节能建筑围护结构热工设计方法研究
建筑围护结构传热测试实验报告
实验报告实验二建筑围护结构传热测试（综合性）试验时间：2013.06.17实验目的：围护结构的传热系数是建筑设计工作者在进行建筑热工设计时所需掌握的重要热工指标之一，对于一实际建成的建筑物，其围护结构的传热系数（热阻）不仅与组成的材料导热系数有关，而且与其构造，材料含湿态，砂浆性能和砌筑质量等有关。
因此要鉴定一幢建筑物的热工性能时，通常采取实测手段，而对围护结构的传热系数测试是主要的内容之一。
通过本实验了解实验原理，热电偶测温方式，热流计原理及使用，并能初步掌握建筑热工实测的基本方法。
实验装置及仪器：1、JTNT-C多通道温度热流测试系统2、JTRG-I建筑围护结构保温性能检测装置3、温度传感器4、热流传感器实验原理：围护结构在稳定温度场中，由于两壁面存在热传导的动力即温差，所以有热量将从围护结构内表面通过围护结构传导至围护结构外表面。
温差θi-θe：温差越大，热传导动力就越强，传导的热量就越多厚度d：厚度越大，热流传导过程中的路径就越长，遇到的阻力就越大，传导的热量就越少。
面积F：围护结构面积越大，传导的热量就越多。
时间τ：时间越长，传导热量积累就越多。
材料种类：材种不同，导热能力则不同。
表征此能力的热工量即导热系数λ。
实验过程：1、安装软件2、连接设备3、仪器设置4、开始实验，记录数据实验数据：建筑热工温度与热流检测记录表创建时间：2013-06-1711:31:42数据分析：由表中所示可以知道我们所采用的实验围护结构的内表面换热阻是0.11，外表面换热阻是0.04，热阻为0.581，传热系数为1.368.心得体会：通过本实验的测定与验证，让我们对建筑物的围护结构有了进一步的认识和研究，虽然叫做建筑围护结构，但是它所起到的作用就不仅仅是围护而已，还有保温防寒等一系列作用。
建筑围护结构热工性能现场检测技术的研究综述
ｏ高校讲坛Ｏ
科技信息
建 围 构 工 现 检 技 研 综 筑 护结 热 性能 场 测 术的 究 述
汤 雯 雯
（ 南京 师范大 学动 力工 程学 院 江 苏 南京 ２ ０ ２ １ ４） ０
【 摘 要】 对现在 已有的建筑 困护结构热 工性 能现场检 测技 术进行 归纳总结， 出现 有技 术的局限性 ， 指 为改善 困护结构的热工性 能提供客
观 分析 的依 据 。
【 关键词 】 建筑围护结构 ； 传热 系数 ； 现场检测
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｅ ｄ Ｔｅ ｔＴｅ ｈｎ ｌ ｇ ｆＴｈ ｒ ａ ｏ ｅ ｔｅ ｆＢｕ ｌ ｎ ｖ ｌ ｐ ｎｓｒ ｔｏ ｓ ｓ ａ ｃ ｏｎ Ｆｉ ｌ ｓ ｃ ｏ ｏ ｙ ｏ ｅ ｍ ｌＰｒ ｐ ｒ ｉｓ ｏ ｉｄｉ ｇ Ｅｎ ｅ ｏ ｅ Ｃｏ ｔ ｕｃｉ ｎ ＴＡＮＧ ｅ ｗｅ Ｗ ｎ－ ｎ
（ ｃｏ ｌ ｏ ｒＥ ｇｎ ｅｉｇ Ｎ ｎｉｇＮｏ ａ ｉｅｓ ｙ Ｎａ ｊ ｇＪａ ｇｕ２ ０ ４ ｈｎ ） Ｓ ｈ ｏ ｏ Ｐ ｗｅ ｎ ｉｅｒｎ ， ａ ｊｎ ｒ ｌ ｖ ｒｉ ， ｎｉ ｉｎ ｓ ，１ ０ ２Ｃ ｉａ ｆ ｍ Ｕｎ ｔ ｎ 【 ｂ ｔａｔＭｅ ｏｓｆｒｍｅｓｒ ｇ ｔｅ ｈａ ｒｎｆ ｏｆｃ ｎ ｆｂ ｉ ｉｇ ｅｖｌｐ ｏｓｒｃｉｎ ｒ ｅｃｉｅ ｎ ｄ ｔ ｌ ｏｓｄｒ ｇ ｔｅ Ａ ｓ ｃ］ ｔ ｄ ｏ ａｕｉ ｈ ｅｔｔ ｓ ｒｃｅｆ ｉ ｔｏ ｕｌ ｎ ｎｅｏ ｅ ｃｎｔ ｔ ｓａｅ ｄ ｓｒ ｄ ｉ ｅａ ．Ｃ ｎｉｅｉ ｈ ｒ ｈ ｎ ａ ｅ ｉｅ ｄ ｕ ｏ ｂ ｉ ｎ ｌ ｔｔ ｎ ｆ ｕｒｎ ｍ ｔｏｓｐｏｉｅａｂｓｓ ｒ ｂｅｔ ｅａａｙｉ ｉ ｒｅ ｒｖ ｈ ｅｍ ｌ ｅ ｏｍａｃ ｆ ｕｌｉｇｅｖｌｐ ｏ ｓ ｕｔ ｎ． ｉ ａｏ ｓ ｒ ｔ ｅｈｄ ，ｒｖｄ ａｉｆ ｊｃｉ ｎｌｓ ｏｄｒｔ ｉ ｏｅｔｅｔ ｒ ａ ｒ ｒ ｎ ｅｏ ｉ ｎ ｎ ｅ ｅｃｎｔ ｃ ｏｓ ｍｉ ｉ ｏ ｃ ｅ ｏ ｏ ｖ ｓｎ ｏ ｍｐ ｈ ｐｆ ｂ ｄ ｏ ｒ ｉ 【 ｙｗ ｒ ｓＢ ｉ ｉｇｅｖｌｐ ； ｏｆｃ ｎ ｆ ｅｔｒｎｆ ；ｉｌ ｓ Ｋｅ ｏ ｄ ］ ｕｌ ｎ ｎｅｏ ｅＣ ｅｆ ｉ ｔ ａ ａ ｓ ｒＦｅ ｔ ｔ ｄ ｉｅ ｏｈ ｔ ｅ ｄｅ
节能型基坑围护结构
节能型基坑围护结构[关键词]节能型建筑；围护结构设计围护结构是一栋建筑物构成的主体，由外围护结构和内围护结构两部分组成。
其中，外围护结构包括了外墙、外门窗、屋面和地面四个部分，其作用是使室内受到遮护，以不受室外气候变化的影响；内围护结构包括了内墙、楼面、内门窗三部分，其作用主要是为了构建和分配室内空间，以适应不同的功能需求。
外围护结构的建筑节能技术是研究的重点。
一、建筑节能与围护结构的关系建筑节能降耗主要从两方面进行，一是提高建筑物空调设备的效益及改进运行管理方法。
二是改善建筑物围护结构热工性能。
增强建筑物自身隔热、防热能力，降低夏季热流对室内环境的影响和入侵，减少建筑物得热量。
舒适性空调建筑某时刻进入空调房间的热量包括经围护结构进入房间的热量和室内设备、人体、照明产生的热量。
在炎热夏季，前一部分的热量较大，节能潜力也大，通过围护结构传热的得热量约占整个围护结构得热量的70％-80％，通过门窗缝隙渗透的约占20％-30％，实现围护结构节能，降低围护结构得热量，也就是降低建筑物耗冷量，使得为维持室内舒适性所需冷负荷降低，从而节约空调系统向每个房间提供的冷量，达到节能省电目的。
在冬、夏两季，室内与室外有很大的温差，这个温差导致能量以热的形式流入或流出居室，为了居住的舒适，采暖、空调设备消耗的能量主要用来补充这个能量损失。
在室内、外温差相同的条件下，建筑围护结构保温、隔热性能的好坏，直接影响到流出或流入室内热量的多少。
建筑围护结构保温、隔热性能好，流出或流入室内的热量就少，采暖、空调设备消耗的能量也就少；反之，建筑围护结构保温、隔热性能差，流出或流入室内的热量就多，采暖、空调设备消耗的能量就多。
可见围护结构在建筑节能中起着重要的作用。
围护结构各部位的传热耗热量在不同阶段占耗热量指标是不同的，随着对建筑物节能要求的提高，围护结构各部位的耗热量分布比例变化也变大。
因此，在不同的节能目标阶段，应根据围护结构各部位的耗热量分布采取相应的节能措施。
论夏热冬冷地区建筑的围护结构设计与节能的关系
论夏热冬冷地区建筑的围护结构设计与节能的关系摘要：夏热冬冷地区的主要分区指标是最冷月平均温度0~10℃，最热月平均气温25~30℃。
夏热冬冷地区的节能建筑的热工设计有其自身的特点，与北方寒冷地区和热带地区不同，建筑的热过程涉及夏季隔热，冬季保温以及过渡季节的除湿和自然通风等四个因素。
因此，在进行维护结构的热工设计时应根据这一地区的气候特点，同时考虑冬夏两季不同方向的热量传递以及在自然通风条件下建筑热湿过程的双向传递。
因此，不能简单的采用降低墙体，屋面，窗户的传热系数，增加隔热保湿材料厚度来达到节约建筑能耗的目的。
【1】建筑节能就是在建筑材料生产，房屋建筑施工及使用过程中，合理的使用，有效的利用能源，以便在满足同等需要或达到相同目的的条件下尽可能降低能耗，实现提高建筑舒适性和节约能源的目标。
【2】前言：在夏热冬冷地区开展建筑节能，有着极其重要的意义，因为夏热冬冷地区涉及西南地区东部和长江中下游流域的16个省，自治区，直辖市，约有人口5.8亿，国民生产总值约占全国的48%，是中国人口最密集，经济发展速度最快的地区。
【1】然而随着全球经济的发展各国能耗都不断上升。
