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

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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:93
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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