摘要
在全球共同应对气候变暖趋势的背景下，我国提出碳达峰碳中和“30·60”战略目标，表明了我国坚持绿色低碳发展的坚定决心。低碳农房建设作为城乡建设领域中促进节能降碳的关键一环，需要对其进行积极地响应和推动。围护结构是农村住宅的重要组成部分，采用合理的材料和技术手段可以有效降低农宅碳排放，并维持良好的室内热环境。通过调研资料发现，在我国建筑热工分区中的夏热冬冷地区，农村住宅围护结构普遍存在热工性能不佳，建造方案较少按照节能标准引导，导致节能降碳问题突出，室内热舒适状况堪忧。通过文献综述，关于农宅围护结构热工性能改善的研究，大多是为实现农宅节能性、热舒适性等某一方面建筑性能的优化提升，或是对节能技术措施进行经济性评价，从低碳视角出发的建筑性能综合优化关注较少。因此，以降低碳排放为核心目标，兼顾提升室内热舒适性与经济性进行夏热冬冷地区农宅围护结构多目标优化，能够为该地区低碳农宅的建设提供借鉴和参考。 首先，通过文献调研和对武汉市江夏区前湖村、枫树岭村进行实地调研，明确夏热冬冷地区农宅围护结构建设现状，总结存在的主要问题，并参考节能设计标准及相关文献，分析围护结构优化可能的技术手段，为后续研究提供支撑。其次，以武汉地区为例，参考图集并依据调研现状建立基准建筑模型作为参照。确定碳排量、夏季热不舒适度小时数、冬季热不舒适度小时数以及经济成本分别为衡量农宅低碳性、夏季热舒适性、冬季热舒适性以及经济性的评价指标，并阐述计算方法。再次，运用控制变量法探究围护结构单一参数对农宅建筑性能的影响规律。在此基础上设计正交实验，探究围护结构参数组合对建筑性能的影响，分析参数影响程度的主次排序及显著性水平。最后，综合上述研究，构建低碳农宅围护结构多目标优化模型，基于BP神经网络耦合多目标粒子群算法进行求解，并采用多准则妥协解排序法（VIKOR）对获取的解集进行决策分析，获取目标权重系数相同、分别侧重于低碳性、热舒适性、经济性的目标权重系数组合四种情形下的最优决策方案。 本文的主要研究结论为：（1）调研区域内的农宅基本均为砖混结构，围护结构构造简单，热工性能未达《农村居住建筑节能设计标准GB/T50824-2013》的要求，多数村民反映未采取降温采暖措施时室内热舒适状况不佳，将近八成的村民对围护结构进行优化表示认可；（2）通过围护结构单一参数影响分析发现，合理选用墙体材料类型、对外墙和屋顶增设保温层、合理选用外窗类型、增大南向窗墙比、减小北向窗墙比、减小外墙和屋顶太阳辐射吸收系数均能不同程度地降低基准农宅的碳排量，验证了围护结构优化技术手段在降碳上有效性，但与热舒适性和经济性的提升存在一定冲突；（3）通过围护结构参数组合影响分析发现，农宅各方面性能均具有提升的潜力，在降碳方面潜力最大，但并无一组参数组合能使得四个评价指标值能够同时达到各自的最优水平。依据极差分析和显著性分析结果，墙体材料类型、外墙保温层类型、外墙保温层厚度等7个参数对一方面或多方面建筑性能具有显著性影响，且为主要影响参数；（4）多目标优化结果表明，较基准农宅，Pareto最优解集中，碳排量平均约降低33.57%、夏季热不舒适度小时数约降低26.92%、冬季热不舒适度小时数约降低25.72%、经济成本约降低5.55%，优化效果显著；（5）侧重于低碳性的目标权重系数组合情形下最优方案为：墙体材料类型为蒸压粉煤灰砖、外墙保温材料为XPS、厚度为50mm、屋顶保温材料为岩棉板、厚度为40mm、外窗类型为塑钢中空窗、南向窗墙比为0.21、北向窗墙比为0.09、外墙太阳辐射吸收系数0.36、屋顶太阳辐射吸收系数0.75，碳排量可降低38.88%、夏季热不舒适度小时数可降低15.28%、冬季热不舒适度小时数可降低31.18%、经济成本可降低6%。
NETL