与工业耗能和交通耗能相比较，建筑能耗的资源种类更丰富且数量正与日俱增！同时建筑节能的必要性和紧迫性（具体包括：1，国际能源危机加剧2，我国人均能源储量少，能源成为我国经济的命脉所在3，我国建筑耗总量大，建筑节能状况落后4，建筑节能是改善空间环境的重要途径）要求提高建筑节能水平，这样才能有利于经济的持续健康发展。
本篇将分别论述门窗、墙体、屋顶与地面的节能设计。
正文：一、在建筑围护结构的门窗、墙体、屋面、地面四大围护部件中，门窗的绝热性能最差，是影响室内热环境质量和建筑节能的主要因素之一。
就我国目前典型的围护部件而言，通过门窗的能耗约为墙体的4倍，屋面的5倍，地面的20多倍，约占建筑围护部件总能耗的40%~50%.据统计，在采暖或空调的条件下，冬季单玻窗所损失的热量约占供热负荷的30%~50%，夏季因太阳辐射热透过单玻窗射入室内而消耗的冷量约占空调负荷的20%~30%。
近零能耗建筑围护结构多目标优化研究
２０２３年７月第３９卷第４期㊀沈阳建筑大学学报(自然科学版)ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇＪｉａｎｚｈｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅ)㊀Ｊｕｌ.㊀２０２３Ｖｏｌ.３９ꎬＮｏ.４㊀㊀收稿日期:２０２２－０９－１３基金项目:国家重点研发计划政府间国际科技创新合作项目(２０１９ＹＦＥ０１００３００)ꎻ国家自然科学基金项目(５１７７８３７６)ꎻ沈阳市科技计划项目(２１－１０８－９－０３)作者简介:冯国会(１９６４ )ꎬ男ꎬ教授ꎬ博士研究生导师ꎬ主要从事建筑节能技术等方面研究ꎮ文章编号:２０９５－１９２２(２０２３)０４－０６９９－０８ｄｏｉ:１０.１１７１７/ｊ.ｉｓｓｎ:２０９５－１９２２.２０２３.０４.１４近零能耗建筑围护结构多目标优化研究冯国会ꎬ陈㊀菲ꎬ常莎莎(沈阳建筑大学市政与环境工程学院ꎬ辽宁沈阳１１０１６８)摘㊀要目的对近零能耗建筑围护结构进行多目标优化ꎬ进一步提升建筑能效水平ꎮ方法采用ＥｎｅｒｇｙＰｌｕｓ模拟软件计算建筑使用阶段的能量消耗ꎬ利用全生命周期理论建立近零能耗建筑全生命周期运行能耗㊁碳排放及成本计算模型ꎬ基于ＮＳＧＡ￣Ⅱ遗传算法ꎬ利用ＭＯＢＯ优化工具与ＥｎｅｒｇｙＰｌｕｓ软件耦合联用ꎬ选取了７个设计参数作为优化变量ꎬ根据决策者的实际需求ꎬ采用权重法寻找最优解ꎬ对近零能耗建筑的全生命周期运行能耗㊁碳排放和成本进行多目标㊁多参数优化研究ꎮ结果最优解下近零能耗建筑节能率㊁碳排放节约率和成本节约率分别为０ ８７％㊁１ ５１％和３ ０４％ꎮ结论笔者提出的近零能耗建筑围护结构评价指标体系和围护结构最佳组合形式具有经济性㊁节能性和环保性ꎬ可为近零能耗建筑围护结构设计参数的选取提供参考ꎮ关键词近零能耗建筑ꎻ多目标优化ꎻ围护结构ꎻ全生命周期ꎻ碳排放中图分类号ＴＵ１１１.４＋８㊀㊀㊀文献标志码Ａ㊀㊀㊀Ｍｕｌｔｉ￣ｏｂｊｅｃｔｉｖｅＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＥｎｖｅｌｏｐｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅｆｏｒＮｅａｒＺｅｒｏＥｎｅｒｇｙＢｕｉｌｄｉｎｇＦＥＮＧＧｕｏｈｕｉꎬＣＨＥＮＦｅｉꎬＣＨＡＮＧＳｈａｓｈａ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｕｎｉｃｉｐａｌａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｈｅｎｙａｎｇＪｉａｎｚｈｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＳｈｅｎｙａｎｇꎬＣｈｉｎａꎬ１１０１６８)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｐｕｒｐｏｓｅｏｆｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｓｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｎｅｔｚｅｒｏｅｎｅｒｇｙｂｕｉｌｄｉｎｇｅｎｖｅｌｏｐｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｍｕｌｔｉｐｌｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｌｅｖｅｌｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ.ＴｈｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｉｎｔｈｅｕｓｅｓｔａｇｅｏｆｔｈｅｂｕｉｌｄｉｎｇｗａｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｂｙＥｎｅｒｇｙＰｌｕｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｔｗａｒｅ.Ｔｈｅｍｕｌｔｉｐｌｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓｆｕｎｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｗｉｔｈｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎꎬｃａｒｂｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｃｏｓｔｏｆｎｅｔ￣ｚｅｒｏｅｎｅｒｇｙｂｕｉｌｄｉｎｇｉｎｔｈｅｗｈｏｌｅｌｉｆｅｃｙｃｌｅｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｗｈｏｌｅｌｉｆｅｃｙｃｌｅｔｈｅｏｒｙ.ＢａｓｅｄｏｎＮＳＧＡ￣ⅡｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍａｎｄＭＯＢＯｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｔｏｏｌｃｏｕｐｌｅｄｗｉｔｈＥｎｅｒｇｙＰｌｕｓｓｏｆｔｗａｒｅꎬｓｅｖｅｎｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｅｒｅｓｅｌｅｃｔｅｄａｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｖａｒｉａｂｌｅｓｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌ.Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅａｃｔｕａｌｎｅｅｄｓｏｆｄｅｃｉｓｉｏｎ￣ｍａｋｅｒｓꎬｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｗａｓｆｏｕｎｄｂｙｔｈｅｗｅｉｇｈｔｍｅｔｈｏｄꎬａｎｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｏｌｕｔｉｏｎｔｈｅｍｕｌｔｉ￣ｏｂｊｅｃｔｉｖｅａｎｄｍｕｌｔｉ￣ｐａｒａｍｅｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎｔｈｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎꎬｃａｒｂｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｃｏｓｔｏｆｎｅａｒ￣ｚｅｒｏｅｎｅｒｇｙ７００㊀沈阳建筑大学学报(自然科学版)第３９卷ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｂｕｉｌｄｉｎｇｓｉｎｔｈｅｗｈｏｌｅｌｉｆｅｃｙｃｌｅ.Ｗｉｔｈｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｓｏｌｕｔｉｏｎꎬｔｈｅｅｎｅｒｇｙ￣ｓａｖｉｎｇｒａｔｅꎬｃａｒｂｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎｓａｖｉｎｇｒａｔｅａｎｄｃｏｓｔｓａｖｉｎｇｒａｔｅｏｆｎｅｔ￣ｚｅｒｏｅｎｅｒｇｙｂｕｉｌｄｉｎｇｗｅｒｅ０ ８７％ꎬ１ ５１％ａｎｄ３ ０４％ꎬｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ.Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉ￣ｏｂｊｅｃｔｉｖｅａｎｄｍｕｌｔｉ￣ｐａｒａｍｅｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎꎬｔｈｅｉｎｄｅｘｓｙｓｔｅｍｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｅｎｖｅｌｏｐｅｗｉｔｈｎｅａｒｚｅｒｏｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｆｏｒｍｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｅｎｖｅｌｏｐｅｗｉｔｈｅｃｏｎｏｍｙꎬｅｎｅｒｇｙｓａｖｉｎｇａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄꎬｗｈｉｃｈｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅｓｅｌｅｃｔｉｏｎｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｅｎｖｅｌｏｐｅｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｗｉｔｈｎｅａｒｚｅｒｏｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｎｅａｒｚｅｒｏｅｎｅｒｇｙｂｕｉｌｄｉｎｇꎻｍｕｌｔｉ￣ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎꎻｅｎｖｅｌｏｐｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅꎻｌｉｆｅｃｙｃｌｅꎻｃａｒｂｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎ㊀㊀目前ꎬ建筑能耗占全社会总能耗的比重约为４０％ꎬ建筑能源消耗强度高㊁碳排放量大ꎮ在建筑运营阶段ꎬ碳排放在全社会总碳排放量中所占的比重达到了２２％[１－３]ꎮ近零能耗建筑的发展对降低能源消耗㊁减少碳排放㊁保护环境有着促进作用ꎮＮ.Ａｂｄｏｕ等[４]对摩洛哥六个气候区建筑进行改造ꎬ使其满足近零能耗建筑的要求ꎬ找到同时满足建筑生命周期成本㊁节能和热舒适的最佳解决方案ꎬ借助ＭＯＢＯ优化工具与ＴＲＮＳＹＳ软件联合使用ꎬ对建筑朝向㊁窗型㊁窗墙比㊁墙体和屋面的保温渗水率等进行了多目标优化ꎮＭ.Ｆｅｓａｎｇｈａｒｙ等[５]提出了一种基于和声搜索算法的多目标优化模型ꎬ使生命周期成本和碳排放量最小化ꎬ以找到一种最佳的建筑围护结构组合ꎮ霍海娥等[６]在成都某既有建筑墙体的节能改造设计中ꎬ建立了数值计算法和多目标遗传算法ＮＳＧＡ￣ＩＩ的优化模型ꎬ对墙体单位面积的年总能耗和保温材料的成本进行优化ꎮ余镇雨等[７]将ＭＡＴＬＡＢ和ＴＲＮＳＹＳ能耗模拟软件联合运行ꎬ对近零能耗建筑全生命期的运行一次能耗和全生命期成本进行多目标优化ꎬ给出了不同气候区典型城市多目标优化均衡解ꎮ国内外学者虽已开展近零能耗建筑和可持续建筑的多目标优化设计研究ꎬ但研究中同时考虑建筑能耗全生命周期碳排放和经济性的三目标优化设计研究较少ꎮ因此ꎬ笔者以沈阳市某一近零能耗示范建筑为例建立模型ꎬ基于对近零能耗建筑的全生命周期运行能耗㊁碳排放以及成本进行多目标㊁多参数的优化研究ꎬ利用ＮＳＧＡ￣Ⅱ遗传算法ꎬ并使用ＭＯＢＯ优化工具和ＥｎｅｒｇｙＰｌｕｓ模拟软件耦合模拟计算ꎻ再利用加权和法通过给目标函数分配不同的权重因子来线性量化转换成单目标问题ꎬ以得到多目标问题的最优解ꎮ１㊀多目标优化方法１.１㊀ＮＳＧＡ￣Ⅱ遗传算法ＮＳＧＡ￣ＩＩ算法是在多个优化目标的约束下ꎬ逐步在帕累托前沿解的方向上进行优化ꎬ通过多代的遗传操作ꎬ算法能够自动进行设计方案的空间搜索和优化ꎬ尝试不同的设计决策ꎬ不断细化建筑设计方案ꎬ并逐步到达帕累托前沿解ꎮ该算法能够有效地避免设计方案陷入局部最优状态ꎬ实现全局最优果[１２]ꎮ１.２㊀ＭＯＢＯ优化平台ＭＯＢＯ软件可处理具有连续变量和离散变量的单目标和多目标优化问题ꎬ可以自动改变需要优化的参数ꎬ实现迭代操作过程ꎮ通过对连续变量和离散变量数量的函数的关系来进行评估ꎬ选择适当的算法和参数ꎬ如表１所示ꎮ表１㊀ＮＳＧＡ￣ＩＩ遗传算法相关参数Ｔａｂｌｅ１㊀ＮＳＧＡ￣ＩＩｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｐａｒａｍｅｔｅｒｓ种群规模迭代次数突变概率/％交叉概率/％６１５０３９０㊀㊀整个搜索空间仅通过６ˑ１５０＝９００个建筑围护结构参数配置来迭代计算ꎬ避免计算第４期冯国会等:近零能耗建筑围护结构多目标优化研究７０１㊀次数过多ꎬ节省了大量时间ꎮ１.３㊀目标函数多目标优化问题是研究多个目标函数(ｎȡ２)在满足一定约束条件下实现最优化的问题ꎬ其数学模型描述:Ｍｉｎ{Ｆ１(ｘ)ꎬＦ２(ｘ)ꎬＦ３(ｘ)}.(１)式中:Ｆ１ꎬＦ２ꎬＦ３为目标函数ꎬｘ＝[ｘ１ꎬｘ２ꎬ ꎬｘｎ]ꎮ第一个函数(Ｆ１)为全生命周期建筑运行能耗ꎬ定义为建筑采暖能耗㊁制冷能耗㊁设备能耗之和ꎮ在建筑的全生命周期内ꎬ建筑使用阶段的能耗占９０％以上ꎬ因此能耗计算限定于建筑的使用阶段ꎮ建筑照明能耗㊁生活热水能耗不受优化变量影响ꎬ因此不考虑在内ꎬ同样也没有考虑这部分的碳排放和成本ꎮ其计算式可表示为Ｅ＝ｎˑ(Ｅｈ＋Ｅｃ＋Ｅｅ).(２)式中:Ｅｈ为建筑年供暖能耗ꎬＪꎻＥｃ为建筑年制冷能耗ꎬＪꎻＥｅ为建筑年均设备能耗ꎬＪꎻｎ为建筑设计使用寿命ꎬ取５０ａꎮ第二个函数(Ｆ２)为全生命周期碳排放量ꎬ包括生产阶段碳排放和运行阶段碳排放ꎬ采用排放因子法进行计算ꎬ即按照每个阶段碳的来源ꎬ整理出碳排放清单ꎬ然后将数据和与其对应的碳排放因子相乘即为某一排放渠道的碳排放量[１０]ꎮ电力碳排放系数采用东北电网平均碳排放因子０ ７７６９ｋｇＣＯ２/ (ｋＷｈ)ꎬ建筑使用寿命取５０ａꎮ其计算式可表示为ＬＣＣＥ＝Ｃｐ＋Ｃｒ.(３)Ｃｐ＝ðδｉηｉβｉＡｉ.(４)Ｃｒ＝ＥβＣｅｎ.