节能建筑围护结构热工设计方法研究

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。

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%。

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.) [１６]李晓萍ꎬ李宝伟ꎬ王国慧ꎬ等.基于多目标优化的严寒地区近零能耗建筑适用技术研究[Ｊ].建筑节能ꎬ２０２０ꎬ４８(１１):６３－６６.㊀(ＬＩＸｉａｏｐｉｎｇꎬＬＩＢａｏｗｅｉꎬＷＡＮＧＧｕｏｈｕｉꎬｅｔａｌ.Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｏｆｎｅａｒｌｙｚｅｒｏｅｎｅｒｇｙｂｕｉｌｄｉｎｇｉｎｓｅｖｅｒｅｃｏｌｄｚｏｎｅｂａｓｅｄｏｎｍｕｌｔｉ￣ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ[Ｊ].Ｂｕｉｌｄｉｎｇｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙꎬ２０２０ꎬ４８(１１):６３－６６.)[１７]ＤＩＡＫＡＫＩＣꎬＧＲＩＧＯＲＯＵＤＩＳＥꎬＤＫＯＬＯＫＯＴＳＡ.Ｔｏｗａｒｄｓａｍｕｌｔｉ￣ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｐｐｒｏａｃｈｆｏｒｉｍｐｒｏｖｉｎｇｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｉｎｂｕｉｌｄｉｎｇｓ[Ｊ].Ｅｎｅｒｇｙａｎｄｂｕｉｌｄｉｎｇｓꎬ２００８ꎬ４０(９):１７４７－１７５４. [１８]赵玉清ꎬ侯向阳ꎬ唐胜世ꎬ等.基于全寿命期的近零能耗建筑经济性与碳排放量分析[Ｊ].建筑节能ꎬ２０２０ꎬ４８(８):１２６－１３０.㊀(ＺＨＡＯＹｕｑｉｎｇꎬＨＯＵＸｉａｎｇｙａｎｇꎬＴＡＮＧＳｈｅｎｇｓｈｉꎬｅｔａｌ.Ｅｃｏｎｏｍｉｃａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｃａｒｂｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎｓｏｆｎｅａｒ￣ｚｅｒｏｅｎｅｒｇｙｂｕｉｌｄｉｎｇｓｂａｓｅｄｏｎｌｉｆｅｔｉｍｅ[Ｊ].Ｂｕｉｌｄｉｎｇｅｎｅｒｇｙｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙꎬ２０２０ꎬ４８(８):１２６－１３０.)[１９]吴伟东.寒冷地区零能耗太阳能居住建筑多目标优化设计研究:以京津地区为例[Ｄ].天津:天津大学ꎬ２０１５.㊀(ＷＵＷｅｉｄｏｎｇ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｍｕｌｔｉ￣ｏｂｊｅｃｔｉｖｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｏｆｚｅｒｏ￣ｅｎｅｒｇｙｓｏｌａｒｒｅｓｉｄｅｎｔｉａｌｂｕｉｌｄｉｎｇｓｉｎｃｏｌｄｒｅｇｉｏｎｓ:ｗｉｔｈＢｅｉｊｉｎｇ￣Ｔｉａｎｊｉｎｒｅｇｉｏｎａｓｔｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｂｊｅｃｔ[Ｄ].Ｔｉａｎｊｉｎ:ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０１５.) [２０]岳小莉.民用建筑功能㊁成本及碳排放多目标方案优选研究[Ｄ].北京:北京交通大学ꎬ２０１６.㊀(ＹＵＥＸｉａｏｌｉ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｍｕｌｔｉｏｂｊｅｃｔｉｖｅｐｌａｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎｃｏｓｔａｎｄｃａｒｂｏｎｅｍｉｓｓｉｏｎｓｆｏｒｃｉｖｉｌｂｕｉｌｄｉｎｇ[Ｄ].Ｂｅｉｊｉｎｇ:ＢｅｉｊｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０１６.)(责任编辑:王国业㊀英文审校:唐玉兰)。

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。

围护结构节能技术是指通过改善建筑外墙和屋顶的保温、隔热、密封等性能，减少建筑物与外界能量交换，从而达到节能环保的目的。

这一技术在建筑领域中起着重要的作用，既能提高建筑物的节能性能，又能改善室内环境，并减少对自然资源的消耗。

围护结构节能技术主要包括保温隔热材料的应用、建筑外墙的隔热、保温层的施工、外墙保温及隔热的工艺等方面。

首先，保温隔热材料的应用是围护结构节能技术的核心。

传统的保温隔热材料主要有矿物棉、聚苯乙烯泡沫板、挤塑聚苯板等，这些材料具有较好的隔热性能和耐久性，但也存在一定的环境问题。

近年来，新型环保保温隔热材料如生态保温板、岩棉板等逐渐应用于围护结构，具有更好的隔热效果和环保性能。

其次，建筑外墙的隔热是实现围护结构节能的重要手段。

建筑外墙通常采用双层墙体结构，通过在外墙体中构建保温层，形成空气隔离层，降低墙体与外界的热交换，达到隔热的效果。

隔热层的作用是减少墙体传导热量，保证建筑物内部温度的稳定，减少冷热桥的形成。

此外，围护结构节能还包括建筑外墙保温及隔热的工艺。

传统的外墙保温工艺主要包括抹面砂浆加强层、保温层、抹面砂浆面层等，这些工艺存在粘结强度低、开裂等问题。

现代的外墙保温工艺采用抹面砂浆加网格布、保温板粘贴、抹面砂浆饰面等工艺，具有粘结强度高、抗开裂性强等优点，达到更好的隔热效果。

围护结构节能技术的应用具有重要的意义。

一方面，它能显著提高建筑物的节能性能，减少热能和冷能的损失，减少对空调和供暖系统的依赖，降低能源消耗。

根据统计数据，围护结构节能技术应用后，可节约能源约30%以上。

另一方面，围护结构节能技术还能改善室内环境，提高住宅和办公楼的舒适度。

围护结构节能技术能有效隔绝外界噪音，减少室内噪音污染，提高人们的居住和工作质量。

然而，围护结构节能技术的实施也面临一些挑战。

首先，材料选择的问题。

围护结构节能需要选用优质的保温隔热材料，而现在市场上选择的保温隔热材料种类繁多，品质良莠不齐。

基于PKPM建筑节能围护结构热桥部位防结露热工性能分析任国栋
【期刊名称】《科学技术创新》
【年(卷),期】2024()14
【摘要】本文介绍根据露点温度的变化规律,项目借助PKPM节能软件计算分析围护结构热工性能,验证了热桥部位结露不仅与围护结构保温材料的配置有关,而且与相对湿度、居室温度也有很大的关系。

在改善治理通过选用Low-E中空玻璃、断桥铝构造、聚氨酯粘结砂浆等导热性系数较小的材料来降低围护结构导热系数,选用优化围护结构工艺,保持室内相对干燥,红外热像仪用于建筑过程中保温性能、气密性进行测定质量监测,可以有效防止施工过程中因局部质量问题导致围护结构的热桥部位保温性能降低、传热系数升高。

根据当前建筑节能的推广与应用,实现被动式建筑才是无热桥设计与施工(无结露)的最佳选择路线。

【总页数】4页(P131-134)
【作者】任国栋
【作者单位】中交一公局第八工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU111.4
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