本文研究多目标、多学科优化问题在零能耗建筑设计中的应用。随着建筑技术的迅猛发展和系统的日趋复杂,现代建筑节能设计理念和模式都发生了重大变化,从追求围护结构能效发展到追求建筑能源系统综合使用效能,从以往的串行设计模式发展到集成并行设计模式,从追求高能效建筑模式发展到零能耗建筑模式。为此,建筑节能设计所面临的是一个庞大又复杂的系统,需要建立彼此密切联系的桥梁和解决多目标、多学科系统问题的方法。优化设计是实现零能耗建筑设计工作的一个重要的阶段。本文针对京津地区的寒冷气候区典型居住建筑为原型进行零能耗多目标优化设计,开展了实现零能耗建筑多目标优化为主旨的相关原理、数据统计、优化算法和Pareto解集最优解评价方法的系统性研究,并建立了多目标设计优化框架,构建了与零能耗建筑设计相关的多目标分析模型,拓展了多目标设计优化技术在零能耗居住建筑设计中的应用,得出了基于典型模型的京津地区太阳能零能耗居住建筑的基本工况运行模式,并对一实验监测进行了详细的案例阐释。本文主要研究内容依次如下:一、基于相似理论构建了建筑物理实验分析典型简化模型,完成了数据的筛选、录入和优选,构建了一个典型物理权衡分析模型,给出了一套用于确定建筑物理模型简化计算方法及基于集合住宅户型立面基本物理边界条件(能耗模块)的"九宫格"分析理论。二、建立了适合于京津寒冷地区居住建筑实现零能耗的基本路线和计算分析模型,分析了包括国内外高能效建筑各项指标、节能策略和能源规划,并建立了实现零能耗模式的基本参数阈值,总结和设计出了基于不同零能耗类型特征的基本典型运行工况。三、针对零能耗建筑运行机理建立了能量与成本分析理论模型;为了得到较为全面的零能耗建筑能量分析方法,构建了基于(?)分析模式下的寿命期相对节能分析理论模型;研究了国内外寿命期成本分析并结合零能耗建筑成本特性,构建了基于寿命期节能收益成本的LCC理论分析模型;并结合上述建立的分析模型,针对围护结构节能主材厚度、窗传热系数和光伏面积为主要约束变量,进行了基于零能耗建筑实现途径的京津地区ZEB建筑能量与成本相关数据统计与拟合,并建立了数学模型集合。四、研究了当前多目标优化算法工作机理,经过遴选选择基于实值编码的NSGAII优化技术,并引入了Michalcwicz交叉算子;分析了各学科之间的数据传递和耦合关系,确定设计变量、设计约束和优化目标;构建了 "EEE-ZEB-MOP"技术框架;构建了零能耗建筑能量平衡与成本目标函数与约束条件,编制了优化程序,求得了Pareto解集,结果证明了该算法在求解Pareto解集时表现出很好的贴近性、均匀性和完整性,具有较好的优化效率和决策的准确性;利用了该算法对建立的典型零能耗建筑模型进行了多目标优化,验证了该优化方法的可行性和有效性。五、为了解决在多目标Pareto解集中求得一定精确度又有实际意义的满意解问题。针对零能耗建筑多目标优化设计,建立了一套基于Pareto空间特征解(?)分析的改进熵权评价法,得到了最优解,分析得出了寒冷气候区京津地区ZEB住建筑的最佳节能系统组合数据、运行工况参数数据及能流基本运行关系;同时为了能够更为全面、灵活的评价ZEB建筑各情况的分析研究与决策,并具有定性与定量指标相结合的综合评价决策方法,提出了一套混合灰色关联多层次综合评价法。六、利用多目标优化技术对零能耗太阳建筑进行了初步设计,并运用建立的混合灰色关联多层次综合评价法对实验室多能源集成系统进行了评价优选;介绍了零能耗太阳能实验室建设、监测系统构建及系统运行情况,提供了一套可借鉴和推广性的实践监测系统。