主動式太陽能建筑室內(nèi)熱性能的研究及其模擬軟件的開發(fā)

【摘要】：鑒于建筑能耗在我國總的能耗中的較大比重,當前降低建筑能耗相對降低社會總能耗、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略至關重要。主動式太陽能采暖系統(tǒng)相比于被動式太陽能采暖,其供熱工況更加穩(wěn)定,隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展,主動式太陽能采暖開始大規(guī)模應用。為保證室內(nèi)熱環(huán)境的穩(wěn)定和舒適,輔助熱源量的配置是很重要的,而保證輔助熱源合理配置的前提是要有隨自然氣候條件下變化的動態(tài)室溫及負荷的準確信息。目前我國在太陽能建筑能耗計算方面仍多采用穩(wěn)態(tài)計算方法,動態(tài)計算在多數(shù)場合尚未達到實用階段,另外國內(nèi)的室內(nèi)熱性能相關計算軟件大多面向普通建筑系統(tǒng),不適用于太陽能建筑室內(nèi)熱工的計算。因此,本研究通過實測及理論計算對主動式太陽能建筑的動態(tài)室溫、負荷及輔助熱源量進行了深入的理論研究。 本研究建立了可預測太陽能建筑室溫及負荷的計算模型,借助Visual Basic可視化編程語言編寫了模擬程序,并用實驗數(shù)據(jù)驗證了該模型的準確性。利用此模型程序?qū)Φ湫头啃偷匕逦盏奶栞椛淞?、建筑動態(tài)室溫及負荷進行模擬計算。同時,本研究還從太陽能建筑自身具有節(jié)能和環(huán)保等特點的角度編制了適用于太陽能建筑的室內(nèi)熱工模擬軟件,如程序里采用了地板輻射的供暖形式并考慮了樓板混凝土附面層吸收的太陽輻射量。軟件可以對不同地點、不同時間和不同房型的熱工參數(shù)進行計算,具有廣泛性；采用數(shù)據(jù)庫的形式,具有開放性；結(jié)果有可靠性且以圖表的形式輸出,具有直觀性。 通過軟件與實測分析得到：在晴好天氣下,沈陽歷年1月1日這一天在現(xiàn)有典型房間的窗墻比、現(xiàn)有允許太陽能集熱面積和水箱容積的條件下,利用主動太陽能供熱方式為室內(nèi)供暖時,達不到設計室內(nèi)溫度為18℃的要求,需要提供輔助熱源；太陽能地板輻射采暖供水系統(tǒng)在控制供水溫度(控溫)與供水溫度逐時變化(非控溫)運行條件下,所提供的熱負荷均大于房間設計熱負荷的50%,并且利用主動式太陽能地板輻射采暖時,結(jié)合規(guī)范與太陽能建筑的特點,控制供水溫度為40℃的控溫運行輔助熱源量大于非控溫運行下的輔助熱源量；通過對沈陽地區(qū)采暖期在不同窗墻比下的樓板逐時吸收太陽輻射熱量進行模擬計算,經(jīng)統(tǒng)計計算得到采暖期平均逐時樓板吸收太陽輻射熱量與窗墻比呈線性關系；本研究為太陽能建筑設計階段的輔助熱源量的提供參考依據(jù),以便設計合理的輔助能源系統(tǒng)來解決太陽能建筑全天候的室內(nèi)舒適性問題,為推動太陽能建筑的發(fā)展具有應用價值與重要的意義。針對外壁溫換計算法,沈陽地區(qū)太陽輻射對冷負荷的影響遠大于排除輻射影響因素、僅考慮室內(nèi)外溫差(理想溫差傳熱)作用的影響,白天由太陽輻射作用引起的冷負荷大約是排除輻射影響因素(理想狀態(tài))下冷負荷的3倍；在夜間,理想溫差傳熱作用下的負荷幾乎保持在一個常數(shù),且個別情況出現(xiàn)了負值。 【關鍵詞】：主動式太陽能建筑 室內(nèi)熱性能 軟件開發(fā)
【學位授予單位】：沈陽建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TU111.191;TU201.5
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 課題的研究背景及目的與意義12-14
• 1.1.1 課題背景12-13
• 1.1.2 目的與意義13-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.2 國外研究現(xiàn)狀16-18
• 1.3 本課題的主要內(nèi)容和研究方法18-20
• 1.3.1 課題的主要內(nèi)容18-19
• 1.3.2 研究思路及方法19-20
• 第二章 主動式太陽能建筑及軟件簡介20-24
