近年来,由建筑活动产生的资源、能源消耗和温室气体排放引起全球的普遍关注,节能减排成为建筑行业发展的主要目标。在我国,绿色建筑在新建建筑中已大量开展,并取得良好成效,但已建成的既有建筑存在规模存量大、围护结构老化、系统设备陈旧等问题,导致其能耗和碳排放居高不下的现状。我国的既有建筑绿色化改造存在诸多问题,主要体现在以下三个方面:使用经验措施弥补建筑缺陷,缺乏设计阶段的改造措施权衡判断;以指令性的定性措施付诸实施,缺乏针对建筑性能提升的量化研究;缺乏整合舒适度、碳排放和造价的多目标优化设计方法。因此,如何构建既有建筑绿色化改造设计方法、如何量化技术策略的环境效益、如何进行多目标的综合择优成为亟待解决的问题。本文梳理并比较了英国、美国、德国、中国在既有建筑改造设计方面相关的法规、标准和工具,研究发现欧美各国建筑法规体系是以性能表现为主导,进行政策法规——设计标准——评价标准——模拟工具的一体化构建,我国法规体系基本是以技术措施占绝对主导,在部分条例无法满足时,辅以性能条例,这将导致以下两方面问题:无法穷举指令性条款,限制创新;考核目标单一,与实际情况差别大。继而,确立了本文以性能为研究方向,以风、光、热环境为评价指标,以动态模拟为量化手段进行改造设计方法探索。同时,从各国设计标准或行业协会认证的软件模拟工具中筛选出准确性较高、性能模拟可靠的Ecotect-RadianceDaysim联动平台,PHOENICS,DesignBuilder进行论文中光环境、风环境、热环境触发的能耗和碳排放模拟分析。在此基础上,研究了既有建筑绿色化改造设计的影响因素,提出了相应的形式、构造、系统、设备改造优化策略,并结合寒冷地区绿色化改造样本库的建立和典型案例剖析,形成以“热工/采光/通风”性能判断为原则的寒冷地区建筑分类(住宅三类、办公四类),扩充寒冷地区改造策略框架下适用的具体措施。在以上研究的基础之上,构建了针对设计阶段的、基于量化模拟技术的、耦合风、光、热环境的绿色化改造设计方法,并详细探讨了其在“性能诊断——改造设计——预测反馈”设计过程中的风、光、热性能指标、技术实现方法、参数设置。继而,基于性能表现的建筑分类筛选典型模型进行绿色化改造设计方法应用,研究得到每一个有代表性的典型建筑中对风、光、热优化效果明显的不同单项措施所带来节能敏感度、减排敏感度和成本效益敏感度,为绿色化改造中策略措施的权衡提供定量依据,同时为建筑形式创新提供设计逻辑。研究发现,经过合理设计的致力于风、光环境优化的被动形式策略,不会对能耗与碳排放产生明显负面影响,甚至能够达到节能减排效果;城镇住宅典型模型以节能为目标的前提下应优选构造策略,以减排为目标应优选系统策略;办公建筑典型模型以节能为目标应优选系统策略,以减排为目标应优选设备策略。在此基础上,运用非支配精英遗传算法的遍历和变异计算,依据“环境提升优先——碳排放与舒适度优选——性价比平衡”的串联逻辑实现典型模型的多目标综合优化,探究在舒适度提升与碳排放降低目标下最优的策略组合,辅以成本增量因素的判断,确定性能导向的改造的最优解。为了方便建筑师使用,本研究基于JAVA编程开发了多目标优化敏感度预测模型。本文的最后,应用多目标敏感度计算工具对一栋20世纪80年代的普通住宅进行设计辅助和决策支持,验证软件的应用意义。本文提出的基于性能表现的既有建筑绿色化改造整合优化设计方法和设计阶段基于动态模拟的既有建筑绿色化改造敏感度预测模型,从理论和应用的角度完善了既有建筑绿色化改造设计研究。