Multi-objective optimization of energy, visual, and thermal performance for building envelopes in China's hot summer and cold winter climate zone

寒冷的冬天 中国 寒冷的气候 气候带 环境科学 气象学 热的 能量(信号处理) 气候学 建筑工程 大气科学 工程类 地理 地质学 数学 考古 统计
作者
Haoran Wu,Tong Zhang
出处
期刊:Journal of building engineering [Elsevier BV]
卷期号:59: 105034-105034 被引量:20
标识
DOI:10.1016/j.jobe.2022.105034
摘要

The building envelope design parameters including windows, apertures, shading, and materials have a significant interactive impact on the performance of a building. However, few studies simultaneously optimize these parameters to determine the trade-off solutions between energy consumption, indoor daylighting, and thermal comfort. This study presents a multi-objective optimization (MOO) framework evaluating Useful Daylight Illuminance (UDI), Energy Use Intensity (EUI), and Thermal Discomfort time Percentage (TDP) with a wide range of parameters to investigate the interactive relationships between multiple building design and performance parameters. The openable-window-area-ratio (OWR), window-wall-ratio (WWR), solar-heat-gain-coefficient (SHGC), louver depth, and wall thickness are integrated into the optimization process. Taking a building in the Hot Summer and Cold Winter Zone as an example, the results show that a large south-openable-window-area-ratio (OWRs), south-window-to-wall-ratio (WWRs), SHGC, and wall-thickness with a small north-window-wall-ratio (WWRn) and louver depth are most suitable for improving energy performance without sacrificing thermal and visual comfort. The trade-off solution represents noticeable improvements by 18%, 48.4%, and 2.5%, respectively, compared with the initial solution in EUI, TDP for the transition seasons, and UDI. The outcomes help the architects to obtain an optimal solution for the design, refurbishment , and renovation of building envelopes in the HSCW zone towards the construction of sustainable cities. • A multi-objective optimization framework proposed for the building envelope design. • Quantified impacts of the openable window area ratio and window-to-wall ratio investigated. • Quantified impacts of the solar heat gain coefficient , louver depth, and wall thickness investigated. • Benefits of the trade-off solution on building envelope design in the HSCW zone analyzed.
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