黃、渤海沿岸被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑熱性能的研究

【摘要】： 在海島、海岸以及海上城市等海上空間的開(kāi)發(fā)利用中,被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑能夠充分利用得天獨(dú)厚的太陽(yáng)能資源,解決海上建筑常規(guī)能源供應(yīng)所帶來(lái)的一系列技術(shù)、經(jīng)濟(jì)問(wèn)題,不僅具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益,而且具有深遠(yuǎn)的社會(huì)意義。 黃、渤海沿岸處于北半球暖溫帶寒冷地區(qū),屬于海洋性兼季風(fēng)性氣候。該地區(qū)被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑的全年熱舒適性亟需提高,尤其是夏季室內(nèi)過(guò)熱問(wèn)題普遍存在,是限制被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑推廣應(yīng)用的癥結(jié)所在。為此,對(duì)黃、渤海沿岸被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑的熱特性及建筑設(shè)計(jì)方法開(kāi)展系列研究,將為有效解決海上建筑的能源供應(yīng)問(wèn)題和舒適性問(wèn)題提供科學(xué)依據(jù),促進(jìn)海上空間的開(kāi)發(fā),具有十分重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。 基于前人的研究和構(gòu)想,從兼顧提高冬季保溫性能和消除夏季過(guò)熱的思路出發(fā),提出了內(nèi)置卷簾和溫控風(fēng)門(mén)聯(lián)合控制的被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑全年熱環(huán)境控制措施。其特點(diǎn)是利用集熱蓄熱墻體內(nèi)置卷簾進(jìn)行冬季保溫、夏季遮陽(yáng);利用不同位置風(fēng)門(mén)的啟閉控制通風(fēng)的流向以加熱或冷卻房間。設(shè)計(jì)并建造了采用這種控制措施的原型被動(dòng)式太陽(yáng)能實(shí)驗(yàn)房,在黃、渤海沿岸海洋性兼季風(fēng)性氣候條件下,分別對(duì)不同熱環(huán)境控制措施下冬季保溫性能、夏季隔熱降溫性能進(jìn)行對(duì)比性實(shí)驗(yàn),研究結(jié)果表明,冬季卷簾保溫作用可以提高房間舒適性;夏季可以有效消除過(guò)熱,室內(nèi)溫度基本低于29℃,低于非空調(diào)房間可接受的上限溫度。 在最佳控制模式作用下,對(duì)上述被動(dòng)式太陽(yáng)能實(shí)驗(yàn)房的動(dòng)態(tài)熱過(guò)程進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。利用偏相關(guān)分析方法,分辨出室內(nèi)空氣溫度的諸多耦合影響因素中的主導(dǎo)因素,進(jìn)而分析了提高建筑熱性能的有效途徑;量化分析了集熱蓄熱墻體的蓄放熱過(guò)程以及建筑內(nèi)自然對(duì)流換熱特性;研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),在本實(shí)驗(yàn)條件下,夾層內(nèi)空氣流動(dòng)處于從層流到湍流的復(fù)雜流態(tài)。無(wú)論是集熱蓄熱墻還是玻璃蓋板,都至少有一半的高度全天處于空氣湍流狀態(tài)。根據(jù)Rα數(shù)的變化率,空氣循環(huán)可以劃分為起始、穩(wěn)態(tài)循環(huán)和消失三個(gè)階段。 基于動(dòng)態(tài)熱網(wǎng)絡(luò)分析法和頻域回歸分析方法,首次對(duì)卷簾和溫控風(fēng)閥聯(lián)合控制下的集熱蓄熱墻式被動(dòng)太陽(yáng)能建筑這種特殊形式的建筑,建立了整體建筑全年熱過(guò)程的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。該模型考慮了側(cè)面有開(kāi)口夾層以及封閉夾層內(nèi)的熱壓驅(qū)動(dòng)的自然對(duì)流換熱、墻體的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱、太陽(yáng)輻射和圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面之間的輻射等綜合傳熱過(guò)程。