(５)式中:Ｃｐ为建材生产阶段碳排放量ꎬｋｇꎻＣｒ为建筑运行阶段碳排放量ꎬｋｇꎻδｉ为第ｉ种材料的厚度ꎬｍꎻηｉ为第ｉ种材料的密度ꎬｋｇ/ｍ３ꎻβｉ为第ｉ种材料的碳排放系数ꎻＡ为各围护结构的面积ꎬｍ２ꎻＥ为建筑供暖空调年耗电量ꎬＪꎻβｅ为电力碳排放系数ꎮ第三个函数(Ｆ３)为全生命周期成本ꎬ包括建筑初投资及全生命周期内运行费用折合成现值的总和[８]ꎮ对于建筑围护结构的优化设计ꎬ建筑初投资只计算了建筑围护结构生产阶段所用到的建材成本ꎮ运行阶段是全生命期内空调系统㊁设备系统的运行费用折合成现值的总和ꎮ其计算式[７]可表示为ＬＣＣ＝ＴＣｉ＋ＴＣｏ.(６)ＴＣｉ＝ðφｉˑＭｉ.(７)ＴＣｏ＝(ＥｉˑＰｅ)ðＮｎ＝１(１＋ｒ)－ｎ.(８)ｒ＝(Ｒ－ｅ)/(１＋ｅ).(９)式中:ＴＣｉ为初投资成本ꎬ元/ｍ２ꎻＴＣｏ为使用阶段成本ꎬ元/ｍ２ꎻφｉ为第ｉ种材料的单价ꎬ元/ｍ２ꎻＭｉ为第ｉ种材料的消耗量ꎬｍ３ꎻＥｉ为建筑供暖空调年耗电量ꎬ(ｋＷ ｈ)/ｍ２ꎻＰｅ为电价ꎬ元/(ｋＷ ｈ)ꎻｒ为贴现率ꎻＲ为名义利率ꎬ取０ ０７ꎻｅ为能源价格增长率ꎬ取０ ０２ꎮｎ为建筑设计使用寿命ꎬ取５０ａꎮ１.４㊀目标优选在实际应用中ꎬ通过多目标优化计算可以筛选出一系列最优解方案ꎬ如何进行寻优是关键ꎬ最优解的选择主要取决于设计者自身或者其研究目的ꎮ为了从Ｐａｒｅｔｏ解中确定多目标优化问题的最优解ꎬ采用加权和法ꎬ将多准则优化问题转化为单准则优化问题ꎬ通过为对目标赋予权重系数ꎬ构建新的目标函数ꎬ以得到不同决策重心下的参数组合ꎮ函数定义为㊀㊀Ｍｉｎ[ｕ(Ｆ１(ｘ)ꎬＦ２(ｘ))]＝ｗ１(Ｆ１(ｘ)－Ｆ１ｍｉｎＦ１ｍａｘ－Ｆ１ｍｉｎ)＋ｗ２(Ｆ２(ｘ)－Ｆ２ｍｉｎＦ２ｍａｘ－Ｆ２ｍｉｎ)＋ｗ３(Ｆ３(ｘ)－Ｆ３ｍｉｎＦ３ｍａｘ－Ｆ３ｍｉｎ).(１０)式中:Ｆｉｍｉｎ和Ｆｉｍａｘ分别为第ｉ个目标函数的最大值和最小值ꎻｗ１㊁ｗ２为反映目标函数相对重要性的权重系数ꎻðｗｉ必须等于１ꎬ在无偏好的情况下ꎬ对标准化处理后的目标函数平均分配权重ꎮ７０２㊀沈阳建筑大学学报(自然科学版)第３９卷使用节能率(ＥＳＲ)㊁碳排放量节约率(ＣＥＳＲ)㊁成本节约率(ＣＳＲ)与建筑初始值进行比较ꎬ以评价确定的最优解[４]ꎬ公式如下:ＥＳＲ＝１－(Ｆ１ｏｐｔ/Ｆ１ｂｃ).(１１)ＣＥＳＲ＝１－(Ｆ２ｏｐｔ/Ｆ２ｂｃ).(１２)ＣＳＲ＝１－(Ｆ３ｏｐｔ/Ｆ３ｂｃ).(１３)式中:Ｆｏｐｔ为最优解的目标函数值ꎻＦｂｃ为建筑初始目标函数值ꎮ２㊀多目标优化模型２.１㊀模型建立以沈阳建筑大学近零能耗示范建筑为例ꎬ根据设计图纸基础信息ꎬ对建筑平面㊁外立面及屋顶样式进行了适当简化ꎬ借助ＯｐｅｎＳｔｕｄｉｏ软件建立基准模型ꎮ该建筑能源供应系统以地源热泵为主ꎬ以太阳能供热系统为辅ꎮ由于ＥｎｅｒｇｙＰｌｕｓ是通过热工区域来模拟建筑能耗ꎬ因此将该两层建筑分为１０个热区(见图１)ꎮ２.２㊀气候参数案例建筑所处地区辽宁省沈阳市ꎬ年平均气温为１４ ６ħꎬ年太阳总辐射量为２２６２ ８４Ｗ/ｍ２ꎮ按现行标准«公共建筑节能设计标准»(ＧＢ５０１８９ ２０１５)[１５]ꎬ该建筑处在严寒Ｃ区ꎬ冬季室内计算温度设定为２０ħꎬ夏季室内计算温度为２６ħꎮ图１㊀建筑热工分区图Ｆｉｇ １㊀Ｔｈｅｒｍａｌｚｏｎｉｎｇｏｆｔｈｅｂｕｉｌｄｉｎｇ２.３㊀决策变量通过对近零能耗建筑围护结构影响因素的调查分析后ꎬ选取５种围护结构ꎬ共７个变量参数ꎬ包括外墙保温层厚度㊁屋面保温层厚度㊁地面保温层厚度㊁Ｌｏｗ￣ｅ窗户参数(外层玻璃厚度㊁中间层玻璃厚度和玻璃间距)以及保温材料类型ꎮ表２列出了建筑围护结构的输入参数以及参数初始值和变化范围ꎬ其中外墙㊁屋面㊁地面保温层厚度为连续变量ꎬ玻璃厚度和玻璃间距为离散变量ꎬ而不同类型的保温材料会有不同的传热系数㊁密度及比热ꎬ需要改变的参数过多ꎬ因此无法同时模拟ꎬ其优化结果单独列出ꎮ聚苯板(ＥＰＳ)㊁挤塑板(ＸＰＳ)㊁聚氨酯(ＰＵ)三种保温材料的导热系数分别为０ ０３３Ｗ/(ｍ Ｋ)㊁０ ０２８Ｗ/(ｍ Ｋ)㊁０ ０２３Ｗ/(ｍ Ｋ)ꎮ表２㊀优化变量的相关参数设定Ｔａｂｌｅ２㊀Ｒｅｌｅｖａｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｅｔｔｉｎｇｓｏｆｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｖａｒｉａｂｌｅｓｍｍ变量设计外墙保温层厚度屋面保温层厚度地面保温层厚度外层玻璃厚度中间层玻璃厚度玻璃间距外墙保温材料类型初始值３００２８０２４０６５１８ＥＰＳ值域２００~４００２００~４００２００~３００５ꎬ６ꎬ８５ꎬ６ꎬ８９ꎬ１２ꎬ１８ꎬ２０ＥＰＳ㊁ＸＰＳ㊁ＰＵ步长５０５０５０３㊀多目标优化结果与分析３.１㊀双目标对比分析多目标优化的解决方案并不唯一ꎬ而是给出一组折中的权衡解决方案ꎬ称为帕累托前沿解ꎮ对建筑能耗㊁碳排放及成本三个目标函数两两组合ꎬ进行对比分析ꎬ得出建筑能耗－成本㊁碳排放－能耗㊁碳排放－成本的寻优结果(见图２~图４)ꎮ第４期冯国会等:近零能耗建筑围护结构多目标优化研究７０３㊀图２㊀能耗－成本目标优化结果Ｆｉｇ ２㊀Ｔａｒｇｅｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅｎｅｒｇｙ￣ｃｏｓｔ由图２可以看出ꎬ全生命周期能耗及成本两个目标函数之间呈帕累托分布ꎬ结果呈反比ꎮ随着成本的增加ꎬ能耗呈下降趋势ꎬ原因是决策变量的改变与成本直接相关ꎮ采用保温性能一般的墙体虽然会降低建筑成本ꎬ但是建筑能耗必然会增大ꎮ图３㊀碳排放量－能耗目标优化结果Ｆｉｇ ３㊀Ｔａｒｇｅｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃａｒｂｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎｓ￣ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ图３中ꎬ全生命周期碳排放和能耗两个目标函数之间也呈帕累托分布ꎬ但是随着能耗的增加ꎬ碳排放量有小范围增加ꎬ因运行能耗的增加导致运行阶段的碳排放量也随之增加ꎮ图４中ꎬ由于全生命周期碳排放和成本目标函数使用相似公式进行评估ꎬ因此两目标并不是冲突目标ꎬ结果并未获得帕累托分布ꎬ所寻的最优解也是互相重叠ꎬ趋近于极值点ꎮ图４㊀碳排放量－成本目标优化结果Ｆｉｇ ４㊀Ｔａｒｇｅｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｃａｒｂｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎｓ￣ｃｏｓｔ３.