建筑空间最优节能设计模型仿真研究

由于建筑结构主体较多,空间能耗难以合并控制,导致目前建筑空间能源耗用量较大。为此,构建基于等效转换法的建筑空间最优节能模型,并对其仿真研究。提出建筑总体能耗作为初始优化的“尺度”概念,该尺度为建筑空间的外墙、内墙、屋顶、分户楼板以及门窗等参数,求解这些尺度的最佳标准值。采用等效转换法计算在节能条件下所能接受的最大能耗范围。在此基础上,以上述范围值为约束条件,建立控制函数。将上述提到标准尺度值和最大能耗范围设置为最优解,建立最优节能设计模型,设定温差调节因子,对每一次室内外温差实施有效调节控制,保证建筑体参数符合最佳能耗范围。仿真结果证明,所提方法对冬季采暖和夏季制冷的能耗控制效果均较佳,节能效果最优且算法收敛性高,鲁棒性较好。

中日建筑全生命周期碳排放比较

全生命周期的建筑碳减排在日本已有广泛的应用和发展。由于中日建筑全生命周期碳排放统计口径存在差异,为准确开展中日建筑碳排放对比分析带来了难度。文中首先从计算边界、建材统计精度、碳排放因子数量等方面建立了中日同口径的全生命周期碳排放计算模型,并基于此对中日案例建筑的全生命周期碳排放特征开展比较和分析。发现中国案例的建筑全生命周期碳排放略高于日本,其中运行阶段碳排放明显高于日本。此外建筑建材性能对碳排放影响显著,日本建筑利用低碳建材,生产碳排放低,建材使用寿命长,使维护、废弃阶段碳排放均低于中国建筑案例。

高层建筑典型气象年数据竖直修正方法研究

进行建筑能耗评估应考虑气象数据在竖直方向上的变化,目前的典型气象年(TMY)数据是基于地面观测数据获得的,无法很好地满足高层建筑的设计需求。本文基于上海宝山站的探空气象数据,提出了不同高度处TMY数据的修正方法,比较了修正后的TMY数据与实际气象数据的负荷模拟结果。结果表明:修正后的TMY数据的模拟结果与真实数据模拟结果的差异为3.65%~13.42%,且变化趋势一致;相较于地面观测处TMY数据的模拟结果,冷负荷准确度提高了2.37%,热负荷准确度提高了4.06%。

夏热冬冷地区某综合医院分项能耗和环境测试分析

以夏热冬冷地区某典型三级甲等综合医院为例,利用现有能耗计量仪表监测数据,辅以设备法测算,对医院的空调制冷、空调制热、医疗设备、电梯、办公设备及照明、后勤设备等用能系统进行了能耗结构分析,结果显示该医院等效电总能耗为216.0 kW·h/(m^(2)·a)。其中暖通空调系统能耗占比最大,为50.45%;其次为后勤设备能耗占比34.84%;其余依次为办公照明能耗和医疗设备能耗。在制冷期对典型室内环境进行了测试,结果显示该医院室内温度满足II级热舒适度水平,湿度超标,照度普遍不足。为提升建筑室内环境品质,同时节能降耗,提出了节能改造和运行管理建议,并利用Design Builder软件对改造前后的能耗进行了模拟,定量分析了各分项能耗的节能率,预估投资回收期约8年。

基于STIRPAT模型的山东省居住建筑运行碳排放影响因素研究

为有效实施建筑领域节能减排,实现双碳目标,以2005-2021年山东省居住建筑运行阶段碳排放数据为研究对象,利用STIRPAT模型对人口数量、人均GDP、人均消费支出、人均可支配收入、城镇化水平、居住建筑面积、单位建筑面积能耗、能源消耗强度和能源结构等影响碳排放的因素进行岭回归分析。结果表明:人口数量、人均GDP、人均消费支出、人均可支配收入、城镇化水平、居住建筑面积、单位建筑面积能耗和能源消耗强度等的增加会促使碳排放量的增加,但能源结构的增加会抑制碳排放量的增加,其中人口数量是影响碳排放的关键因素。据此提出山东省居住建筑节能减排的建议和对策。

基于多因素影响的建筑空间进深与能耗关系研究

随着世界建筑发展的新趋势,建造低碳、绿色、可持续的建筑已经成为建筑发展的主要方向,同时也成为我国节能减排目标下的重大挑战。建筑空间作为建筑的核心部分,其设计与建筑的能源消耗之间有着紧密的联系。以小型办公建筑的空间进深为研究对象,以我国5个气候分区的8个典型代表城市的气候数据为模拟背景,利用建筑能耗模拟软件,基于参数化平台Grasshopper对不同气候区、不同建筑布局、不同建筑高度下的典型办公建筑的建筑进深的模型进行了模拟,分析在不同因素的共同作用下办公建筑的空间进深对全年建筑综合能耗的影响规律。

