Multi-objective optimization designs of phase change material-enhanced building using the integration of the Stacking model and NSGA-III algorithm

分类 还原(数学) 堆积 数学优化 能源消耗 遗传算法 玻璃 多目标优化 计算机科学 相变材料 碳足迹 温室气体 工程类 算法 数学 相变 土木工程 生态学 物理 几何学 工程物理 核磁共振 电气工程 生物
作者
Haibin Yang,Ziqing Xu,Yuan Shi,Waiching Tang,Chunyu Liu,Akilu Yunusa‐Kaltungo,Hongzhi Cui
出处
期刊:Journal of energy storage [Elsevier BV]
卷期号:68: 107807-107807 被引量:23
标识
DOI:10.1016/j.est.2023.107807
摘要

The incorporation of phase change materials (PCM) into building envelopes has proven to reduce carbon emissions and energy consumption to combat climate change. However, the energy performance of PCM-enhanced building depends on several factors and the optimization of such factors using empirical building design is more difficult and sometimes even impossible. Therefore, this paper proposes a multi-objective optimization method to consider multi-objectives, including building energy consumption, economic benefit, and carbon-saving. In this study, a non-dominated Sorting Genetic Algorithm III (NSGA III) is coupled with a Stacking model to minimize building operational energy consumption (BOEC) and maximize life cycle economic benefit (LCEB) and life cycle carbon reduction (LCCR) simultaneously by finding the optimum configuration of PCM thickness, window-to-wall ratio, exterior glazing U-value and solar heat gain coefficient. The results show that the Stacking model combined with 8 heterogeneous machine learning models has the best performance for predicting energy consumption with a high correlation efficiency (R2 = 0.97). In addition, the building optimized with the Stacking-NSGA III framework shows a reduction of BOEC by 45.38 % and an increase of LCCR by 10.75 kg·CO2.e/m2. Moreover, the LCEB over a 50-year service life is 452.21 CNY/m2. It is believed that the proposed multi-objective optimization method can help stakeholders to find the most suitable PCM-building design strategies for their specific needs.
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