基于遗传算法的近零能耗居住建筑多目标优化设计方法研究
批准号:
52078345
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
邓丰
依托单位:
学科分类:
建筑学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
邓丰
中文摘要
近零能耗建筑是建设资源节约型社会的有效途径之一,符合我国建筑节能领域的发展方向。本研究针对我国不同气候区的不同居住建筑类型,提取关键参数,建立能耗预测基准模型。基于3E-GIS平台,建立不同气候区近零能耗居住建筑关键参数数据库,分析近零能耗居住建筑在全国各地区典型城市的可行性及级别划分。采用基于Grasshopper平台的数字化设计,内嵌 NSGA-Ⅱ遗传优化算法模块,进行以零能耗为导向的建筑能源需求最低、光伏发电量最大、增量成本最低的多目标优化,对影响三个目标函数的建筑各朝向窗墙比、围护结构、屋顶、外窗传热系统、外窗的太阳得热系数以及建筑朝向等控制变量进行量化分析。建立近零能耗居住建筑多目标优化设计流程,构建近零能耗居住建筑数字化设计的多参数多目标分析模型,对比分析不同气候区典型居住建筑类型实现近零能耗的可行性及技术路线,以期为我国不同地区的近零能耗居住建筑设计与实践提供理论及工具支撑。
英文摘要
Nearly Zero-energy buildings are one of the effective ways to build a resource-saving society, which is in line with the development direction of China's building energy conservation field. This study extracts key parameters for different types of residential buildings in different climate regions in China, and establishes a benchmark model for energy consumption prediction. Based on the 3E-GIS platform, a database of key parameters of nearly Zero-energy residential buildings will be established to analyze the feasibility and classification of nearly Zero-energy residential buildings in typical cities in different climate regions of China. Based on the digital design of the Grasshopper platform and the NSGA-Ⅱ genetic algorithm, with zero energy consumption as the guide, the multi-objective optimization is carried out with the goals of the lowest building energy demand, the largest photovoltaic power generation and the lowest incremental cost. Quantitative analysis of multiple control variables, such as the window-to-wall ratio of the building, the heat transfer coefficient of envelope structure, the roof and the external window , the solar heat gain coefficient of the external window, and the building orientation, etc. A multi-objective optimization design process for nearly Zero-energy buildings will be established, and a multi-objective analysis model for nearly Zero-energy building digital design will be constructed. The feasibility and technical route for nearly Zero-energy consumption of typical residential buildings in different climate zones will be compared and analyzed. The research results could provide theoretical and tool support for the design and practice of nearly Zero-energy residential buildings in different climate regions in China.
在全球能源与环境形势严峻、我国建筑能耗占比居高不下且建筑节能大力推进的背景下,本项目全力攻坚近零能耗建筑关键技术。鉴于我国气候和居住建筑类型繁杂多样,项目组深入钻研,成果丰硕。.项目构建的 “3E-GIS-MCDM” 评价法意义重大,它全面融合能源、经济、环境要素,极大拓展了零能耗建筑可行性研究范畴。通过对海量数据的深度挖掘,精准锁定建筑能耗、光伏潜力、初投资等 8 个关键指标。以我国 270 个城市的地理、气象等数据为依托,运用HDD、CDD和克里金差值法等科学手段,精确算出各气候区居住建筑能耗、发电量等核心数据,成功获取全国零能耗潜力分布与成本效益信息,并借MCDM方法与克里金差值法,得出高层点式建筑可行性等级(EG1-EG5),为各地近零能耗建筑设计规划提供有力指导。.针对不同气候区居住建筑,综合考虑多种因素提取关键参数,成功建立能耗预测基准模型与3E-GIS关键参数数据库,精确剖析建筑可行性及级别差异。借助 Grasshopper平台和NSGA-Ⅱ遗传优化算法,对建筑关键变量进行量化分析与多目标优化,构建起完备的设计流程与模型,系统对比不同气候区技术路线。.在光伏系统研究上实现重大突破,创新性地将LSTM模型应用于高层住宅BIPV系统长期预测,打破以往局限。整合多源数据有效捕捉复杂模式,预测时长超一年,为社区规划建设提供关键指引。利用Ladybug插件精细模拟太阳辐射,并结合严格数据预处理技术确保数据可靠。与GRU、CNN、RNN等模型对比,LSTM模型在捕捉长期依赖和处理顺序数据方面优势突出,实际案例中准确预测发电量,充分验证其有效性与实用性。.综上所述,本项目成果为近零能耗居住建筑设计奠定坚实科学基础,有力推动建筑节能标准与能耗指标体系完善,极大促进建筑行业绿色转型,为节能减排与生态文明建设提供有力支撑,为后续研究实践筑牢根基,助力我国近零能耗居住建筑持续发展。
近零能耗高层住宅关键参数量化设计策略研究——以上海地区为例
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批准号:51708411
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:25.0万元
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批准年份:2017
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负责人:邓丰
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依托单位:
国内基金
海外基金