qū)典型居住建筑為原型進行零能耗多目標優(yōu)化設計，開展了實現(xiàn)零能耗建筑多目標優(yōu)化為主旨的相關原理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、優(yōu)化算法和Pareto解集最優(yōu)解評價方法的系統(tǒng)性研究，并建立了多目標設計優(yōu)化框架，構建了與零能耗建筑設計相關的多目標分析模型，拓展了多目標設計優(yōu)化技術在零能耗居住建筑設計中的應用，得出了基于典型模型的京津地區(qū)太陽能零能耗居住建筑的基本工況運行模式，并對一實驗監(jiān)測進行了詳細的案例闡釋。
　　本文主要研究

3、內(nèi)容依次如下:
　　一、基于相似理論構建了建筑物理實驗分析典型簡化模型，完成了數(shù)據(jù)的篩選、錄入和優(yōu)選，構建了一個典型物理權衡分析模型，給出了一套用于確定建筑物理模型簡化計算方法及基于集合住宅戶型立面基本物理邊界條件（能耗模塊）的“九宮格”分析理論。
　　二、建立了適合于京津寒冷地區(qū)居住建筑實現(xiàn)零能耗的基本路線和計算分析模型，分析了包括國內(nèi)外高能效建筑各項指標、節(jié)能策略和能源規(guī)劃，并建立了實現(xiàn)零能耗模式的基本參數(shù)閾值，總結和設

4、計出了基于不同零能耗類型特征的基本典型運行工況。
　　三、針對零能耗建筑運行機理建立了能量與成本分析理論模型;為了得到較為全面的零能耗建筑能量分析方法，構建了基于(炯)分析模式下的壽命期相對節(jié)能分析理論模型;研究了國內(nèi)外壽命期成本分析并結合零能耗建筑成本特性，構建了基于壽命期節(jié)能收益成本的LCC理論分析模型;并結合上述建立的分析模型，針對圍護結構節(jié)能主材厚度、窗傳熱系數(shù)和光伏面積為主要約束變量，進行了基于零能耗建筑實現(xiàn)途徑的京津地

5、區(qū)ZEB建筑能量與成本相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計與擬合，并建立了數(shù)學模型集合。
　　四、研究了當前多目標優(yōu)化算法工作機理，經(jīng)過遴選選擇基于實值編碼的NSGAⅡ優(yōu)化技術，并引入了Michalcwicz交叉算子;分析了各學科之間的數(shù)據(jù)傳遞和耦合關系，確定設計變量、設計約束和優(yōu)化目標;構建了“EEE-ZEB-MOP”技術框架;構建了零能耗建筑能量平衡與成本目標函數(shù)與約束條件，編制了優(yōu)化程序，求得了Pareto解集，結果證明了該算法在求解Pareto解

6、集時表現(xiàn)出很好的貼近性、均勻性和完整性，具有較好的優(yōu)化效率和決策的準確性;利用了該算法對建立的典型零能耗建筑模型進行了多目標優(yōu)化，驗證了該優(yōu)化方法的可行性和有效性。
　　五、為了解決在多目標Pareto解集中求得一定精確度又有實際意義的滿意解問題。針對零能耗建筑多目標優(yōu)化設計，建立了一套基于Pareto空間特征解炯分析的改進熵權評價法，得到了最優(yōu)解，分析得出了寒冷氣候區(qū)京津地區(qū)ZEB住建筑的最佳節(jié)能系統(tǒng)組合數(shù)據(jù)、運行工況參數(shù)數(shù)據(jù)及