２㊀三目标优化结果分析为了实现近零能耗建筑的低能耗㊁低成本以及低碳排量ꎬ将三个目标最小化的多目标优化结果如图５所示ꎮ目标函数增加到了３个ꎬ因此此时的帕累托前沿解将不再是一条曲线ꎬ而是一个曲面ꎬ筛选出的最优解均分布在帕累托前沿上ꎮ图５㊀能耗－碳排放量－成本目标优化结果Ｆｉｇ ５㊀Ｔａｒｇｅｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ￣ｃａｒｂｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎｓ￣ｃｏｓｔ加权和法除了筛选出的最优解ꎬ另外分别给出了能源最优㊁低碳最优㊁成本最优时的情况ꎬ分别与案例建筑初始性能进行比较ꎮ表３为近零能耗建筑围护结构优化结果ꎮ从表３中可以看出ꎬ最优解相对于初始状态来说ꎬ外墙保温层厚度增加了４０ｍｍꎬ屋顶保温层厚度减少了８０ｍｍꎬ地面保温层厚７０４㊀沈阳建筑大学学报(自然科学版)第３９卷度减少了４０ｍｍꎬ外层玻璃厚度减少了１ｍｍꎬ中间层玻璃厚度增加了３ｍｍꎬ玻璃间距不变ꎮ与建筑初始状态相比ꎬ最优解下的建筑能耗㊁碳排放量及成本均有降低ꎮ表３㊀近零能耗建筑围护结构优化结果Ｔａｂｌｅ３㊀Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｂｕｉｌｄｉｎｇｅｎｖｅｌｏｐｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｎｅａｒｚｅｒｏｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ优化结果外墙保温层厚度/ｍｍ屋顶保温层厚度/ｍｍ地面保温层厚度/ｍｍ外层玻璃厚度/ｍｍ中间层玻璃厚度/ｍｍ玻璃间距/ｍｍ能耗/ＭＪ碳排放量/ｋｇ成本/元初始值３００２８０２４０６５１８９７２２８５４０５６４８１８８７３９最优解３４０２００２００５８１８９６３８１１３９９５１５１８３０１０能源最优４００３９０２００８８１８９５９３９３４１２０９８２０４００７低碳最优２８０２００２００５６１８９７１９４４３９８３５５１７９０３３成本最优２００２００２００５８１８９８６０５４３９９３４０１７５１４８㊀㊀对近零能耗建筑各优化结果进行ＥＳＲ㊁ＣＥＳＲ㊁ＣＳＲ三目标评估(见图６)ꎬ从图６中可以看出ꎬ优化后的建筑围护结构与初始状态相比得到了改进ꎮ在最优解下ꎬ建筑的节能率为０ ８７％ꎬ全生命周期碳排放节约率为１ ５１％ꎬ全生命周期成本节约率为３ ０４％ꎮ能源最优的情况下ꎬ节能率为１ ３３％ꎬ但是全生命周期碳排放节约率和全生命周期成本节约率却是－１ ５９％和－８ ０９％ꎬ说明当优先降低能耗时碳排放和成本均增加ꎬ此时外墙保温层厚度达到了４００ｍｍꎬ在节能的同时ꎬ成本大幅度增加ꎮ在低碳最优的情况下ꎬ节能率为０ ０４％ꎬ全生命周期碳排放节约率为１ ８０％ꎬ全生命周期成本节约率为５ １４％ꎮ在成本最优的情况下ꎬ节能率为－１ ４２％ꎬ全图６㊀优化后近零能耗建筑三目标评估结果Ｆｉｇ ６㊀Ｔｈｒｅｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｎｅｔｚｅｒｏｅｎｅｒｇｙｂｕｉｌｄｉｎｇａｆｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ生命周期碳排放节约率为１ ５６％ꎬ全生命周期成本节约率为７ ２０％ꎮ采用加权和法确定的最优解能兼顾建筑的节能性㊁成本性和环保性ꎬ单项最优解却有一定的局限性ꎬ在优化某一个目标时可能会导致其他目标不尽如人意ꎮ３.３㊀外墙保温材料类型的影响结果在非透明围护结构中ꎬ外墙所占的热损失比例是最高的ꎬ因此ꎬ近零能耗建筑围护结构一般采用保温性能高的保温材料ꎬ能耗虽然降低ꎬ但也会相应增加建筑碳排放以及建筑的初始成本ꎮ选择３种常用建筑外墙保温层材料ꎬ进一步分析建筑的各方面性能ꎮ通过多目标优化模拟计算得到的一系列解集(见图７)ꎮ最优解ＡꎬＢꎬＣ分别为当建筑外墙保温层材料为ＥＰＳꎬＸＰＳꎬＰＵ时对应的最优结果ꎮ图７㊀外墙保温材料的三目标优化结果Ｆｉｇ ７㊀Ｔｈｒｅｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅｘｔｅｒｉｏｒｗａｌｌｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓ第４期冯国会等:近零能耗建筑围护结构多目标优化研究７０５㊀表４为不同外墙保温材料类型围护结构的优化结果ꎮ建筑外墙初始保温层材料为ＥＰＳꎬ由表４可以看出ꎬ相较于选择ＥＰＳꎬ选择ＸＰＳ为保温材料时ꎬ外墙保温层厚度减少１３０ｍｍꎬ中间层玻璃厚度减少３ｍｍꎻ选择ＰＵ为保温层材料时ꎬ外墙保温层厚度减少１２０ｍｍꎬ中间层玻璃厚度减少２ｍｍꎮ但是相应的ꎬ其能耗及碳排放均有不同程度增加ꎮ表４㊀不同外墙保温材料类型围护结构优化结果Ｔａｂｌｅ４㊀Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｅｎｖｅｌｏｐｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓｏｆｅｘｔｅｒｎａｌｗａｌｌｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓ保温材料类型外墙保温层厚度/ｍｍ屋顶保温层厚度/ｍｍ地面保温层厚度/ｍｍ外层玻璃厚度/ｍｍ中间层玻璃厚度/ｍｍ玻璃间距/ｍｍ能耗/ＭＪ碳排放量/ｋｇ成本/元初始值３００２８０２４０６５１８９７２２８５４０５６４８１８８７３９ＥＰＳ３４０２００２００５８１８９６３８１１３９９５１５１８３０１０ＸＰＳ２１０２００２００５５１８９７５７１８４１３４８８１７７９９５ＰＵ２２０２００２００５６１８９６６４９９４０１５０３１９６０６３㊀㊀更改外墙材料参数后ꎬ对建筑进行三目标函数评估(见图８)ꎬ由图８可看出ꎬ与建筑初始状态比较ꎬ当外墙保温层类型为ＥＰＳ时ꎬ建筑的节能率和碳排放节约率均为最高ꎬ分别为０ ８７％和１ ５１％ꎬ成本节约率为３ ０４％ꎻ当外墙保温层类型为ＸＰＳ时ꎬ建筑节能率为０ ３５％ꎬ碳排放节约率为－１ ９３％ꎬ成本节约率为５ ６９％ꎬ虽然建筑成本有所减少ꎬ但是能耗变化不明显ꎬ并且增加了建筑的碳排放ꎻ当外墙保温层类型为ＰＵ时ꎬ建筑节能率为０ ６０％ꎬ碳排放节约率为１ ０２％ꎬ成本节约率为－３ ８８％ꎮ由此可见ꎬ当同时考虑建筑能耗㊁碳排放及成本时ꎬＥＰＳ外墙保温材料为最优ꎮ图８㊀不同材料类型的三目标评估结果Ｆｉｇ ８㊀Ｔｈｒｅｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｅｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍａｔｅｒｉａｌｔｙｐｅｓ４㊀结㊀论(１)通过对不同类型保温材料分析ꎬ综合考虑建筑能耗㊁碳排放等多个目标ꎬ外墙保温层类型为ＥＰＳ时ꎬ建筑的节能率和碳排放节约率均为最高ꎮ与初始状态相比ꎬ三个目标均得到了改进ꎬ最优解下净零能耗建筑节能率㊁碳排放节约率和成本节约率分别为０ ８７％㊁１ ５１％和３ ０４％ꎮ(２)近零能耗建筑围护结构参数最佳组合为外墙保温层厚度３４０ｍｍ㊁屋顶保温层厚度２００ｍｍꎬ地面保温层厚度２００ｍｍ㊁外层玻璃厚度６ｍｍꎬ中间层玻璃厚度５ｍｍ㊁玻璃间距１８ｍｍꎮ参考文献[１]㊀中国建筑能耗研究报告２０２０[Ｊ].建筑节能(中英文)ꎬ２０２１ꎬ４９(２):１－６.㊀(Ｃｈｉｎａｂｕｉｌｄｉｎｇｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎａｎｎｕａｌｒｅｐｏｒｔ２０２０[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＢＥＥꎬ２０２１ꎬ４９(２):１－６.)[２]㊀简毅文ꎬ江亿.窗墙比对住宅供暖空调总能耗的影响[Ｊ].暖通空调ꎬ２００６ꎬ３６(６):１－５.㊀(ＪＩＡＮＹｉｗｅｎꎬＪＩＡＮＧＹｉ.Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｗｉｎｄｏｗ￣ｗａｌｌｒａｔｉｏｏｎａｎｎｕａｌｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｆｏｒｈｅａｔｉｎｇａｎｄａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇｉｎｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌｂｕｉｌｄｉｎｇｓ[Ｊ].