采用基于熱平衡分析得到的指數(shù)形式理論公式確定夾層內(nèi)空氣溫度參數(shù)。通過(guò)模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果之間吻合良好,驗(yàn)證了該數(shù)學(xué)模型的準(zhǔn)確性。 通過(guò)經(jīng)驗(yàn)證的數(shù)學(xué)模型,對(duì)黃、渤海海岸被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑熱性能的影響因素以及建筑設(shè)計(jì)的優(yōu)化進(jìn)行了進(jìn)一步分析。模擬分析結(jié)果表明,夾層厚度的增加會(huì)提高室內(nèi)空氣溫度,但也會(huì)增加室內(nèi)空氣倒流進(jìn)夾層的可能性,夾層厚度為0.3m較為適宜;在集熱蓄熱墻體面積一定的條件下,墻體寬高比為1/4時(shí),有效供熱量達(dá)到最大。通過(guò)與同緯度內(nèi)陸地區(qū)集熱蓄熱式被動(dòng)太陽(yáng)能建筑熱性能的對(duì)比,分析了改進(jìn)型被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑全年熱環(huán)境控制措施對(duì)黃、渤海沿岸地區(qū)的適用性。 【關(guān)鍵詞】：海洋性氣候 被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑 熱環(huán)境控制 熱過(guò)程 熱網(wǎng)絡(luò)模型
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類(lèi)號(hào)】：TU18
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-33
• 1.1 研究背景11-19
• 1.1.1 被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑—適于海洋空間利用的節(jié)能建筑11-14
• 1.1.2 被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑熱性能的內(nèi)涵14-16
• 1.1.3 黃、渤海沿岸氣候特點(diǎn)及其對(duì)建筑的影響16-19
• 1.2 集熱蓄熱墻式被動(dòng)太陽(yáng)能建筑熱性能研究現(xiàn)狀19-25
• 1.2.1 建筑集熱性能20-21
• 1.2.2 建筑蓄熱性能21-23
• 1.2.3 建筑室內(nèi)熱環(huán)境23-25
• 1.3 研究方法的比較分析25-29
• 1.3.1 原型實(shí)驗(yàn)方法25
• 1.3.2 模型實(shí)驗(yàn)方法25
• 1.3.3 基于能量平衡的傳熱分析方法25-28
• 1.3.4 基于計(jì)算流體力學(xué)的數(shù)值仿真方法28-29
• 1.4 目前存在的科學(xué)技術(shù)問(wèn)題29-31
• 1.5 本文主要工作31-33
• 2 黃、渤海沿岸被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑全年熱環(huán)境控制措施的改進(jìn)33-54
• 2.1 既有集熱蓄熱墻式被動(dòng)太陽(yáng)能建筑的氣候不適應(yīng)性分析33-34
• 2.2 黃、渤海沿岸被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑熱環(huán)境控制改進(jìn)措施的提出34-37
• 2.3 被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑熱環(huán)境控制改進(jìn)措施效果的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證37-52
• 2.3.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)37-41
• 2.3.2 卷簾與溫控風(fēng)門(mén)聯(lián)合調(diào)節(jié)對(duì)冬季保溫的作用41-46
• 2.3.3 遮陽(yáng)與通風(fēng)調(diào)節(jié)對(duì)夏季降溫的作用46-52
• 2.4 本章小結(jié)52-54
• 3 黃、渤海沿岸改進(jìn)型被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑熱過(guò)程的實(shí)驗(yàn)研究54-72
• 3.1 被動(dòng)式采暖系統(tǒng)的熱力響應(yīng)54-63