基于三维建模测量立体角的统一眩光值检测研究——以某办公室照明系统为例

作为建筑照明系统验收和绿色建筑评价的重要考量因素之一,统一眩光值的重要性不言而喻。阐述了统一眩光值检测的研究现状,在实际检测中,立体角传统测量方法为先测量观察者与灯具相对位置尺寸,再通过公式近似计算结果,存在立体角测量误差较大的问题。基于三维建模测量立体角的方法,对某办公室系统的统一眩光值进行了实测,并将眩光源立体角计算公式法和三维建模法两种立体角测量方法的检测结果进行对比分析,得到三维建模法检测更准确的结论,以期提高统一眩光值检测的准确度。

基于EDA-LSTM模型的建筑能耗预测方法研究

建筑能耗预测在能源管理和节能减排方面具有重要意义,但既有预测方法在准确性方面存在各种问题。为解决这些问题,提出了基于EDA-LSTM模型的建筑能耗预测方法,采用EDA算法对原始数据进行异常检测和处理,以消除异常值对预测结果的影响,然后将清洗后的数据输入到LSTM模型中进行训练和预测。实验结果表明,与传统的建筑能耗预测方法相比,基于EDA-LSTM模型的方法具有更高的准确性和稳定性,为建筑能耗预测提供了有效的方法,并具有一定的实际应用价值。

严寒地区被动房室内环境与供暖能耗后评估

对严寒地区某被动房示范项目的室内环境和供暖能耗进行了后评估,并与位于同一小区的普通住宅进行了对比分析。结果表明:被动房高性能的围护结构可有效提高室内操作温度,且由于设置了机械通风系统,可有效稀释室内CO_(2)浓度;被动房供暖季室内PM2.5浓度超标,新风系统对细颗粒物的过滤效率不满足要求;被动房供暖实际运行能耗高于超低能耗建筑年供暖耗热量指标,偏差达到33.6%。

基于EMD与机器学习算法的近零能耗建筑负荷预测方法

采用皮尔逊相关系数法分析了不同特征变量与冷热负荷的相关性,确定了预测模型的输入特征变量。采用经验模态分解(EMD)对逐日冷热负荷按频分解,然后采用机器学习算法,即反向传播神经网络(BPNN)、随机森林(RF)和支持向量机(SVM),分别对不同频率的负荷量进行了训练、验证,最后重构得到了近零能耗建筑预测负荷。基于上述方法,以北京市某近零能耗居住建筑为研究对象,比较了不同算法预测结果的精确度。结果表明:采用EMD与RF算法相结合对近零能耗建筑冷热负荷的预测精确度较高。进一步采用穷举搜索法对模型初设参数进行了优化,冷热负荷预测结果精确度提高,冷负荷预测结果的决定系数R2、平均绝对百分比误差MAPE分别为0.996、1.32%,热负荷预测结果的R2、MAPE分别为0.997、0.79%。

大型机场航站楼逐时电耗特性及电耗强度

以北京市某大型机场航站楼为研究对象,应用皮尔逊相关分析、k均值聚类方法,对2020—2023年实测数据变化特性及其影响因素进行了分析研究,包括逐时电耗特性提取及其电耗强度指标构建。结果表明:航站楼电耗可分为3类,即与建筑规模相关的基础电耗量、与旅客吞吐量相关的变动电耗量Ⅰ,以及与室外气象条件和旅客吞吐量相关的变动电耗量Ⅱ;k均值聚类分析结果反映了部分设计客流负荷对航站楼主要用电设备系统运行方式及其电耗特性的影响规律,可将日旅客吞吐量分为4级。基于这些分析结果,进一步给出了航站楼日总电耗强度及CO_(2)排放指标的试算值。研究结果可为合理确定各分项用电设备系统的电耗强度降低目标提供参考。

低纬度海岛太阳能建筑逆向热工设计方法

为了利用太阳能资源实现超低能耗建筑、创建绿色宜居的岛礁人居环境,课题组首次提出极端热湿条件下建筑“全遮阳”设计原则,创立了以太阳能光伏制冷系统与建筑防热设计相耦合的超低能耗建筑“逆向”热工设计方法,形成了适宜于低纬度海岛的超低能耗建筑新模式。实验及工程实践结果表明:全遮阳设计可大幅降低空调负荷和能耗,以南海美济岛示范建筑为例,经“全遮阳”设计后,该建筑的空调负荷可降低30%以上。若遵从逆向热工设计原则,可显著提高海洋建筑外墙、屋面和窗户的传热系数限值,实现全部依靠太阳能即可将建筑环境控制在舒适水平。低纬度海岛的超低能耗建筑新模式可有效减少对建筑设备的依赖,在建筑本体层面营造更舒适的室内热环境。

