自然通风不仅可以提高室内空气质量，还能有效节约夏季空调能耗。但由于控制自然通风的复杂性，夏季自然通风与冬季节能存在着某种制约关系，基于自然通风的建筑节能整体优化一直是目前所面临的难点问题，难以在建筑设计中得以应用。论文研究了自然通风与建筑能耗之间的量化关系，及结合优化算法优化住宅设计参数的方法，可以让建筑师在建筑设计中快速方便的利用自然通风。
　　为了建立基于自然通风的住宅负荷计算模型，文章分析了寒冷地区住宅建筑的设计特点以及自然通风的影响因素。还利用ArcGIS对近七年（2010~2016年）来新建住宅类型的构成进行了统计，以新建住宅中占多数的板式中高层和高高层住宅为原型，确立了板式高层住宅负荷计算模型的形体为长方体，并提取了自然通风节能设计的六个关键设计参数变量（单元标准层面积A、宽长比R、住宅层数L、北向窗墙比N、南向窗墙比S、建筑朝向D）。
　　在以上研究的基础上，利用Rhino，Grasshopper，Archsim，EnergyPlus等软件，建立气流通风模型与热模型耦合的板式高层住宅负荷计算模型（计算模型）。经过与实际案例模拟结果比较发现，计算模型的计算误差在10%左右。
　　在有、无自然通风两种工况下，利用计算模型对六个关键设计参数进行单变量能耗模拟。对比分析了自然通风对设计参数与建筑负荷关系的影响并总结了规律。还发现自然风引起的换气率对建筑负荷影响很大，提出“动态换气率”的概念，完善建筑能耗模拟的方法。
　　为了解决计算模型优化时间过长和软件平台衔接的缺陷问题，利用MATLAB BP神经网络（ANN）结合模拟得到的2001组设计参数变量和能耗样本，训练得到了计算模型的替代模型。测试替代模型的预测精度，误差12%以内，满足住宅方案阶段的评估和优化需求。
　　利用替代模型结合遗传算法建立了节能设计参数优化模型 NNGA（优化模型）。利用NNGA不仅可以得到板式高层住宅单元的全局最佳设计参数，还可以在任意约束以上六个参数的条件下得到局部最优解。还结合现实设计问题，计算得到基于A和L的最优设计参数查询体系。通过优化模型和参数体系，使用者可以方便快速的对相关设计参数进行优化。通过分析了最优解参数体系的参数变量与建筑负荷相互间的取值关系，建立多变量条件下的参数优化取值规律。最后对两个工程案例进行优化，验证了 NNGA 优化模型和节能设计最优解参数体系的有效性。