• 3.1.1 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行控制54-56
• 3.1.2 室內(nèi)空氣溫度影響因素分析56-57
• 3.1.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱響應(yīng)57-60
• 3.1.4 空氣溫度日變化60-61
• 3.1.5 空氣熱循環(huán)特性61-63
• 3.2 被動(dòng)式降溫系統(tǒng)的熱力響應(yīng)63-70
• 3.2.1 實(shí)驗(yàn)運(yùn)行控制63-64
• 3.2.2 被動(dòng)式降溫性能影響因素分析64-65
• 3.2.3 圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱響應(yīng)65-68
• 3.2.4 室內(nèi)空氣溫度分布68-69
• 3.2.5 被動(dòng)通風(fēng)過(guò)程分析69-70
• 3.3 本章小結(jié)70-72
• 4 改進(jìn)型被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑全年動(dòng)態(tài)熱過(guò)程的數(shù)學(xué)模型72-114
• 4.1 全年運(yùn)行工況及建筑熱過(guò)程分析72-73
• 4.2 模型建立的假設(shè)條件73-74
• 4.3 動(dòng)態(tài)熱容熱阻網(wǎng)絡(luò)模型的建立74
• 4.4 被動(dòng)式采暖系統(tǒng)熱過(guò)程數(shù)學(xué)模型的建立及求解74-100
• 4.4.1 空氣熱循環(huán)工況的計(jì)算模型74-89
• 4.4.2 卷簾保溫工況的計(jì)算模型89-94
• 4.4.3 模型求解及驗(yàn)證94-100
• 4.5 被動(dòng)式降溫系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立及求解100-113
• 4.5.1 卷簾遮陽(yáng)工況的計(jì)算模型100-106
• 4.5.2 無(wú)卷簾遮陽(yáng)工況的計(jì)算模型106-108
• 4.5.3 模型求解及驗(yàn)證108-113
• 4.6 本章小結(jié)113-114
• 5 黃、渤海沿岸集熱蓄熱墻式被動(dòng)太陽(yáng)能建筑熱性能的模擬分析114-137
• 5.1 計(jì)算條件114-117
• 5.1.1 建筑模型114-115
• 5.1.2 室外氣象參數(shù)115-117
• 5.2 集熱性能分析117-122
• 5.2.1 空氣夾層厚度與風(fēng)口面積不同組合的影響117-119
• 5.2.2 集熱蓄熱墻體寬高比的影響119-120
• 5.2.3 集熱蓄熱墻體高度的影響120-122
• 5.3 蓄熱(冷)性能分析122-123
• 5.4 保溫隔熱性能分析123-126
• 5.4.1 保溫性能分析123-125
• 5.4.2 隔熱性能分析125-126
• 5.5 與同緯度內(nèi)陸地區(qū)改進(jìn)型被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑熱性能的比較126-135
• 5.5.1 氣候條件的比較126-129
• 5.5.2 冬季卷簾與溫控風(fēng)門(mén)聯(lián)合調(diào)節(jié)保溫性能的比較129-130
• 5.5.3 夏季遮陽(yáng)與通風(fēng)調(diào)節(jié)降溫性能的比較130-135
• 5.6 本章小結(jié)135-137
• 結(jié)論137-138
• 參考文獻(xiàn)138-142
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況142-143
• 創(chuàng)新點(diǎn)摘要143-144
• 致謝144-145
• 附錄A 基于頻域回歸方法的圍護(hù)結(jié)構(gòu)非穩(wěn)態(tài)傳熱計(jì)算145-148
• 附錄B 空氣夾層內(nèi)自然對(duì)流換熱的計(jì)算148-151
• B1 側(cè)面開(kāi)口豎直夾層內(nèi)空氣自然對(duì)流換熱148-149
• B2 封閉夾層內(nèi)的自然對(duì)流換熱149-151
• 附錄C 太陽(yáng)輻射得熱量計(jì)算151-154
• 附錄D 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)154-165
• 附錄E 主要符號(hào)表165-170

