基于机器学习的乡村住宅热舒适性研究 ——以鄂西南地区为例

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本文针对乡村住宅热工性能差、居住舒适度不佳的现状,以期改善村民的生活质量。选取鄂西南乡村住宅作为研究对象,并以居住热舒适性为切入点展开研究。在鄂西南地理气候条件的理论基础上,就该地区乡村住宅的现状进行了实地调研走访,采用现场实测和问卷调查相结合的方法,较为全面地分析了当地居民的居住热舒适状况。经调研统计分析可知,当地居民夏季热中性温度为25.3℃,80%居民可接受的温度区间为22.0~28.6℃;冬季热中性温度为13℃,80%居民可接受的温度区间为8.4~17.6℃。此外,调研结果显示当地住宅保温隔热性能较差,气密性不佳,热舒适性难以满足居民的需求,有极大的优化设计空间。为使研究更加深入,也更具科学性,本文利用Energy Plus能耗模拟软件,以室内夏冬两季的热舒适率作为热舒适性的评价指标。选取建筑朝向、外墙XPS保温层厚度、屋面XPS保温层厚度、屋顶坡度、窗墙面积比、外窗玻璃材料及厚度、外窗遮阳方式以及夏季通风策略等八个符合该地区地域特色的热环境优化策略,进而模拟不同优化策略组合下的鄂西南乡村住宅的热舒适改善效果。将模拟结果作为训练数据,以MATLAB为模型搭建平台,建立了基于BP神经网络的鄂西南乡村住宅热舒适预测模型。经验证,此模型相关性可达96.9%,训练样本与BP神经网络输出结果的相对误差在0.6%之内,训练效果良好,可以用于评估不同优化设计方案对室内热舒适的影响,并基于热舒适性对不同的建筑优化策略做出筛选。为了进一步探讨鄂西南乡村住宅的热舒适潜力,本文采用寻优能力强的粒子群算法在预测模型的基础上确立了热舒适性寻优模型。通过对建筑类型、窗墙面积比等九个约束条件的限制分别获得传统民居和新建住宅的最佳热舒适优化策略组合。从理论、两类乡村住宅优化策略差异对比、正交试验结果对比以及结合鄂西南地域特色四个方面对优化结果做出分析评价,证明该模型是一种效果较为理想的寻优模型。
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