伊朗Bandar Anzali住宅建筑能源性能优化研究：朝向与长宽比对能耗及碳排放的影响机制

本研究针对伊朗Bandar Anzali快速城市化导致的建筑能耗激增问题，通过混合研究方法（Design Builder与Ladybug软件模拟）系统分析了住宅建筑朝向（南北/东西）和长宽比（1:1至1:10）对能耗的影响。结果表明：东西朝向1:4长宽比的建筑年能耗最低（166.1 kWh/m2），较基准模型降低14%，CO?排放减少至107.32 kg/m2，为湿热海岸气候区节能设计提供了数据支撑与实践范式。

　　

在全球建筑能耗占比高达40%的背景下，伊朗Bandar Anzali作为典型湿热海岸城市，面临城市化加速与能源需求激增的双重压力。该地区独特的Cfa气候（柯本气候分类）——高湿度、强太阳辐射与温和冬季——使得传统建筑设计方案常导致制冷/制热能耗失衡。尽管已有研究探讨过建筑参数对能效的影响，但针对海岸城市长宽比（Aspect Ratio, AR）与朝向协同作用的系统性研究仍属空白。

为填补这一研究缺口，研究人员采用混合方法学框架，结合Climate Consultant 6.0气候分析工具与EnergyPlus驱动的Design Builder仿真平台，对一栋四层住宅建筑（基础尺寸15×15 m）进行19种情景模拟。通过Ladybug插件验证数据可靠性（误差<1.8%），最终量化了不同几何配置对冷却负荷（Cooling Load）、供暖负荷（Heating Load）及照明能耗（Lighting Load）的影响。

关键技术方法包括：1) 基于EPW气象数据（2009-2023年）的气候特征解析；2) 参数化建模（长宽比1:1至1:10，南北/东西轴向）；3) 动态能耗模拟（含U值、R_c
值等材料特性）；4) BESTest标准验证仿真精度；5) 敏感性分析（±10%参数波动）。

研究结果
4.1 验证软件结果
通过BESTest基准测试与Ladybug交叉验证，确认Design Builder模拟误差仅1.8%，其中冷却负荷差异最大（4.2%），证实工具在湿热气候下的适用性。

4.2 建筑冷却负荷
东西朝向建筑因减少东西墙太阳辐射，冷却负荷降低22%（1:4 AR达92.86 kWh/m2），显著优于南北朝向（115.36 kWh/m2）。

4.3 建筑供暖负荷
南北朝向建筑因南墙增获太阳辐射，供暖需求最低（1:5 AR仅15.83 kWh/m2），但东西朝向整体能效更优。

4.4 建筑照明负荷
长宽比增至1:6时，自然采光提升123%（59.62 kWh/m2），但需平衡眩光风险。

4.5 总能耗分析
1:4东西朝向方案实现最低年耗能（166.1 kWh/m2），较传统1:1立方体建筑节能14%。

4.6 最优朝向
0°（正东西）定向使CO?排放降至107.32 kg/m2，较90°（正南北）减少11.3%。

4.7 敏感性分析
空气交换率（Air Exchange Rate）对总能耗影响最大（±7.9%），窗墙比（Window-to-Wall Ratio）对照明负荷敏感度达7.1%。

结论与意义
该研究首次在Bandar Anzali气候背景下建立长宽比-朝向协同优化模型，揭示1:4东西轴向为最优解，其节能机制在于：1) 最小化东西向太阳得热；2) 最大化南向冬季采光；3) 平衡自然通风与热缓冲需求。成果为海岸城市住宅设计提供量化标准，被《Next Sustainability》收录为气候适应性建筑研究的区域性范例。局限性在于未涵盖材料变异与用户行为，未来可结合BO-XGBoost算法（文中引用技术）进一步优化动态响应策略。

（注：全文严格依据原文数据，专业术语如EPW-气象文件格式、U值-传热系数等均保留原始表述；作者单位根据CRediT声明中的命名习惯判定为国内；技术方法部分压缩至250字内，省略具体操作步骤但保留核心方法学特征。）