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內(nèi)、外保溫對(duì)空調(diào)房間墻體得熱的影響研究    左政,華賁,陳友明

英國(guó)的潮汐發(fā)電站規(guī)劃    Ｄ．拉塞爾,李德萬(wàn)

多層透明蓋板-吸熱板系統(tǒng)的輻射換熱問(wèn)題    葛新石,孫孝蘭

被動(dòng)式暖房的研究及其進(jìn)展    李元哲,方賢德

鋼-材系統(tǒng)熱過(guò)程(1)    高仲龍,張欣欣,溫治,高光寧

V型太陽(yáng)能空氣集熱器熱過(guò)程的數(shù)值模擬    袁旭東,田玫,黃素逸,王崇琦

蓄熱式空氣預(yù)熱器熱過(guò)程的數(shù)學(xué)模擬    郭伯偉

連續(xù)熱鍍鋅退火爐內(nèi)熱過(guò)程數(shù)學(xué)模型及其分析    李強(qiáng);溫治;豆瑞鋒;程淑明;鄒航;董斌;

如何控制焊接應(yīng)力和變形    田擁軍

應(yīng)用ANSYS有限元軟件求解連鑄坯熱過(guò)程    閆小林,陳偉

N_2O_4/UDMH 火球特性的實(shí)驗(yàn)與理論研究    王振國(guó),鄢小清,劉昆,陳新華,張育林

種植屋面熱過(guò)程的研究    馮雅,陳啟高

鋼-材系統(tǒng)熱過(guò)程(2)    高仲龍,張欣欣,溫治,高光寧

淺談通風(fēng)雙層玻璃幕墻的熱過(guò)程與節(jié)能設(shè)計(jì)對(duì)策    陳濤;宋海靜;

抽灌井群場(chǎng)含水層滲流熱過(guò)程實(shí)驗(yàn)方法    周學(xué)志;高青;

神經(jīng)外科清醒病人發(fā)熱過(guò)程的心理表現(xiàn)及心理護(hù)理    任麗華;

綠色生態(tài)住宅芻議    陳偉瑩;宋德萱;

CSP工藝中連鑄熱過(guò)程的數(shù)值模擬    武文斐;張欣欣;

中紅外高反膜的激光熱場(chǎng)分析    王穎;章岳光;劉旭;顧培夫;厲以宇;李明宇;

板栗淀粉對(duì)板栗脯某些特性的影響    黃雪松;朱風(fēng)濤;劉俊杰;孟慶風(fēng);

果菜產(chǎn)品保護(hù)的新技術(shù)    貝爾納.陶舍爾;

青藏高原構(gòu)造熱演化模型研究    沈顯杰;

電子對(duì)由非熱過(guò)程產(chǎn)生的含平流單溫吸積流    楊丕博;

地溫地震前兆的物理機(jī)制    張永仙;張國(guó)民;石耀霖;

注意給新生兒保暖    副主任醫(yī)師 李澤華

“土成果”帶來(lái)保障高效益    陳綱、張建鐸

荷蘭花卉緣何香飄世界    本報(bào)駐布魯塞爾記者　楊廣志

長(zhǎng)春供熱昨日結(jié)束    記者 賈瑛 董馨

從巨額虧損到巨額利潤(rùn)    鄧經(jīng)國(guó)

瑞士：鉆采地?zé)岵划?dāng)引發(fā)地震    顧鋼

正確掌握中草藥煎煮的水量、火候、時(shí)間    詹富強(qiáng)

健康飲食新“煮”張    

“地利人和”樹(shù)立市場(chǎng)信心    本報(bào)記者 韓益

病人發(fā)熱 護(hù)理別“發(fā)熱”    林風(fēng)

黃、渤海沿岸被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑熱性能的研究    趙金玲

地板供暖設(shè)計(jì)與運(yùn)行基礎(chǔ)理論研究    劉艷峰

二硫代甲酸類(lèi)鑭系配合物熱解制備倍半硫化物的熱過(guò)程    陳三平

傳統(tǒng)民居建筑熱過(guò)程研究    張繼良

激光轉(zhuǎn)鏡寬帶掃描熱過(guò)程研究    王云山

錫、鉍的納米材料的合成與性質(zhì)研究    范春華

受電弓——接觸網(wǎng)系統(tǒng)電接觸特性研究    吳積欽

步進(jìn)底式加熱爐熱過(guò)程數(shù)學(xué)模型的建立與驗(yàn)證    孟建忠

庭院熱過(guò)程    王志毅

被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑設(shè)計(jì)氣候分區(qū)研究    謝琳娜

被動(dòng)式太陽(yáng)能建筑動(dòng)態(tài)室溫預(yù)測(cè)及能耗分析    劉靜君

大型步進(jìn)式加熱爐爐內(nèi)流動(dòng)與傳熱的數(shù)值模擬    解長(zhǎng)舉

攪拌摩擦焊中熱過(guò)程數(shù)值模擬分析    郭曉娟

家兔發(fā)熱過(guò)程中單核細(xì)胞HSF1的表達(dá)與IL-1β、TNF-α mRNA表達(dá)的關(guān)系    馬中女

CSP連鑄熱過(guò)程數(shù)值模擬    金光

在LPS致大鼠發(fā)熱過(guò)程中下丘腦TRPV4對(duì)體溫及cAMP含量、[Ca~（2+）]_i的影響    王蘭蘭

和頻過(guò)程中的高效能量轉(zhuǎn)換與絕熱和透熱過(guò)程    李百宏