[论文分享]Optimising building envelope retrofits under future climates: Integrating passive, active, and renewable strategies
📃 基本信息
[论文标题] 《优化未来气候条件下的建筑围护结构改造：整合被动式、主动式和可再生能源策略》
[期刊信息] Case Studies in Thermal Engineering (2025) | 作者: Le, Christopher, Ngo
📌 一句话概括
该研究通过整合被动式、主动式和可再生能源策略的多目标优化框架，为不同气候区的商业建筑提供了应对未来气候变化的围护结构改造方案。
📚 深度总结
本研究针对气候变化对建筑能耗和舒适度的影响，开发了一个综合性的围护结构改造优化框架。研究团队选取了澳大利亚四个不同气候区（布里斯班、悉尼、墨尔本和霍巴特）的典型商业建筑作为研究对象，使用RCP8.5气候变化情景下2050年的气象数据，通过参数化建筑能耗模拟和多目标优化方法，同时考虑净能耗（NEU）、过热小时数（OH）和生命周期成本（LCC）三个关键性能指标。
研究方法上，作者首先构建了详细的参数化建筑能源模型，包含墙体和屋顶保温、窗户性能、自动遮阳系统和光伏发电等18个设计变量。随后应用基于超体积的进化算法（HypE）进行多目标优化，生成非支配解集。最后通过层次分析法（AHP）和TOPSIS决策方法，根据决策者偏好选择最优改造方案。
研究结果表明，气候变化对不同地区建筑性能的影响差异显著。在温暖气候区（布里斯班和悉尼），未来气候条件下建筑冷负荷将大幅增加，导致能耗和改造成本上升；而在温和气候区（墨尔本和霍巴特），气候变暖反而可能降低采暖需求，使建筑更容易实现零能耗目标。具体而言，霍巴特的最低NEU值可达-5.67 kWh/m²，表明可再生能源发电超过建筑用能。然而，所有城市的过热风险都将显著增加，从当前平均4.91%上升到未来的23.98%。
优化结果还揭示了各项改造策略的最佳组合方式：在温暖气候区，低太阳得热系数（SHGC）的窗户和适当的主动遮阳系统表现最佳；而在温和气候区，北向窗户可采用较高SHGC值以增加冬季太阳得热。建筑光伏系统不仅提供可再生能源，还能作为遮阳装置减少屋顶和北立面的太阳辐射，从而降低冷负荷。
本速览仅作研究参考，不替代原文阅读。如需引用，请参考原论文。
🔍 要点追溯
- 研究方法: 参数化建筑能源模拟+多目标优化+多准则决策分析
- 适用范围: 澳大利亚不同气候区的商业办公建筑
- 使用工具: EnergyPlus, Ladybug Tools, Grasshopper, Octopus, Python
- 数据来源: CSIRO澳大利亚未来气候数据库（RCP8.5情景）
- 参考标准: NABERS（澳大利亚建筑环境评级系统）、澳大利亚国家建筑规范（NCC）