基于遗传算法的绿色建筑节能方案多目标优化

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制定节能方案不仅是控制建筑能耗的重要手段,也是绿色建筑评价的主要内容。对于开发商而言,节能方案的选择与实施还将直接影响其经济效益。因此,研究如何在制定方案时兼顾节能效果、评价得分以及经济效益,显得十分必要。而以往的学术研究,多集中于评价绿色建筑的既定方案可行与否,忽视了将节能效果、评价得分以及经济效益三大目标相结合,对节能方案进行优化。因此,本文作了以下研究:  第一,以绿色建筑节能项目为研究对象,分析其全生命周期的经济性。首先,研究如何基于全生命周期的角度,对绿色建筑阶段进行划分。然后,对每一阶段的增量成本效益进行分析,找出其阶段性演变规律。最后,基于增量成本效益构成的分析及测算,建立节能项目的增量综合效益评价模型。  第二,基于绿色建筑节能项目的增量综合效益模型,以其增量成本和增量效益为目标函数,并设定一系列约束条件,由此构建了绿色建筑节能项目优化模型。相比于正交试验法,遗传算法是解决组合优化问题更为有效的方法。因此,如何采用该方法进行问题求解也是该部分的研究重点。对于算法所产生的Pareto解域,本文设计了最优解评价指标“节能设计效率”,即单位增量成本所产生的节能效益,以确定最终的实施方案。  第三,为验证模型的可靠性,本文以滁州某办公建筑为研究对象进行案例分析。首先,对该办公建筑分别设定基准方案和设计方案,并通过DeST能耗模拟和定额估算,得到每种设计方案与基准方案相比所产生的节能量及增量成本。然后,基于所获取的节能量和增量成本数据,使用遗传算法对节能优化模型进行求解,并采用“节能设计效率”对Pareto最优解域进行选择,以得到最终可实施的最优方案。  案例分析结果表明:(1)该模型能够为决策者呈现出最优的节能技术组合,避免了简单的技术堆砌,保证了节能性与经济性;(2)存在多种节能技术组合,其所取得的节能效果和经济效果大致相同,可供决策者根据自身条件进行选择;(3)增量效益与增量成本线性无关;(4)外墙围护是增量成本的主要来源(约占21%~45%),空调系统是增量效益的主要来源(约占35%~45%),照明系统既会造成增量成本的大幅度增加(12%~47%),也会产生更大幅度的增量效益(32%~39%);(5)基准收益率的选择,会直接影响节能方案的优化结果。由此,该节能优化模型具有一定的可操作性,可以为决策者提供决策参考。
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