摘要
随着人民生活水平的提高，建筑用能逐年增加，其中建筑采暖与制冷能耗占据绝大部分，成为建筑部门节能减排的重要挑战。为应对全球气候变化，推进我国绿色建筑与节能工作，实现碳达峰、碳中和，被动式超低能耗建筑将作为建筑节能的重点在中国推广。我国在被动式超低能耗建筑的评价指标和关键参数优化方面还比较欠缺，如节能效果、室内热湿环境参数、经济环保效益等，难以实现理论指导和应用推广。因此，为了定量分析被动式超低能耗建筑的运行参数，需要重点研究被动式超低能耗建筑的外围护结构保温层厚度，优化保温材料厚度的取值。 首先，为获得被动式超低能耗建筑外墙保温层厚度的最优解，通过建筑围护结构传热机理、建筑全生命周期理论、单目标和多目标优化方法建立了建筑全生命周期能耗、全生命周期碳排放、全生命周期总成本3个目标函数的数学模型；提出非支配排序遗传算法（NSGA-II）与上述多个目标组合的分层优化方法，量化保温层厚度对目标结果的影响。使用能耗模拟仿真计算的方法结合所提出的优化方法进行分析计算，并通过实验与模拟对比的方式验证了模拟软件的可靠性。 然后，利用上述方法，以夏热冬冷地区某被动式超低能耗建筑为例，进行建筑运行能耗仿真计算，得出单目标下的建筑最优保温层厚度。在实际问题决策中，可能需要考虑多个目标。现有的保温层厚度研究多为单一目标优化，部分多目标优化也只给出了一个取值范围，往往不能得到唯一解。因此，针对全生命周期能耗、全生命周期碳排放这2个目标，利用NSGA-II算法，优化得到Pareto前端。在这一组非劣解集（Pareto解）中，对全生命周期总成本进行优化，研究得到多目标优化下EPS、XPS、PUR、Rockwool的最优保温层厚度唯一解分别为121mm、85mm、67mm、145mm，其优化结果基本处于多个单目标优化结果附近，且多目标优化结果是在各个单目标中寻求平衡与折中。另外分别对五个气候区域城市进行分析计算，发现对于夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区，并不是保温层厚度越大，建筑运行能耗越小。而是随着纬度的降低，被动式超低能耗建筑所需要的保温层厚度相应减小。在夏热冬暖和温和地区建筑不适合做很厚的保温，即使采取保温，也只需要厚度较小的保温材料用于隔热。 最后，通过正交试验和参数敏感性分析，研究了部分建筑外围护结构热工参数对被动式超低能耗建筑保温层厚度优化结果的影响。研究结果表明，各因素对建筑能耗影响越大则对保温层厚度选取的影响越大。 本文通过研究得到被动式超低能耗建筑的外围护结构保温层厚度多目标最优解，为被动式超低能耗建筑外墙保温层最佳厚度的选择提供了分析方法和参考依据，实现被动式超低能耗建筑运行与建造之间平衡，从而达到最佳的建筑节能、减排、降低成本效果。
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