大型机场航站楼天窗采光与建筑能耗优化研究——以长沙黄花机场T3航站楼为例

绿色机场作为四型机场建设的重要内容,加之航站楼本身具有空间高大、运行时间长、能耗高、人员密集等特点,因此天窗设计的优劣对实现机场绿色低碳目标显得尤为关键。以长沙黄花机场T3航站楼为实例,通过本项目在天窗设计时对天然采光、照明能耗、空调能耗和采暖能耗的单一因素研究和多因素耦合研究,结果表明天窗的面积为其屋面面积的5~7%为宜,同时太阳得热系数、传热系数建议不大于0.30、2.0W/(m^(2)·K),旨在打造以精细化采光分析实现综合用能最优的机场,并为我国绿色低碳机场的建设起到良好的示范效果和借鉴意义。

基于统计学分析的独享与共享办公室用户用能特征对比研究

深入了解独享和共享办公室用户在用能特征上的差异,对于优化办公空间设计、提高能源效率以及促进可持续发展十分重要。基于此,收集不同办公空间的能耗数据,结合问卷调查结果,运用统计学方法从主客观视角系统分析不同办公空间的能耗特征。结果表明,共享办公室用能呈现出更高的灵活性和多样性,共享办公室照明能耗浪费率比独享办公室高,但插座能耗浪费率远高于独享办公室。

我国公共建筑能耗限额工作进展、问题与对策建议

我国公共建筑运行阶段能耗约占建筑运行阶段总能耗的三分之一,伴随经济社会发展公共建筑运行阶段能源消耗和碳排放仍将持续增加,有效降低公共建筑能耗并减少碳排放是实现城乡建筑领域碳达峰目标的重要任务。建筑能耗限额是抑制公共建筑能耗快速增长的有效措施,本文系统梳理了我国实施公共建筑能耗限额的进展与成效,分析了存在问题,提出了我国推进公共建筑能耗限额管理的相关建议。

引入用能行为概率和群智能优化的数据驱动高精度小时尺度建筑能耗预测体系

提出了一种改进的用户用能行为概率模型,作为新输入集成入能耗预测中,引入麻雀搜索算法(SSA)用于优化长短期记忆神经网络(LSTM)的超参数选择,建立了高精度小时尺度建筑能耗预测体系。在某建筑中的实际应用显示,相比于传统预测体系,改进的能耗预测体系可以使决定系数R 2平均增大0.201,平均绝对百分比误差(MAPE)平均减小18.10%,均方根误差的变异系数(CV-RMSE)平均减小0.176。

中国建筑能耗与碳排放研究报告(2023年)

2017—2021年,全国房屋建筑全过程能耗由17.2亿tce上升至19.1亿tce,扩大1.11倍,年均增速为2.6%。2021年全国房屋建筑全过程能耗相比2020年同比增长5.0%。2017—2021年,全国房屋建筑全过程碳排放由38.6亿t CO_(2)上升至40.7亿t CO_(2),扩大约1.05倍,年均增速为1.3%。2021年全国房屋建筑全过程碳排放相比2020年同比增长4.8%(图2)。

基于提升室内热舒适的商场中庭屋顶几何参数计算性改造设计研究

在当下全球节能减排大趋势及我国“双碳”政策背景下,建筑设计越来越趋向于注重对环境的合理利用。建筑室内热舒适直接影响人们的活动与健康,也是导致建筑高能耗的主要因素之一。以哈尔滨金安商场为例建立参数化模型,通过CFD与EnergyPlus双平台进行风环境模拟、日照辐射模拟,评估建筑环境的热舒适,再利用机器学习预测与优化算法进行形态优化,总结被动式自然通风下的高大中庭空间屋顶形态热舒适耦合规律。根据优化结果,商场全年营业期热舒适时长可提升1288~1350 h;通过对比优化后的两种屋顶形式热舒适时长,得出凹型屋顶是较优选择。给出两种形态屋顶优化后的参数范围。提出的优化方法可对后续的商场及商业综合体中庭改造设计提供理论依据及方法指导。

建筑用电能耗预测研究综述

建筑用电能耗预测是建筑能源管理的重要组成部分,准确预测建筑用电能耗可以帮助管理者制定有效的能源策略,提高能源利用效率。本文介绍了建筑用电能耗预测的特性及分类,将建筑用电能耗预测研究分为工程方法、统计方法、机器学习方法、深度学习方法及组合方法进行阐述,总结这些方法的优缺点,并展望建筑用电能耗预测的未来发展方向。

不同气候区域下气凝胶泡沫混凝土的节能性研究

新型高性能气凝胶泡沫混凝土具有超高保温隔热性能,因其优良的防火性能、高耐久性能和低吸湿性能,目前已成为建筑保温隔热、节能减碳领域的热点研究方向之一。为探究气凝胶泡沫混凝土墙体在中国四个不同气候区下的节能性,本文通过建筑能耗模拟软件EnergyPlus,将气凝胶泡沫混凝土与传统泡沫混凝土应用于住宅建筑的外墙中,对建筑的全年、月度能耗进行对比分析。结果表明气凝胶泡沫混凝土能够节能2.1%-6%。研究结果可为气凝胶泡沫混凝土的推广与应用提供参考。