Ｈｅａｔｉｎｇｖｅｎｔｉｌａｔｉｎｇ＆ａｉｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇꎬ２００６ꎬ３６(６):１－５.) [３]㊀ＰＡＬＯＮＥＮＭꎬＨＡＭＤＹＭꎬＨＡＳＡＮＡ.ＭＯＢＯａｎｅｗｓｏｆｔｗａｒｅｆｏｒｍｕｌｔｉ￣ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｂｕｉｌｄｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ[Ｃ]//１３ｔｈｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎｃａｌｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅＩＢＰＳＡ.ＣｈａｍｂｅｒｙꎬＦｒａｎｃｅ:ＩＢＰＳＡｃ/ｏｍｉｌｌｅｒ￣７０６㊀沈阳建筑大学学报(自然科学版)第３９卷ｔｈｏｍｐｓｏｎꎬ２０１３:２５６７－２５７４. [４]㊀ＡＢＤＯＵＮꎬＭＧＨＯＵＣＨＩＹＥꎬＨＡＭＤＡＯＵＩＳꎬｅｔａｌ.Ｍｕｌｔｉ￣ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｐａｓｓｉｖｅｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｍｅａｓｕｒｅｓｆｏｒｎｅｔ￣ｚｅｒｏｅｎｅｒｇｙｂｕｉｌｄｉｎｇｉｎＭｏｒｏｃｃｏ[Ｊ].Ｂｕｉｌｄｉｎｇａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔꎬ２０２１ꎬ２０４(１０):２８０－２８５. [５]㊀ＦＥＳＡＮＧＨＡＲＹＭꎬＡＳＡＤＩＳꎬＺＯＮＧＷＧ.Ｄｅｓｉｇｎｏｆｌｏｗ￣ｅｍｉｓｓｉｏｎａｎｄｅｎｅｒｇｙ￣ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌｂｕｉｌｄｉｎｇｓｕｓｉｎｇａｍｕｌｔｉ￣ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍ[Ｊ].Ｂｕｉｌｄｉｎｇａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔꎬ２０１２ꎬ４９:２４５－２５０. [６]㊀霍海娥ꎬ邵俊虎ꎬ冯诗涵.既有建筑节能改造保温材料的ＮＳＧＡ￣Ⅱ协同设计[Ｊ].土木建筑与环境工程ꎬ２０１７ꎬ３９(５):１０８－１１５.㊀(ＨＵＯＨａｉｅꎬＳＨＡＯＪｕｎｈｕꎬＦＥＮＧＳｈｉｈａｎ.ＮＳＧＡ￣ⅡＣｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｒｍａｌｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｍａｔｅｒｉａｌｓｆｏｒｅｎｅｒｇｙ￣ｓａｖｉｎｇｒｅｎｏｖａｔｉｏｎｏｆｅｘｉｓｔｉｎｇｂｕｉｌｄｉｎｇｓ[Ｊ].Ｊｏｕｒｎａｌｏｆｃｉｖｉｌꎬａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬ２０１７ꎬ３９(５):１０８－１１５.)[７]㊀余镇雨ꎬ路菲ꎬ邹瑜ꎬ等.基于模拟的多目标优化方法在近零能耗建筑性能优化设计中的应用[Ｊ].建筑科学ꎬ２０１９ꎬ３５(１０):８－１５.㊀(ＹＵＺｈｅｎｙｕꎬＬＵＦｅｉꎬＺＯＵＹｕꎬｅｔａｌ.Ａｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ￣ｂａｓｅｄｍｕｌｔｉ￣ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｄｅｓｉｇｎｏｆｎｅａｒｌｙｚｅｒｏｅｎｅｒｇｙｂｕｉｌｄｉｎｇｓ[Ｊ].Ｂｕｉｌｄｉｎｇｓｃｉｅｎｃｅꎬ２０１９ꎬ３５(１０):８－１５.)[８]㊀ＨＡＳＡＮＡꎬＰＡＬＯＮＥＮＭꎬＨＡＭＤＹＭ.Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ￣ｂａｓｅｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｏｒｅｎｅｒｇｙａｎｄｂｕｉｌｄｉｎｇｓ[Ｊ].Ｓｐｒｉｎｇｅｒｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇꎬ２０１５(１０):３－１５. [９]㊀ＨＯＮＧＴꎬＫＩＭＪꎬＬＥＥＭ.Ａｍｕｌｔｉ￣ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｆｏｒｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｂｕｉｌｄｉｎｇｄｅｓｉｇｎａｎｄｏｃｃｕｐａｎｔｂｅｈａｖｉｏｒｓｂａｓｅｄｏｎｅｎｅｒｇｙꎬｅｃｏｎｏｍｉｃꎬａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ[Ｊ].Ｅｎｅｒｇｙꎬ２０１９ꎬ１７４:８２３－８３４.[１０]王瑶.寒冷地区城市住宅全生命周期低碳设计研究[Ｄ].西安:西安建筑科技大学ꎬ２０２０.㊀(ＷＡＮＧＹａｏ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｌｏｗ￣ｃａｒｂｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｕｒｂａｎｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌｌｉｆｅｃｙｃｌｅｉｎｃｏｌｄｒｅｇｉｏｎｓ[Ｄ].Ｘｉᶄａｎ:ＸｉᶄａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０２０.)[１１]ＪＵＮＧＹꎬＨＥＯＹꎬＬＥＥＨ.Ｍｕｌｔｉ￣ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｕｌｔｉ￣ｓｔｏｒｙｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌｂｕｉｌｄｉｎｇｗｉｔｈｐａｓｓｉｖｅｄｅｓｉｇｎｓｔｒａｔｅｇｙｉｎＳｏｕｔｈＫｏｒｅａ[Ｊ].Ｂｕｉｌｄｉｎｇａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔꎬ２０２１ꎬ２０３:１０８０６１ １－１０８０６１ １８.[１２]ＣＥＬＬＵＲＡＭꎬＭＯＮＴＡＮＡＦꎬＬＯＮＧＯＳꎬｅｔａｌ.Ｍｕｌｔｉ￣ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｂｕｉｌｄｉｎｇｅｎｖｅｌｏｐｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｔｈｒｏｕｇｈａｌｉｆｅｃｙｃｌｅａｓｓｅｓｓｍｅｎｔａｐｐｒｏａｃｈ[Ｃ]//ＩＥＥＥｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ/ＩＥＥＥｉｎｄｕｓｔｒｉａｌａｎｄｃｏｍｍｅｒｃｉａｌｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍｓＥｕｒｏｐｅｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ.ＧｅｎｏｖａꎬＩｔａｌｙ:ＵｎｉｖＧｅｎｏａꎬ２０１９.[１３]金虹ꎬ邵腾.基于多目标的严寒地区村镇被动式低能耗住宅设计研究[Ｊ].当代建筑ꎬ２０２１(９):５１－５４.㊀(ＪＩＮＨｏｎｇꎬＳＨＡＯＴｅｎｇ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｐａｓｓｉｖｅｌｏｗ￣ｅｎｅｒｇｙｈｏｕｓｉｎｇｉｎｔｏｗｎｓａｎｄｖｉｌｌａｇｅｓｉｎｃｏｌｄｒｅｇｉｏｎｓｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉｐｌｅｏｂｊｅｃｔｉｖｅｓ[Ｊ].Ｃｏｎｔｅｍｐｏｒａｒｙａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅꎬ２０２１(９):５１－５４.)[１４]冯国会ꎬ徐小龙ꎬ王悦ꎬ等.以能耗为导向的近零能耗建筑围护结构设计参数敏感性分析[Ｊ].沈阳建筑大学学报(自然科学版)ꎬ２０１８ꎬ３４(６):１０６９－１０７７.㊀(ＦＥＮＧＧｕｏｈｕｉꎬＸＵＸｉａｏｌｏｎｇꎬＷＡＮＧＹｕｅꎬｅｔａｌ.Ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｎｅａｒｌｙｚｅｒｏｅｎｅｒｇｙｂｕｉｌｄｉｎｇｓｅｎｖｅｌｏｐｅｄｅｓｉｇｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｂａｓｅｄｏｎｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｈｅｎｙａｎｇｊｉａｎｚｈｕｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ(ｎａｔｕｒａｌｓｃｉｅｎｃｅ)ꎬ２０１８ꎬ３４(６):１０６９－１０７７.)[１５]中国建筑科学研究院.公共建筑节能设计标准:ＧＢ５０１８９ ２０１５[Ｓ].北京:中国建筑工业出版社ꎬ２０１５.㊀(ＣｈｉｎａＡｃａｄｅｍｙｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈ.Ｄｅｓｉｇｎｓｔａｎｄａｒｄｆｏｒｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｐｕｂｌｉｃｂｕｉｌｄｉｎｇｓ:ＧＢ５０１８９ ２０１５[Ｓ].Ｂｅｉｊｉｎｇ:ＣｈｉｎａＡｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ＆ＢｕｉｌｄｉｎｇＰｒｅｓｓꎬ２０１５.) 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建筑围护结构热工性能在建筑节能中的应用-公共建筑工程论文-市政工程论文-土木建筑论文
建筑围护结构热工性能在建筑节能中的应用-公共建筑工程论文-市政工程论文-土木建筑论文——文章均为WORD文档，下载后可直接编辑使用亦可打印——1 引言《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2006）优选项第5.2.16条规定：建筑设计总能耗低于国家批准或备案的节能标准规定值的80%.《公共建筑节能设计标准》（GB 50189-2005）中指出：在公共建筑（特别是大型商场、高档旅馆酒店、高档办公楼等）的全年能耗中，大约50% ~ 60% 消耗于空调制冷与采暖系统，其约20% ~ 50% 由外围护结构传热所消耗（夏热冬暖地区大约20%,夏热冬冷地区大约35%,寒冷地区大约40%,严寒地区大约50%）。
关于夏热冬暖地区的建筑节能研究，国内学者已做了相当的工作。
付祥钊（2002）、姬永洲（2009）从建筑围护结构层面对夏热冬暖地区的建筑节能技术做了全面分析和研究，指出该地区设计要注重通风、遮阳，围护结构要注重外窗玻璃，这是节能的关键。
籍存德等（2006）分析了夏热冬暖地区办公建筑的耗能现状，并根据气候特点提出防晒墙和架空屋顶的设计，遮阳板的形式和选择及各朝向的玻璃优化等符合夏热冬暖地区的节能措施。
林宪德（2003）根据台湾的气候特点，提出了隔热与遮阳并重的亚热带绿色建筑美学，并深入分析了各种绿色技术，指出了通风、遮阳、隔热、防潮对该地区建筑的重要性。
林宪德（2010）设计的台湾绿色魔法学校通过开口设计、遮阳设计、屋顶花园实现节能16.5%,通过风扇通风、浮力通风再节能10.6%.赵立华等（2008）对广州地区某窗墙面积比较大的公共建筑进行了动态模拟计算，结果表明：降低外窗的遮阳系数、外墙和屋顶的传热系数对减少建筑全年空调能耗和最大空调冷负荷有利，但降低窗的传热系数对减少建筑全年空调能耗和最大空调冷负荷不利。
遮阳系数较小、传热系数较大的窗和传热系数较小的墙、屋顶组合起来节能效果，节能率达到9.95%.上述众多学者的研究成果表明，通过改善围护结构热工性能实现建筑能耗的降低，夏热冬暖地区的难度要远高于其他地区。
夏热冬冷地区既有居住建筑围护结构节能改造技术浅析
区 ， 以往 建 筑设 计 没 有 考虑 夏 季 隔 热 设计 和 冬 季保 温 设 计 造 成 夏 冬 季 空调 采 暖 设 备 使 用频 繁 ，构 成 了能 耗 浪 费 ，因此 对 该 地 区
较多 如挤 塑 聚 苯 乙烯 （ （ Ｐ Ｕ ）， 酚醛 泡 沫板 （ Ｐ Ｆ ） ， 岩 棉 板 发 泡水 泥板 、聚苯 颗 粒砂 浆 预制
外 墙 保 温 的 连续 性 和 整体 性 ，提 高 了围 护 结构 的耐 久 性 。 同 时在
时增 加 内遮 阳需 入 户 操 作 ．对 原 有 室 内 装修 造 成 一 定破 坏 。 另 外
一
般 住 户 都 会 自行 安 装 室 内 窗 帘 以增 加 私 密性 ．因此 改 造 时 应 以
增 加 外遮 阳设 施 为 主 。
板等。
既有非节能的居住建筑进行节能改造将具有重要的现实意义。 囝
参考 文献 ： ［ １ ］ 沈婷婷 ． 夏 热 冬 冷 地 区 既有 居 住 建 筑 节 能 改 造 策 略 研 究【 Ｄ］ ． 浙 江 大 学 ，２ ０ １ ０ ． ｆ ２ ］ 谢晟翔 ， 南昌地 区既有居住 建筑节 能改造研究［ Ｄ】 ． 南 昌大 学 ，２ ０ ｌ ３ ． ［ ３ ］ 仓盛 ． 夏 热 冬 冷地 区 既 有 居 住 建 筑 围护 结 构 节 能 改 造 研究［ Ｊ ］ ． 新 型 建筑 材料 ，２ ０ １ ４ （ ４ ）： １ １ 一 ｌ ４ ． 【 ４ ］ 徐 一磊 ，夏晶 ． 浅 谈我 国建筑节 能的若 干现状 ［ Ｊ １ ． 科 学 与 财 富 ，２ ０ １ １ （ １ ）： ３ ５ － ３ ５ ． 【 ５ 】 侯 平 兰 ，薛 永 武 ， 张 宣 关 ． 夕 墙保温 的墙体节能方法 ［ Ｊ 】 ． 陕 西建 筑 ，２ ０ ０ ６ （ ８ ） ： １ ２ －１ ４ ．
建筑围护结构节能设计详解
双层皮幕墙种类
按通风形式划分： 外循环、内循环、自然通风、机械通风
外循环双层皮
内循环双层皮
宽通道双层皮幕墙间距 400mm以上时流动阻力可以忽略 • 对流换热集中在两侧玻璃周围， • 南方地区适宜采用热反射玻璃做外层玻璃，
采用较小的通道，利于增加烟囱相应 • 北方地区适宜采用中空LOW-E玻璃做内层
（4）调光玻璃
电控调光玻璃的原理:当电控产品 关闭电源时，电控调光玻璃里面的液晶 分子会呈现不规则的散布状态，使光线 无法射入，让电控玻璃呈现不透明的外 观；通电后，里面的液晶分子呈现整齐 排列，光线可以自由穿透，此时电控液 晶玻璃呈现透明状态。调节范围可达 15%～75%。