• 2.1 主動式太陽能采暖系統(tǒng)20-21
• 2.1.1 主動式太陽能建筑的基本構(gòu)造20-21
• 2.1.2 主動式太陽能采暖系統(tǒng)的特點21
• 2.2 可視化平臺Visual Basic21-22
• 2.2.1 可視化平臺Visual Basic21
• 2.2.2 VB數(shù)據(jù)庫開發(fā)21-22
• 2.2.3 TeeChart控件22
• 2.3 ANSYS有限元及其參數(shù)化設計語言22-23
• 2.3.1 ANSYS簡介22
• 2.3.2 APDL概述22-23
• 2.4 本章小結(jié)23-24
• 第三章 太陽能建筑室內(nèi)熱工性能的實驗研究24-36
• 3.1 外壁綜合溫度的實驗研究24-27
• 3.1.1 實測對象與實測內(nèi)容24-25
• 3.1.2 實測結(jié)果與外壁綜合溫度的擬合25-27
• 3.2 太陽能采暖建筑室內(nèi)熱工性能的實驗研究27-33
• 3.2.1 實驗方案27-28
• 3.2.2 實驗儀器28-29
• 3.2.3 實驗內(nèi)容及方法29-30
• 3.2.4 測試結(jié)果與結(jié)果分析30-33
• 3.3 本章小結(jié)33-36
• 第四章 太陽能建筑室內(nèi)熱工性能模擬軟件開發(fā)36-58
• 4.1 負荷模擬計算模塊的開發(fā)37-41
• 4.1.1 外壁溫換熱計算法的數(shù)學模型的建立37
• 4.1.2 負荷計算的數(shù)學模型的建立37-38
• 4.1.3 負荷模擬計算模塊的開發(fā)38-40
• 4.1.4 負荷實測值與模擬值的比較40-41
• 4.2 自然溫度計算模塊的開發(fā)41-44
• 4.2.1 數(shù)學模型的建立41-42
• 4.2.2 室內(nèi)自然溫度計算模塊的開發(fā)42-43
• 4.2.3 室內(nèi)自然溫度實測值與模擬值的比較43-44
• 4.3 配置輔助熱源的室內(nèi)空氣平均溫度模擬計算模塊的開發(fā)44-53
• 4.3.1 地板傳熱模型的建立44-47
• 4.3.2 平均溫度模擬計算數(shù)學模型的建立47-48
• 4.3.3 室內(nèi)平均溫度模擬計算模塊的開發(fā)48-52
• 4.3.4 室內(nèi)空氣平均溫度實測值與模擬值的比較52-53
• 4.4 地板表面光斑動態(tài)變化模擬模塊的開發(fā)53-57
• 4.4.1 光斑面積數(shù)學模型的建立53-55
• 4.4.2 樓板吸收的直接太陽輻射得熱量數(shù)學模型55
• 4.4.3 光斑面積計算模塊的開發(fā)55-56
• 4.4.4 光斑面積實測值與模擬值的比較56-57
• 4.5 本章小結(jié)57-58
• 第五章 太陽能建筑室內(nèi)熱工性能模擬軟件應用58-66
• 5.1 地板吸收的太陽輻射量對熱環(huán)境的影響58-61
• 5.1.1 光斑面積逐日變化規(guī)律59
• 5.1.2 冬季采暖期光斑面積的計算59-60
• 5.1.3 地板附面層的直接太陽得熱量的計算與分析60-61
• 5.2 負荷模擬計算模塊的應用61-63
• 5.2.1 算例計算結(jié)果61
• 5.2.2 外壁溫換熱法與冷負荷系數(shù)法的結(jié)果對比與分析61-62
• 5.2.3 太陽輻射熱對建筑室內(nèi)逐時負荷的影響62
• 5.2.4 基于外壁溫換熱計算法下的外墻最佳窗墻比62-63
• 5.3 自然溫度計算模塊的應用63
• 5.4 配置輔助熱源的室內(nèi)空氣平均溫度計算模塊的應用63-65
• 5.4.1 室內(nèi)空氣平均溫度計算63-64
• 5.4.2 輔助熱源量的計算64-65
• 5.5 本章小結(jié)65-66
• 第六章 結(jié)論66-68
• 6.1 結(jié)論66-67
• 6.2 展望67-68
• 參考文獻68-70
• 附錄70-78
• 作者簡介78
• 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文78-80
• 致謝80

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