寒冷地區(qū)零能耗太陽能居住建筑多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究——以京津地區(qū)為例.pdf

1、本文研究多目標(biāo)、多學(xué)科優(yōu)化問題在零能耗建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。隨著建筑技術(shù)的迅猛發(fā)展和系統(tǒng)的日趨復(fù)雜，現(xiàn)代建筑節(jié)能設(shè)計(jì)理念和模式都發(fā)生了重大變化，從追求圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)模式發(fā)展到集成并行設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)所面臨的是一個(gè)龐大又復(fù)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(biāo)、多學(xué)科系統(tǒng)問題的方法。優(yōu)化設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)零能耗建筑設(shè)計(jì)工作的一個(gè)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(jìn)行零能耗多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，開展了實(shí)現(xiàn)零能耗建筑多目標(biāo)優(yōu)化為主旨的相關(guān)原理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、優(yōu)化算法和Pareto解集最優(yōu)解評價(jià)方法的系統(tǒng)性研究，并建立了多目標(biāo)設(shè)計(jì)優(yōu)化框架，構(gòu)建了與零能耗建筑設(shè)計(jì)相關(guān)的多目標(biāo)分析模型，拓展了多目標(biāo)設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)在零能耗居住建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)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(yùn)行模式，并對一實(shí)驗(yàn)監(jiān)測進(jìn)行了詳細(xì)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(gòu)建了建筑物理實(shí)驗(yàn)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(gòu)建了一個(gè)典型物理權(quán)衡分析模型，給出了一套用于確定建筑物理模型簡化計(jì)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(shí)現(xiàn)零能耗的基本路線和計(jì)算分析模型，分析了包括國內(nèi)外高能效建筑各項(xiàng)指標(biāo)、節(jié)能策略和能源規(guī)劃，并建立了實(shí)現(xiàn)零能耗模式的基本參數(shù)閾值，總結(jié)和設(shè)

4、計(jì)出了基于不同零能耗類型特征的基本典型運(yùn)行工況。
　　三、針對零能耗建筑運(yùn)行機(jī)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(gòu)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(jié)合零能耗建筑成本特性，構(gòu)建了基于壽命期節(jié)能收益成本的LCC理論分析模型;并結(jié)合上述建立的分析模型，針對圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(jìn)行了基于零能耗建筑實(shí)現(xiàn)途徑的京津地

5、區(qū)ZEB建筑能量與成本相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與擬合，并建立了數(shù)學(xué)模型集合。
　　四、研究了當(dāng)前多目標(biāo)優(yōu)化算法工作機(jī)理，經(jīng)過遴選選擇基于實(shí)值編碼的NSGAⅡ優(yōu)化技術(shù)，并引入了Michalcwicz交叉算子;分析了各學(xué)科之間的數(shù)據(jù)傳遞和耦合關(guān)系，確定設(shè)計(jì)變量、設(shè)計(jì)約束和優(yōu)化目標(biāo);構(gòu)建了“EEE-ZEB-MOP”技術(shù)框架;構(gòu)建了零能耗建筑能量平衡與成本目標(biāo)函數(shù)與約束條件，編制了優(yōu)化程序，求得了Pareto解集，結(jié)果證明了該算法在求解Pareto解

6、集時(shí)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(zhǔn)確性;利用了該算法對建立的典型零能耗建筑模型進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化，驗(yàn)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(biāo)Pareto解集中求得一定精確度又有實(shí)際意義的滿意解問題。針對零能耗建筑多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，建立了一套基于Pareto空間特征解炯分析的改進(jìn)熵權(quán)評價(jià)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(yùn)行工況參數(shù)數(shù)據(jù)及