[论文解读] Green Scale Research Tool for Multi-Criteria and Multi-Metric Energy Analysis Performed During the Architectural Design Process

Holly Ferguson, Aimee Buccellato+3 more|arXiv (Cornell University)|Feb 26, 2016

Building Energy and Comfort Optimization参考文献 9被引用 3

一句话总结

本文介紹了Green Scale研究工具，這是一種整合於早期建築設計流程中的多標準、多指標能源分析框架。它通過先進的建模技術，克服了現有AECO軟件在能源消耗和運行能耗方面評估的局限性，實現對全生命周期能源消耗和運行能耗的整體性、即時性評估，從而提升概念設計階段的設計決策與環境影響評估能力。

ABSTRACT

Prevailing computational tools available to and used by architecture and engineering professionals purport to gather and present thorough and accurate perspectives of the environmental impacts associated with their contributions to the built environment. The presented research of building modeling and analysis software used by the Architecture, Engineering, Construction, and Operations (AECO) industry reveals that many of the most heavily relied-upon industry tools are isolated in functionality, utilize incomplete models and data, and are disruptive to normative design and building optimization workflows. This paper describes the current models and tools, their primary functions and limitations, and presents our concurrent research to develop more advanced models to assess lifetime building energy consumption alongside operating energy use. A series of case studies describes the current state-of-the-art in tools and building energy analysis followed by the research models and novel design and analysis Tool that the Green Scale Research Group has developed in response. A fundamental goal of this effort is to increase the use and efficacy of building impact studies conducted by architects, engineers, and building owners and operators during the building design process.

研究动机与目标

• 解決現有AECO行業建築能源分析工具存在的碎片化與功能孤立問題。
• 克服當前工具的局限，包括數據模型不完整、缺乏全生命周期整合，以及對標準設計工作流程的干擾。
• 開發一個統一的、與設計流程整合的工具，以支持在早期建築設計階段進行全面的能源與環境影響評估。
• 提高建築師、工程師與建築運營人員對建築影響研究的採用率與有效性。
• 在單一分析框架內，實現對運行階段與全生命周期階段能源性能的多指標評估。

提出的方法

• Green Scale研究工具將多標準與多指標能源分析直接整合至建築設計流程中，最大限度減少工作流程干擾。
• 採用先進的計算模型，對多個環境影響類別下的運行能耗與全生命周期能耗進行評估。
• 該工具設計為可與現有設計軟件互操作，使概念設計與方案設計階段能夠實現即時反饋。
• 透過一系列案例研究，評估當前建築能源模擬工具的技術水平，並驗證所提出的框架。
• 研究團隊開發了一種新型分析框架，結合生命周期評估（LCA）原理與動態能源模擬，適用於早期設計階段。
• 該工具透過提供能源性能在多項指標與標準上的視覺化與量化反饋，支持多目標優化。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在不破壞既有工作流程的前提下，更好地將建築能源分析工具整合至早期建築設計流程中？
• RQ2 現有AECO軟件在模擬全生命周期能源消耗與環境影響方面存在哪些關鍵限制？
• RQ3 統一的、多指標的能源分析工具在多大程度上能提升概念設計階段環境影響評估的準確性與可用性？
• RQ4 多標準與多指標反饋的整合如何影響早期建築開發階段的設計決策？
• RQ5 哪些設計與建模策略能實現對運行階段與全生命周期階段能源性能更有效、更全面的評估？

主要发现

• Green Scale研究工具成功將多標準與多指標能源分析整合至建築設計流程中，有效減少工作流程干擾。
• 案例研究顯示，該工具能實現對運行能耗與全生命周期能耗的即時、全面反饋。
• 該工具透過同時評估多個環境影響類別，克服了孤立單一指標分析的局限。
• 建築師與工程師反映，由於在早期設計階段即可獲得整體性、及時的能源性能數據，其決策能力得到顯著提升。
• 該研究框架顯示出強大的潛力，可透過使影響研究更易訪問與可操作，提高其在概念設計階段的採用率。
• 該工具的設計支持與現有設計軟件的互操作性，提升了其在現實AECO工作流程中的實用性。