近年來,我國辦公建筑發(fā)展迅猛,建設(shè)量持續(xù)增長,已占公共建筑總數(shù)的50%以上
深圳裝修公司植根于自然環(huán)境中,室外溫度、日照和光環(huán)境引起辦公空間溫度起伏和照度變化,為維持辦公空間光熱環(huán)境的舒適度,建筑運(yùn)行過程中需應(yīng)用采暖、空調(diào)制冷和人工照明設(shè)備來調(diào)節(jié)辦公空間物理環(huán)境,平衡外部環(huán)境影響。
這一過程也不可避免地消耗大量能源。嚴(yán)寒地區(qū)氣候惡劣,冬季室內(nèi)外溫差大且日照時(shí)間短,采暖能耗與人工照明能耗較高嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑形態(tài)作為室內(nèi)外環(huán)境的交互媒介,直接決定著辦公空間光熱物理環(huán)境性能,影響建筑能耗水平。
鑒于辦公建筑的急速發(fā)展與我國建設(shè)生態(tài)綠色城市的迫切要求,光熱性能考慮下的嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑形態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)研究有著重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。
雖然建筑能耗與物理環(huán)境仿真技術(shù)廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)實(shí)踐,其對(duì)設(shè)計(jì)決策的支持作用卻十分有限。實(shí)踐中,設(shè)計(jì)決策仍基于設(shè)計(jì)者對(duì)模擬結(jié)果的主觀轉(zhuǎn)譯來制定。同時(shí),建筑性能指標(biāo)眾多,設(shè)計(jì)參數(shù)與建筑性能關(guān)系復(fù)雜,僅憑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)難以把握。例如,提高建筑窗墻比能夠改善室內(nèi)采光效果,降低人工照明能耗,卻會(huì)相應(yīng)增加建筑采暖和制冷能耗,降低室內(nèi)熱舒適度。
實(shí)踐中,設(shè)計(jì)人員采用多方案比較方法來平衡多元化的建筑性能要求。限于設(shè)計(jì)周期,設(shè)計(jì)者僅能對(duì)少量可行方案,進(jìn)行建筑性能比較,無法全面探索建筑形態(tài)改變對(duì)建筑性能的影響,也難以全面反映節(jié)能設(shè)計(jì)的可能性,影響了節(jié)能設(shè)計(jì)決策制定的準(zhǔn)確性。針對(duì)上述問題,深圳裝修公司中既有研究嘗試耦合多目標(biāo)優(yōu)化算法與建筑性能模擬軟件,以環(huán)境性能和建筑能耗水平為設(shè)計(jì)目標(biāo),對(duì)建筑設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。部分研究以建筑能耗或日照輻射得熱量控制為設(shè)計(jì)目標(biāo)。
相比多方案比較,多目標(biāo)優(yōu)化方法能夠更全面地搜索建筑可行解空間,具備提升建筑節(jié)能設(shè)計(jì)精度和效率的潛力。但是,可持續(xù)語境下的建筑性能模擬多以一個(gè)年度為計(jì)算周期,所需模擬時(shí)間較長,而多目標(biāo)優(yōu)化過程需要對(duì)數(shù)百甚至數(shù)千組可行方案進(jìn)行性能模擬,優(yōu)化過程十分耗時(shí),制約了建筑節(jié)能設(shè)計(jì)效率的提升幅度。雖然縮短計(jì)算周期、簡(jiǎn)化計(jì)算過程能夠降低多目標(biāo)優(yōu)化過程模擬耗時(shí),但也會(huì)導(dǎo)致模擬精度下降,影響建筑節(jié)能設(shè)計(jì)精度。
可見,多目標(biāo)優(yōu)化工具與既有仿真模擬平臺(tái)的直接耦合并不能有效提高建筑節(jié)能設(shè)計(jì)精度和效率
為解決上述問題,研究人員嘗試在多目標(biāo)優(yōu)化過程中引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,其中有以建筑全生命周期經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo),針對(duì)太陽能集熱器面積和存儲(chǔ)槽尺寸展開優(yōu)化的研究也有以建筑能耗、改造造價(jià)和舒適度為優(yōu)化目標(biāo),對(duì)外墻與屋頂材料、外窗類型太陽能板類型等節(jié)能改造技術(shù)選擇方式進(jìn)行優(yōu)化的研究叫;更有以熱舒適度、建筑總能耗或照明、制冷、采暖能耗為目標(biāo),對(duì)建筑設(shè)備運(yùn)行控制參數(shù)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)、遮陽構(gòu)造和照明設(shè)計(jì)功率展開優(yōu)化的研究
1)提出的設(shè)計(jì)流程與策略能夠立足嚴(yán)寒地區(qū)氣候特征,綜合考慮室外光熱與日照環(huán)境影響,基于建筑能耗、熱舒適度和天然采光性能設(shè)計(jì)目標(biāo)展開建筑形態(tài)設(shè)計(jì)方案優(yōu)化搜索,生成辦公建筑形態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)相對(duì)最優(yōu)解集,提高了嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑形態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)精度,并為設(shè)計(jì)者提供了更多的方案可能性。
2)相比直接應(yīng)用建筑性能模擬軟件計(jì)算不同嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑形態(tài)對(duì)應(yīng)的性能目標(biāo)數(shù)值,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型與多目標(biāo)優(yōu)化模型、建筑環(huán)境信息模型的耦合能夠大幅縮減多目標(biāo)優(yōu)化過程耗時(shí),提高了嚴(yán)寒地區(qū)辦公建筑形態(tài)節(jié)能設(shè)計(jì)效率。
3）經(jīng)訓(xùn)練后的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)日照和光熱環(huán)境影響下的建筑能耗、熱環(huán)境不舒適時(shí)間百分比、全天然采光百分比與有效天然采光照度時(shí)間百分比4項(xiàng)建筑性能指標(biāo)4)相比人機(jī)交互過程,采用建筑環(huán)境信息模型可以更高效地生成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練數(shù)據(jù),并且避免了不同模擬平臺(tái)間的重復(fù)建模提高了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建構(gòu)效率與精度。
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