长沙高校近现代办公建筑改造能耗预测与MOPSO优化研究

摘要

高校近现代历史建筑作为高校文化信息的重要载体，亦可作为教学办公性质继续实现建筑价值。本文以长沙地区高校近现代历史办公建筑为研究对象，分析国内外相关节能改造实例，基于调研数据根据不同建筑平面类型建立理论模型，对长沙高校近现代历史办公建筑进行节能改造与多目标优化设计。基于定性与定量相结合的研究方法，筛选能耗影响因素，构建节能改造能耗预测方程和多目标优化能耗函数数据库及主函数模型，实现基于能量平衡与成本的多目标优化设计，探究长沙高校近现代历史办公建筑实现低能耗建筑和投资收益合理化的节能技术与设计策略。研究将从以下几方面展开讨论：　　(1)梳理相关研究背景，对既有研究现状进行整理分析，提出本文研究的内容、创新点和研究框架；通过调研梳理长沙现存高校近现代历史办公建筑的现状和特点；分析相关建筑节能改造实例，构建适用长沙近现代历史办公建筑低能耗改造基本路线；　　(2)对相关基础理论作简要概述；利用单一变量法和敏感性方法分析各能耗影响因素对建筑能耗的影响，并构建对应的数学回归方程，为研究交互作用影响下能耗预测方程提供研究依据和参考，为构建多目标优化设计的能量平衡主函数奠定研究基础；　　(3)利用正交表L27313对13种建筑能耗影响因子(4个空列)设置3水平正交试验，通过回归分析计算各个影响因素的回归系数，构建长沙地区高校近现代办公建筑节能改造能耗预测方程；　　(4)利用正交表L2556对6种建筑能耗影响因子(设置一个空列)5水平正交试验，分析基于25组模拟试验方案的建筑节能潜力；结合投资成本收益理论筛选5种能耗影响因素构建基于能量平衡与投资收益成本的子函数，根据能量平衡和投资收益理论构建主目标函数，建立适用于多目标优化设计的数学模型分析库，利用基于MATLAB编写多目标粒子群优化算法进行寻优计算，为长沙地区高校近现代历史办公建筑节能改造设计提供新的研究思路与方法。

目录

第 1 章 绪 论

1.1研究背景与目的

1.1.1绿色校园建设

1.1.2近现代历史建筑概况

1.1.3能源现状

1.1.4研究目的

1.2研究对象

1.2.1长沙高校近现代历史办公建筑

1.2.2低能耗建筑

1.3国内外研究综述

1.3.1近现代历史建筑保护研究综述

1.3.2低能耗建筑研究现状

1.3.3能耗预测方程研究现状

1.3.4多目标优化设计研究现状

1.3.5文献综述小结

1.4研究内容、意义及创新

1.4.1研究内容

1.4.2研究意义

1.4.3创新点

1.5研究方法与技术路线

1.5.1研究方法

1.5.2技术路线

1.6本章小结

第 2 章 相关基础理论概述

2.1回归分析

2.2正交试验

2.3 多目标问题理论

2.3.1多目标问题基本概念

2.3.2Pareto非劣解集

2.3.3多目标优化方法的特点

2.4多目标粒子群优化算法

2.4.1标准粒子群优化算法

2.4.2多目标粒子群优化算法

2.5本章小结

第 3 章 长沙近现代历史办公建筑及相关案例分析

3.1长沙近现代历史建筑概述

3.1.1长沙地理人文环境概述

3.1.2长沙气候特点

3.2长沙市近现代历史保护建筑现状概述

3.3长沙高校近现代历史办公建筑能耗特征

3.4长沙高校近现代历史办公建筑保护更新原则

3.5国内外高校近现代历史办公建筑节能改造案例

3.5.1哈佛大学黑石街64号

3.5.2同济大学文远楼

3.6长沙高校近现代历史办公建筑节能改造分析

3.6.1改造理念

3.6.2节能改造技术

3.7本章小结

第 4 章 理论模型建构与能耗影响因素分析

4.1理论模型建构研究

4.1.1理论模型建立的原则

4.1.2理论模型的建构

4.1.3可靠性分析

4.2建筑朝向能效分析

4.3围护结构节能设计策略研究

4.3.1墙体

4.3.2屋顶

4.3.3外窗

4.4建筑设备节能设计策略研究

4.4.1遮阳系统

4.4.2照明系统

4.4.3设备功率密度和人员密度

4.4.4HVAC系统类型

4.4.5室内设计温度

4.5构建数学模型分析数据库

4.6本章小结

第 5 章 能耗预测方程与多目标优化设计研究

5.1能耗预测方程及验证

5.1.1长方形建筑能耗预测方程研究

5.1.2L形建筑能耗预测方程研究

5.2长沙高校近现代办公建筑节能潜力研究

5.2.1能耗影响因素汇总

5.2.2正交试验方案设计

5.2.3正交试验结果及节能潜力分析

5.3基于能耗与投资收益的多目标优化研究

5.3.1基于成本理论的数学模型构建

5.3.2多目标优化主函数模型的构建

5.3.3多目标粒子群优化设计研究

5.3.4最优改造方案分析

5.4本章小结

结 论

参考文献

附录A攻读学位期间所发表的学术论文目录

附录B攻读学位期间参与的实际项目目录

附录C科学馆与七舍部分图纸

附录D部分基础仿真模拟时间参数表设置

附录E能耗预测正交实验模拟结果

附录F节能潜力能耗模拟结果

附录G多目标优化设计结果

致 谢