Building envelope design: Multi-objective optimization to minimize energy consumption, global cost and thermal discomfort. Application to different Italian climatic zones

多目标优化 数学优化 优化设计 能源消耗 建筑围护结构 遗传算法 包络线(雷达) 计算机科学 MATLAB语言 帕累托原理 热的 工程类 数学 物理 机器学习 气象学 电气工程 操作系统 雷达 电信
作者
Fabrizio Ascione,Nicola Bianco,Gerardo Maria Mauro,Davide Ferdinando Napolitano
出处
期刊:Energy [Elsevier BV]
卷期号:174: 359-374 被引量:207
标识
DOI:10.1016/j.energy.2019.02.182
摘要

The paper proposes a multi-objective optimization approach to address the energy design of the building envelope. A genetic algorithm (GA) is implemented by means of the coupling between MATLAB® and EnergyPlus to minimize primary energy consumption (PEC), energy-related global cost (GC) and discomfort hours (DH). The design variables concern the set point temperatures, the radiative properties of plasters, the thermo-physical properties of envelope components, the window type, the building orientation. The GA performs a Pareto optimization and finally two optimal solutions are recommended: the nZEB (nearly zero energy building) optimal solution, which minimizes PEC, and the cost-optimal solution, which minimizes GC. These solutions provide the optimal design strategies for the public and private stakeholders, respectively, which represent the main actors involved in building design. The approach is applied for the design of a new typical Italian residential building. Four locations are considered to investigate the typical Italian climates. The outcomes can give precious indications to rebuild the Italian residential stock with a view to energy-efficiency and cost-optimality, given that the optimal solutions provide low values of PEC – between 62.0 and 91.9 kWhp/m2a – and of GC – between 456 and 665 €/m2 – depending on the location.

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