高层住宅参数化被动式节能设计研究——以夏热冬冷地区为例

Scientifically finding ways and methods to improve indoor thermal environment and researching the strategies and technology of climate adaptive energy efficiency is crucial to reduce the energy consumption and improve living quality. . This project takes the high-rise residential in hot-summer and cold-winter zone as the research object. And the passive energy-saving technologies will be researched using theoretical analysis, investigation, experiment, numerical simulation and computer programming, combining the theory and technology of architecture, architectural thermal engineering, ecology, computer science and so on. Combining field survey and testing, thermal environment and energy consumption conditions of high-rise residential will be analyzed. And building information model will be established to analyze the influence pattern of building energy consumption and thermal conditions by computer simulation, aimed at passive energy-saving technology. Also, based on correlation analysis, the mathematical relationship will be established to analyze the weight relations influenced by passive energy-saving design. Then, taking factors of passive design as parameters, the rapid prediction model of energy consumption and thermal conditions will be established by artificial neural network (ANN) to analyze the influence of different parameters, in order to seek optimal combination of passive design. Based on large amount of data analysis, the theory of passive energy-saving methods and strategies adaptable to high-ride residential will be founded. This project’s aim is to promote research and development of adaptable energy-saving building theory by studying parametric passive energy-saving design of high-rise residential.

科学地寻找改善室内热环境的途径与方法，研究建筑气候适应性节能设计策略及调控技术，对降低建筑能耗，改善人居质量具有重要意义。.项目以夏热冬冷地区高层住宅为研究对象，综合建筑学、建筑热工学、环境学、计算机科学等专业理论与技术，采用理论分析、调查与实验、数值模拟分析以及计算机编程等方法，针对被动式节能技术展开研究。结合工程案例调研与测试，分析高层住宅热环境与能耗状况；建立建筑信息模型，模拟分析不同被动式节能技术对建筑能耗与热环境状况影响规律；采用数学相关性分析方法建立数学关系式，确定被动式因素影响的权重关系；将被动式因素作为参数，采用人工神经网络方法建立建筑能耗与热环境状况的快速预测模型，分析不同参数因素影响关系，寻求优化的被动式设计组合方案；结合大量数据分析，理论总结高层住宅适用性被动式节能调控策略与手段。项目通过高层住宅参数化被动式节能设计研究，促进气候适应性建筑节能理论的研究与发展。

科学地寻找改善室内热环境的途径与方法，研究建筑气候适应性节能设计策略及调控技术，对降低建筑能耗，改善人居质量具有重要意义。随着参数化建筑节能设计的发展，建筑能耗模拟与建筑方案设计需进行多次“设计、计算、反馈、调整”，这个“断口”便成了极大的阻碍。因此，发展一套紧密的参数化建筑节能设计流程成为一项迫在眉睫的任务。.本项目以高层住宅为对象，结合区域气候特征进行被动式节能技术研究。项目主要研究内容如下：.（1）课题研究中选取夏热冬冷地区五个城市进行对比，并从建筑通风、建筑降温、围护结构以及太阳能利用等方面进行了被动式措施的适用度分析，结合Matlab数据分析进行了不同城市的排序与方案组合对比，提出了适用于夏热冬冷地区的居住建筑被动式设计策略组合方案，为夏热冬冷地区居住建筑被动式节能设计提供了指导与参考。.（2）针对高层住宅被动式影响因素，以建筑节能为总体目标，采用计算机模拟分析，对比了建筑朝向、遮阳、体系系数、通风、围护结构等因素的影响特征，并在可行范围内对被动式节能设计措施进行了修正，为居住建筑被动式节能设计提供了基础数据和理论依据。.（3）项目针对高层住宅被动式节能设计，采用遗传算法（GA）将神经网络模型（ANN）与建筑信息模型结合，并将被动式设计作为设定参数，以热舒适改善和建筑节能为目标进行迭代计算分析，通过多组数据分析结果的筛选，进而为被动式节能设计提供可行的优化方案。.在绿色建筑设计过程中，被动式设计与参数化技术的结合，通过明晰的逻辑思维过程来解决建筑设计中的问题，不仅提高了设计效率，同时也提高了技术应用的准确性。被动式参数化设计通过GH参数化程序模块或自定义程序代码，实现建筑在建筑舒适度和建筑能耗多因素的多次分析和优化求解，最终实现建筑性能设计优化。项目研究对于促进被动式建筑节能技术体系研究与参数化节能设计研究具有重要的理论意义与工程实用价值。