Multi-objective optimization of rural residential buildings in cold regions using BPNN and NSGA-III: A case study of Shangqiu

包络线(雷达) 拉丁超立方体抽样 分类 人工神经网络 遗传算法 反向传播 灵敏度(控制系统) 能源消耗 计算机科学 能量(信号处理) 可靠性(半导体) 环境科学 农村地区 热舒适性 多目标优化 建筑围护结构 热的 钥匙(锁) 节能
作者
Zhongcheng Duan,Binhao Li,Yidi Zhao,Mingxue Chen
出处
期刊:Case Studies in Thermal Engineering [Elsevier BV]
卷期号:78: 107654-107654 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.csite.2026.107654
摘要

This study proposes a multi-objective optimization framework integrating dynamic simulation, a Backpropagation Neural Network, and the Non-dominated Sorting Genetic Algorithm III to improve energy efficiency, thermal comfort, and affordability of rural houses in cold regions. Using a representative dwelling in Shangqiu, Henan, 21 key variables were identified through sensitivity analysis, and 30,000 samples were generated by Latin Hypercube Sampling. The BPNN achieved high prediction accuracy (R 2 =0.967 for EUI th , 0.988 for PPD). NSGA-III optimization produced 100 Pareto-optimal retrofit schemes, among which three representative solutions—comfort-oriented, balanced, and energy-saving—were selected using TOPSIS. Compared with the baseline, energy consumption decreased by 46.4-67.2%, and thermal comfort improved by up to 67.5%, with retrofit costs between ¥36,000-52,000, within the economic capacity of rural households. The findings demonstrate that enhancing envelope insulation and reducing window U-values effectively achieve energy savings and thermal stability, offering quantitative guidance for low-carbon, cost-effective rural housing retrofits.

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