编辑推荐

  《零能耗居住建筑多目标优化设计方法研究》从能源的视角来探讨建筑设计的问题,着重探讨了零能耗建筑的优化设计方法。零能耗建筑是建筑领域发展的一个方向,目前已被广泛关注,近些年零能耗建筑的工程实践也在逐步推进,但是零能耗建筑所涉及的领域与一般建筑有很大差异,其中仍有很多问题没有解决。在理论方面,该书较为详细地介绍该领域较少涉及但十分重要的内容即多目标优化设计方法,并进行细致和缜密的推理和实证研究,通过清晰的技术路线来呈现如何实现零能耗建筑的多目标优化设计问题。

内容简介

  《零能耗居住建筑多目标优化设计方法研究》从宏观层面对国内外零能耗建筑状况和发展脉络进行了梳理,从微观层面对零能耗居住建筑的优化设计方法进行了具体的研究和探索,全面具体地分析和呈现了针对零能耗建筑这一建筑新模式的起源、发展、概念界定及优化技术等相关理论与方法,这对于统计和分析零能耗建筑具有重要的文献价值,为我国建设绿色生态城市及改善人居环境提供了一定的参考价值。
  该书可供建筑学专业方面的研究者、从事城市建设及能源研究的人员和相关机构,以及对此方面感兴趣的读者阅读参考。

作者简介

  吴伟东(1976—),男,黑龙江哈尔滨人,天津大学建筑学博士,副教授,现就职于安徽科技学院。中国建筑学会会员。研究方向:绿色建筑设计及其理论、零能耗建筑设计及其理论、建筑节能,发表论文近30余篇。

目录

1绪论
1.1研究背景与目的
1.1.1研究背景
1.1.2研究目的
1.2国内外研究现状及发展动态
1.2.1ZEB建筑相关研究
1.2.2ZEB建筑优化研究
1.2.3ZEB建筑能量分析理论与方法
1.2.4ZEB建筑评价模式理论与方法
1.2.5多目标优化理论与方法
1.2.6总结
1.3研究内容
1.4研究方法和技术路线
1.4.1研究方法
1.4.2技术路线
1.5创新点

2典型房理论模型构建研究
2.1基于相似理论的典型房理论模型构建
2.1.1相似理论
2.1.2基于相似理论的简化模型构建
2.2原型基本边界条件统计与分析
2.2.1典型户型几何模型的选取
2.2.2典型户型围护结构的选取
2.2.3用能方式
2.3基于相似理论简化模型的构建与应用
2.3.1物理边界条件
2.3.2“九宫格”分析方法
2.3.3典型相似模型建立
2.3.4相似度分析
2.4简化模型的独户与集合式各类模式的能耗关系
2.5本章小结

3零能耗建筑实现技术途径与运行模式研究
3.1ZEB建筑实现技术途径研究
3.1.1ZEB建筑与一般节能建筑的区别
3.1.2高能效建筑
3.1.3国内外建筑节能策略差异
3.2基于能量平衡的ZEB建筑运行模式
3.2.1nZEB建筑理论模型构建
3.2.2NZEB建筑理论模型构建
3.2.3AZEB建筑理论模型构建
3.3本章小结

4寿命期能量与成本数学模型构建研究
4.1基于寿命期节能量的分析理论与评价
4.1.1基本原理
4.1.2基于炯分析模式下的LCE方法模型建构
4.1.3寿命期节能量分析基本数学理论模型构建
4.2基于寿命期节能收益成本的LCC分析理论
4.2.1基本原理
4.2.2基于能量分析的LCC理论模型建构
4.2.3ELCC基本数学模型
4.3基于典型房ZEB实现途径的能量与成本分析数据库构建
4.3.1ELCE数据统计分析
4.3.2ELCC数据统计分析
4.3.3能量与成本数学模型分析数据库
4.4本章小结

5多目标优化设计研究
5.1多目标优化的设计原理
5.2基于寿命期能耗与成本的ZEB多目标优化模型构建
5.2.1基于实值编码的NSGAⅡ理论模型构建
5.2.2基于寿命期能耗平衡的目标函数理论模型
5.2.3基于寿命期节能收益成本的多目标理论模型的构建
5.2.4关于变量取法问题
5.3基于典型房ZEB建筑实现途径的多目标优化研究
5.3.1基于典型房的能量平衡目标子函数构建
5.3.2基于典型房的成本目标子函数构建
5.3.3各工况模式的多目标优化主函数模型构建
5.4优化结果讨论
5.4.1方法有效性验证
5.4.2优化结果取值
5.4.3最优方案的选取与解的应用
5.5本章小结

6零能耗建筑评价技术研究
6.1ZEB评价体系概述
6.1.1国内外评价体系研究
6.1.2评价方法的确定
6.2评价方法模型的建立
6.2.1熵权法理论模型
6.2.2灰色关联度方法的理论模型
6.2.3综合评价应用工作框架
6.3ZEB建筑能源供耗系统多目标优化方案的评价优选研究
6.3.1基于Pareto空间特征解炯分析的改进熵权评价法
6.3.2基于典型房的Pareto空间特征解的分析
6.3.3综合特征值的改进熵权评价
6.3.4结果总结与验证
6.4本章小结

7零能耗太阳能居住建筑实验室建设研究
7.1实验室综合能源系统设计
7.1.1ZEB实验室建设概述
7.1.2多目标优化设计
7.1.3多能源系统设计
7.2实验监测系统设计
7.2.1地源热泵监测系统
7.2.2建筑综合测控构建
7.3实验室建造与运行
7.4本章小结

