夏热冬冷地区办公建筑活动卷帘遮阳随机调节机理、节能评价及改善策略研究

Building shading devices are important measures for building energy saving and green buildings. Adjustment of roller shades relies on occupant’s control which leads to a stochastic control on shades and a direct and important impact on the actual building energy performance. This research tries to determine the mechanism of stochastic adjustment of manually-operated roller shades as well as energy performance and improving strategies based on a case study on typical office buildings in hot summer and cold winter zone. Field measurements will be carried out on roller shade adjustment (consider different conveniences of shade adjustment) and occupants’ presence and then a stochastic model with high resolution for manually-operated roller shades will be developed based on Markov chain. According to this model, a coupling simulation method considering stochastic behavior of occupant control on solar shades will be proposed and the characteristics of shade action will be analyzed using statistical methodologies in order to provide a simplified method for energy performance evaluation of solar shades. In addition, the driving indoor factors of shade movement will be determined from the psychophysiology standpoint and the mechanism of shade adjustment will be discovered. Furthermore, reasons for the poor or adequate shade adjustment will be analyzed along with the improvement suggestion on manual shade using multi-objective optimization algorithm . This research will promote the application of solar shades and development of green buildings.

建筑遮阳是实现建筑节能和绿色建筑的重要技术措施，活动卷帘遮阳的调节依赖于人的控制，存在着很大的随机不确定性，对建筑的实际节能效果有着直接而重要的影响。本课题将以夏热冬冷地区的典型办公建筑为例，开展活动遮阳随机调节机理、节能评价和改善策略研究。通过活动遮阳调节状态（考虑不同遮阳位置的调节便利性）和人员在室状态的现场监测，利用马尔科夫链数学方法，建立符合实际调节行为特征的高分辨率遮阳随机调节数学模型。在此基础上，构建遮阳随机调节的耦合计算分析模型，应用统计学方法对遮阳随机调节的特性进行深入分析，揭示其调节的时空变化特性，并给出适合工程应用的节能评价方法。最后，从生理心理学角度，探析遮阳调节的室内环境驱动主因，揭示其调节行为发生的内在机理，分析不合理调节行为发生的原因，并通过多目标优化算法改善遮阳调节有效性，为促进活动遮阳和绿色建筑发展提供技术支撑。

被动式建筑技术中的建筑活动遮阳是实现建筑双碳目标的重要节能措施，因此，在夏热冬冷地区活动卷帘遮阳广泛应用于各类建筑中。但手动调节的活动遮阳由于依赖于人的控制，其调节规律及节能效果等相关研究还存在不足。为此，本课题以夏热冬冷地区的典型办公建筑为例，开展了活动遮阳随机调节机理、节能评价和改善策略研究。具体得到了如下研究结论：（1）通过监测活动遮阳调节状态、室外环境变量、人员在室状态，并考虑调节便利性等参数，利用马尔科夫链数学方法，建立符合实际调节行为特征的高分辨率遮阳随机调节数学模型。在此基础上，利用BCVTB平台构建了遮阳随机调节的耦合计算分析模型。（2）结合实测和耦合模拟分析，对遮阳随机调节的特性进行深入分析，量化了遮阳随机调节的时空变化随机特征，明确了活动遮阳对建筑制冷采暖负荷及能耗影响的时空变化规律，结果表明在单个房间尺度，建筑能耗和负荷的不确定度影响较大，而在整个建筑尺度，全年能耗的不确定度基本可以忽略。此外，研究了通过窗墙面积比对降低能耗不确定性的贡献度（可达50%左右）。（3）通过对能耗不确定性的分析，给出了适合活动遮阳工程应用的节能评价方法，包括在不同时空维度上确定总能耗以及空调冷热负荷的随机模拟次数的统计学方法和适合模拟次数。（4）利用问卷调研和统计检验等方法，探析遮阳向上调节和向下调节的不同驱动机制，明确了用户喜欢将窗帘位置在部分遮挡状态，并量化分析了活动遮阳随机调节的有效性及存在的不足。在此基础上，从遮阳自动调控策略及座位布局等角度给出了优化改善建议，促进建筑领域碳减排目标达成。