【摘 要】
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随着经济社会的发展,二氧化碳(CO2)等温室气体的大量排放导致全球持续变暖。为缓解环境压力及可能的环境灾害,世界各国将目光着眼于控制碳排放之上,我国政府也提出了“2030年碳达峰、2060年碳中和”的目标。建筑部门是我国社会总能耗和碳排放量最高的部门之一,其中居住建筑运行阶段能耗及碳排放分别占到全国建筑能耗和碳排放总量的62%和63%。现代人一天中有90%以上的时间在室内度过,室内环境质量会对人体
【基金项目】
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国家重点研发计划“政府间国际科技创新合作”重点专项“基于全生命周期碳减排的建筑运行能效和健康性能提升研究”(项目编号:2018YFE0106100);
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随着经济社会的发展,二氧化碳(CO2)等温室气体的大量排放导致全球持续变暖。为缓解环境压力及可能的环境灾害,世界各国将目光着眼于控制碳排放之上,我国政府也提出了“2030年碳达峰、2060年碳中和”的目标。建筑部门是我国社会总能耗和碳排放量最高的部门之一,其中居住建筑运行阶段能耗及碳排放分别占到全国建筑能耗和碳排放总量的62%和63%。现代人一天中有90%以上的时间在室内度过,室内环境质量会对人体造成持续影响。本文构建了在降低建筑运行能耗和全生命期碳排放的同时提升室内健康性能居住建筑低碳健康性能优化模型,以期推动居住建筑的高质量发展。首先,本文根据国内外标准及相关研究文献,结合居住建筑特性,分别建立了建筑室内健康性能、运行能耗和全生命期碳排放三项建筑性能的评价方法。其次,构建基于Rhino和Grasshopper平台的,以遗传算法为优化核心,以建筑运行能耗、全生命期碳排放降低和室内健康性能提升为优化目标的建筑性能多目标优化模型。再次,本研究以对住宅运行能耗、全生命周期碳排放及室内健康性能影响较为显著的透明围护结构为研究对象,筛选出影响建筑室内健康性能、运行能耗和全生命期碳排放的四项窗洞口参数(窗墙面积比、窗台高度、窗洞口高宽比、外遮阳尺寸)和三项窗构件本体性能参数(窗传热系数、太阳得热系数、可见光透射率),作为优化变量。而后采集1456幢单体建筑的窗技术相关设计参数,并根据相关标准及工程实践建立包含1075条数据的建筑窗构件本体性能数据库,从而确定上述七个优化变量的取值范围,构建完成居住建筑透明围护结构多目标优化模型。最后,基于上文建立的居住建筑透明围护结构多目标优化模型,本研究根据296幢多层居住建筑相关信息,选取具有一定典型性的多层居住建筑,针对夏热冬冷、夏热冬暖和寒冷地区三个不同热工设计分区,展开居住建筑透明围护结构优化分析,并提出优化方案。从优化结果上看,优化方案在明显降低建筑运行能耗(平均降低≥13.5%)和全生命期碳排放(平均降低≥17.3%)的基础上,显著提升建筑健康性能(平均提升≥18.6%)。并对优化结果进行了经济性分析,得出适用于以上三个热工分区的经济性较优方案(多数方案可在4-10年内收回投资成本),同时基于成本考虑,建议当前采用断热铝合金或塑钢窗框,同时除北向面采用三玻两腔玻璃构造外,其余方向采用普通双玻单腔的玻璃构造即可满足相关要求。综上所述,本文提出的“基于全生命期碳减排的居住建筑运行能耗和健康性能提升多目标优化模型”,可供相关设计从业者在设计阶段,便捷地获取建筑低碳健康性能优化方案,提升设计与决策的科学性,同时响应我国“双碳”目标及健康中国战略的实现。但当前研究目标中对室内视线组织、立面效果及造价控制等其它建筑相关性能因素的考虑有所欠缺,应在后续研究中不断完善。
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