8总结与展望
8.1总结
8.2对今后研究工作的展望

参考文献
附录:研究数据
附录一:户型样本调研统计表
附录二:实际工程基本资料调研表(52栋住宅楼)
附录三:典型户型围护结构基本仿真模拟参数设置表
附录四:能耗对比分析表
附录五:10类户型能耗值(kWh)
附录六:3单元4层能耗值(kWh)
附录七:围护结构选型与能耗数据表
附录八:住宅区用电量统计表
附录九:基于实值编码的NSGAⅡ多目标优化求解Pareto解集(迭代100,种群)
附录十:基本设备耗电量核算
附录十一:实验房多目标优化结果数据
附录十二:Equest仿真模拟
附录十三:PVsyst模拟实验室发电量表
附录十四:相变储能材料使用前后测温记录
致谢

前言/序言

  建筑与能源息息相关,《零能耗居住建筑多目标优化设计方法研究》从能源的视角来探讨建筑设计的问题,着重探讨了零能耗建筑的优化设计方法。零能耗建筑是建筑领域发展的一个方向,目前已被广泛关注,近些年零能耗建筑的工程实践也在逐步推进,但是零能耗建筑所涉及的领域与一般建筑有很大差异,其中仍有很多问题没有解决。在理论方面,该书较为详细地介绍该领域较少涉及但十分重要的内容即多目标优化设计方法,并进行细致和缜密的推理和实证研究,通过清晰的技术路线来呈现如何实现零能耗建筑的多目标优化设计问题。
  优化设计是实现零能耗建筑设计工作的一个重要的环节。《零能耗居住建筑多目标优化设计方法研究》展开了实现零能耗建筑多目标优化为主旨的相关原理、数据统计、优化算法和Pareto解集最优解评价方法的系统性研究,并建立了多目标设计优化框架,构建了与零能耗建筑设计相关的多目标分析模型,拓展了多目标设计优化技术在零能耗居住建筑设计中的应用。以一案例为主线——京津寒冷气候区典型居住建筑为例,进行零能耗多目标优化设计,得出了基于典型模型的京津地区太阳能零能耗居住建筑的基本工况运行模式,并对一实验监测进行了详细的案例阐释。为了更为清晰地了解阐述内容,《零能耗居住建筑多目标优化设计方法研究》最后一章提供了原始研究数据,以便读者查阅分析。
  《零能耗居住建筑多目标优化设计方法研究》主要研究内容依次如下:
  一、基于相似理论构建了建筑物理实验分析典型简化模型,完成数据的筛选、录入和优选,构建了一个典型物理权衡分析模型,提出了一套用于确定建筑物理模型简化计算方法及基本物理边界条件(能耗模块)的“九宫格”分析理论。
  二、以案例为主线,建立适合于京津寒冷地区居住建筑实现零能耗的基本路线和计算分析模型,分析了包括国内外高能效建筑各项指标、节能策略和能源规划,并建立了实现零能耗模式的基本参数阈值,总结和设计出基于不同零能耗类型特征的基本典型运行工况。
  三、针对零能耗建筑运行机理建立了能量与成本分析理论模型;为了得到较为全面的零能耗建筑能量分析方法,构建了基于分析模式下的寿命期相对节能分析理论模型;研究了国内外寿命期成本分析并结合零能耗建筑成本特性,构建了基于寿命期节能收益成本的LCC理论分析模型;并结合上述建立的分析模型,针对围护结构节能主材厚度、窗传热系数和光伏面积为主要约束变量,进行了基于零能耗建筑实现途径的京津地区ZEB建筑能量与成本相关数据统计与拟合,并建立了数学模型集合。
  四、研究了当前多目标优化算法工作机理,经过遴选,选择了实值编码的NS-GAⅡ优化技术,并引入了Michalcwicz交叉算子;分析了各学科之间的数据传递和耦合关系,确定设计变量、设计约束和优化目标;构建了“EEE-ZEB-MOP”技术框架;构建了零能耗建筑能量平衡与成本目标函数及约束条件,编制了优化程序,求得了Pareto解集,结果证明该算法在求解Pareto解集时表现出很好的贴近性、均匀性和完整性,具有较好的优化效率和决策的准确性;利用该算法对建立的典型零能耗建筑模型进行了多目标优化,验证了该优化方法的可行性和有效性。
  五、为了解决在多目标Pareto解集中求得一定精确度又有实际意义的满意解问题,针对零能耗建筑多目标优化设计,建立了一套基于Pareto空间特征解分析的改进熵权评价法,得到了最优解,分析得出了寒冷气候区京津地区ZEB建筑的最佳节能系统组合数据、运行工况参数数据及能流基本运行关系;同时为了能够更为全面、灵活地评价ZEB建筑各情况的分析研究与决策,并具有定性与定量指标相结合的综合评价决策方法,提出了一套混合灰色关联多层次综合评价法。
  六、利用多目标优化技术对零能耗太阳能建筑进行了初步设计,并运用建立的混合灰色关联多层次综合评价法对实验室多能源集成系统进行了评价优选;介绍了零能耗太阳能实验室建设、监测系统构建及系统运行情况,提供了一套可借鉴和推广性的实践监测系统。
  《零能耗居住建筑多目标优化设计方法研究》是作者近些年完成的研究工作成果,尚有些理论和观点有待深入研究,如有不足之处,请给予指正,希望它能对我国建筑发展起到微薄的促进作用。

其他推荐