调光玻璃是利用现有的夹层玻璃制造方 法，将调光膜牢固粘结在两片普通浮法 玻璃之间构成。
– 如果幕墙上不能设置通风口，全年能耗将更高 – 高保温性能的双层皮幕墙造价远远高于双玻加内遮阳
的幕墙，占地面积也有所增加
3.1.2 透明围护
结构传热系数
• 对玻璃窗的要求，一方面要阻挡热损失。 一方面多得到太阳热
3.1.2 透明围护结构传热系数
环境参数
围护结 构特性 参数
•当外界参数一定时（qt），K越大，太阳得热系数SHGC越小， 则累计总得热量越小。
3.1 智能围护结构的定义及特点
• 定义： • 智能围护结构是建筑构件的综合体，这些构件能
够执行各自功能，使建筑外围护构件独立或联合 作出调整，提前应对环境变化，以最小的能源消 耗维持建筑内部的健康、舒适环境。
• 智能围护结构的核心是：围护结构能够用对建筑 物内外环境的变化。
3.1 智能围护结构的定义及特点
（5）隔音隔热玻璃
将隔热玻璃夹层中的空气换成氦、氩或六氮化硫等气体并用 不同厚度的玻璃制成，它在很宽的频道范围内有优异的隔音性能 和隔热性能。
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节能建筑围护结构热工设计方法研究
作者：肖旭
来源：《中国房地产业》 2017年第3期
文 / 肖旭北京市新厦建筑设计有限责任公司北京 100089
【摘要】当前，国内的能源危机逐渐凸显，特别是建筑能源消耗问题已经明显的阻碍可持
续发展的步伐。
对于节能建筑围护结构热工设计期间，于可再生能源的合理利用基础上，在建
筑的早期设计阶段便予以建筑热设计足够的重视度，就能够将运行期间消耗的能源有效减少，
进而推动降低环境负荷以及节约能源。
本文针对科学的节能建筑围护结构热工设计方法展开分析，旨在为实践工作提供参考。
【关键词】节能建筑；围护结构；热工设计；方法探究
实施节能建筑设计过程中，需要把被动式策略处于优先的位置上。
经过建筑热设计优化方案，对于建筑的热工性能展开良好的改善，进而达到建筑能源消耗减少的目标。
而在被动式设
计中，涵盖的内容诸多，例如建筑朝向、窗墙比例、体形系数以及墙体热阻、遮阳设计和窗户
热阻等。
通过将建筑围护结构的保温隔热性能进行提升以及构建起优化的窗墙比，就能够有效
的将围护结构产生的建筑能耗进行减少。
1、节能建筑围护结构热工设计原则
首先，为气候适应性原则。
导致影响气候的因素诸多，例如地形、地貌、海拔高度以及大
气环流等。
中国拥有广阔的地域，各热工一级区划具有较大的面积，热工设计二级分区需要严
格的遵循“HDD18、CDD26”有关之内容作为主要的区划指标。
在冬天，室外的空气温度会持续
性的低于室内，同时于一定的范围之内进行波动。
此时，围护结构中的热流，会保持室内流向
室外的状态，并且大小依据室内外温差进行相应波动。
所以，建筑外围结构需要提升抵御冬季
室外气温功能，以及发挥出气温波动的能力，使得相异区域非透光外围护结构内表面温度同室
内空气温度的差值保持规定范围中；在夏天，因为室内热环境变化为室外的太阳辐射以及气温
综合热作用产生的结果，所以如果外围护结构拥有越高的防热功能，就会越加降低室外综合热
作用影响到室内热环境的情况，进而不容易导致室内过热。
所以，建筑热工设计期间，需要将
围护结构内表面温度以及室内空气温度的差值在允许范围之内做好严密控制，避免室内过热现象，以及确保舒适度的需求标准。
其次，为成本效益最优原则。
进行建筑设计期间，设计人员不应该只是盲目应用高昂价格
的节能设备获得节能的目标，而是需要对于建筑热工特性拥有足够的利用，找到最为经济的设
计参数。
例如，实现最经济的选取保温层厚度、选择采取可以发挥最大限度的应用自然资源方
位的朝向以及最优的体形系数、窗墙比等，获得节能、省钱的双重效率。
2、围护结构热工设计过程
围护结构热工的设计过程，需要依据气候区进行差别考虑。
其中，对于关键性的指标建筑
体形系数、建筑围护结构的热工参数以及窗墙面积比等，应该严格的满足 JCJ26-2010《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》中相关之标准：第一，严寒以及寒冷区域建筑的窗墙面积比，需要按照开间进行计算；第二，必须符合窗墙面积比的强制性条文的要求。
此外，权衡判断建
筑围护结构的总体热工性能，依据就是是否存在建筑物的耗热量指标超过耗热量指标限值。
对于夏热冬冷地区，进行建筑围护结构的热工设计期间，存在夏季隔热以及冬季保温等因
素的影响，所以围护结构的热工特性同寒冷地区供暖建筑所提出的对围护结构保温需求具有相
异性。
但因为建筑的体形系数以及建筑围护结构的热工参数等指标也为夏热冬冷地区建筑能耗
关键性的影响指标，为节能建筑围护结构应该严格符合的要求标准，所以也需要严谨的适应于JCJ134-2010《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》中相关之要求；对于夏热冬暖地区而言，需要包含夏季空调以及着重考虑建筑围护结构的隔热情况，重视外窗的遮阳。
所以，重要指标
外窗的遮阳系数、窗墙面积比以及围护结构的热工参数等需要严格的遵循 JCJ75-2012《夏热冬暖地区居住建筑节能设计标准》中相关之标准。
同时，要尤为重视在夏热冬冷、夏热冬暖地区的建筑节能设计期间，都要重视起外窗隔热
性能的良好控制。
3、建筑节能围护结构热工设计方法实例分析山西省为典型的夏热冬冷地区，下面依据
《公共建筑节能设计标准》以及结合起山西地区的气候特点、具体情况，对于围护结构热工设
计的方法进行简单介绍。
首先，进行建筑各方向的窗以及墙面积、窗墙面积比进行计算，窗墙比依据南向、北向、
东向以及西向进行计算。
同时依据建筑节能设计标准规定，判定围护结构的总体热工性能能否
满足建筑节能设计标准规定的节能要求；其次，计算公共建筑体形系数，其中平屋顶面积是周
围的墙体围合的面积，而斜屋顶面积是周围墙体围合屋顶的展开面积，体形系数在 0.40 以下；再次，明确节能设计方法，选取的设计方法以“建筑热工性能判断表”作为基础依据；最后，
对于围护结构的传热系数以及保温的举措进行科学的确定。
通过Ｋ=1/1/α ｉ
+δ1/λ1·α1+δ2/λ2·α2+… +δ ｎ/λ ｎ·α ｎ+1/α ｅ公式将各材料的传热系数进行计算。
其中，α ｉ表示含义内表面换热系数，Ｗ /( ｍ2·Ｋ )；α ｅ表示的含义为外表
面换热系数 , Ｗ /( ｍ2·Ｋ )；λ ｎ表示的含义为各层材料的导热系数 , Ｗ /( ｍ·Ｋ )；δ ｎ表示的含义为各层材料层的厚度；α ｎ表示的含义为各层材料导热系数的修正系数。
通
过实施加权平均法，获得平均传热系数，以及计算保温层所需厚度、外墙传热系数。
如果满足
标准规定限值，则表明该建筑物围护结构节能设计具有节能 50% 的标准。
如果未达到标准，则采取权衡判断法方案，对比参照建筑以及所设计建筑的围护结构采暖能源损耗，让建筑可以达
到节能50% 的需求标准。
结语：
伴随经济实力的不断提升，我国的能耗问题逐渐凸显，特别是在建筑能源消耗问题上，当
下已经获得了广泛的关注度。
面对愈加严重的环境保护以及能源节约形势下，节能建筑围护结
构热工设计不断优化更加重要，占据了重要的地位。
所以，需要严格的遵循节能设计标准，实
现节能效率最大化。
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