被動式太陽能建筑動態(tài)室溫預測及能耗分析

【摘要】： 建筑能耗在社會商品總能耗中的較大比重決定了降低建筑能耗在降低全社會能源消耗、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的重要地位。被動式太陽能建筑作為一種良好的可持續(xù)建筑，具有長足的發(fā)展?jié)摿ΑＶ萍s被動式太陽能建筑普及應用的關鍵因素之一為其室溫不穩(wěn)定，隨室外氣候條件波動較大，配置合適的輔助熱源至關重要，而保證輔助熱源合理配置的前提是要掌握自然氣候條件下太陽能建筑的室內溫度變化及熱負荷的準確信息。目前，國內外大多數(shù)學者都將研究的重點聚焦在集熱蓄熱單體部件的熱性能討論上，而對含太陽能空氣集熱模塊建筑的冬季動態(tài)室溫和熱負荷變化情況的研究甚少。因此本文著眼于建筑整體系統(tǒng)，對被動式太陽能建筑冬季室內熱環(huán)境及熱負荷變化作了深入的理論研究。 本研究建立了一個可預測含太陽能空氣集熱模塊建筑冬季室溫及熱負荷的計算模型并借助Matlab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。利用此模型程序對含太陽能空氣集熱模塊建筑多種工況下的動態(tài)室溫及熱負荷進行模擬計算，通過分析得到：室外氣溫對供熱量的影響很小，室外氣溫每升高1℃單個集熱模塊的供熱量僅增加3.8 W／℃；有保溫的太陽能空氣集熱模塊改善冬季室溫的效果明顯好于無保溫集熱模塊；含太陽能空氣集熱模塊建筑的室溫無論在晴天還是在陰天都要高于普通的節(jié)能建筑，其采暖節(jié)能率為48.9％；在日平均輻射照度約為460 W／m~2時，正午前后室內出現(xiàn)冷負荷，大連地區(qū)1月份晴天時集熱模塊平均每日的多余供熱量大約為760kJ／m~2·d，1月份平均每日的熱負荷為1999 kJ／m~2·d，多于供熱量占熱負荷的38％，若有效儲存這部分熱量并在夜間釋放，將改善夜間室溫，達到更好的節(jié)能效益。 同時，本文還從全生命周期角度分析了被動式太陽能建筑的總能耗，從建筑各階段能耗分配比例來看，耗能最大的仍是建筑運行階段的采暖能耗，但相對于普通節(jié)能建筑，被動式太陽能建筑的這部分比例有所減少；通過對國內外6種不同類型建筑的對比分析，發(fā)現(xiàn)我國節(jié)能65％建筑的能耗仍與美國、瑞典的低能耗住宅有相當大的差距；提高建筑的使用壽命能有效降低建筑生命周期內的年能耗，也是建筑節(jié)能的一個重要環(huán)節(jié)，建筑節(jié)能應著眼于整個建筑生命周期。 本研究為太陽能建筑設計階段的輔助熱源的配置提供參考依據(jù)，以便設計合理的輔助能源系統(tǒng)及其控制系統(tǒng)來解決太陽能建筑全天候的室內舒適性問題，對推動太陽能建筑的發(fā)展具有重要的意義與應用價值。 【關鍵詞】：被動式太陽能建筑 動態(tài)熱負荷 建筑生命周期能耗
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2007
【分類號】：TU111
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 緒論9-22
• 1.1 課題的意義9-10
• 1.2 研究背景10-16
• 1.2.1 現(xiàn)有的建筑能耗計算方法10-12
• 1.2.2 被動式太陽能建筑熱性能模擬的研究現(xiàn)狀12-16
• 1.3 被動式太陽能建筑熱性能分析中的特殊問題16-20
• 1.3.1 被動式太陽能建筑特殊結構的傳熱過程17-18
• 1.3.2 窗墻比與太陽得熱、能耗三者之間的關系18-19
• 1.3.3 太陽輻射模型19-20
• 1.4 本研究的目的及主要內容20-22
• 1.4.1 本研究目的20-21
• 1.4.2 研究內容21-22
• 2 建筑熱環(huán)境評價及能耗模擬的理論基礎22-28
• 2.1 建筑熱環(huán)境評價的分類及評價指標22-23
• 2.1.1 熱環(huán)境評價的分類22
• 2.1.2 評價指標22-23
• 2.2 建筑熱過程模擬的計算模型23-28
• 2.2.1 物理模型23-24
• 2.2.2 數(shù)學模型24-26
• 2.2.3 建筑圍護結構非穩(wěn)態(tài)傳熱分析方法26-28
• 3 太陽輻射對直接受益式住宅室溫影響的實測調查研究28-38
• 3.1 實測概況28-29
• 3.1.1 實測對象28
• 3.1.2 實測內容28-29
• 3.2 太陽輻射作用下室內熱濕環(huán)境現(xiàn)狀分析29-31
• 3.3 地板采暖住宅的熱平衡分析31-32
• 3.4 采暖期地板表面光斑動態(tài)變化模擬32-34
• 3.4.1 地板表面光斑的日變化模擬32
• 3.4.2 采暖期地板表面光斑面積的計算32-34
• 3.5 混凝土附面層的直接太陽得熱量的計算與分析34-36
• 3.6 本章小結36-38
• 4 含太陽能空氣集熱模塊建筑的傳熱計算模型38-49
• 4.1 假設條件38
• 4.2 傳熱計算模型的建立與傳熱系數(shù)的確定38-42
• 4.2.1 含太陽能空氣集熱模塊墻體38-41
• 4.2.2 其他圍護結構41-42
• 4.2.3 室內空氣熱平衡方程42
• 4.3 模型的求解42
• 4.4 模型驗證42-46
• 4.4.1 實驗概述42-44
• 4.4.2 實驗驗證44
• 4.4.3 誤差分析44-46
• 4.5 本章小結46-49
• 5 含太陽能空氣集熱模塊建筑冬季室溫及熱負荷預測49-67
• 5.1 模擬對象及計算條件49-52
• 5.1.1 模擬對象49
• 5.1.2 計算條件49-52
• 5.2 室外氣候條件對集熱模塊供熱量影響的敏感性分析52-54
• 5.3 不同形式太陽能空氣集熱模塊建筑的熱環(huán)境模擬分析54-57
• 5.3.1 結構形式對供熱量的影響55
• 5.3.2 結構形式對室內熱環(huán)境的影響55-57
• 5.4 與普通節(jié)能建筑的冬季動態(tài)室溫對比57-61
• 5.5 含太陽能空氣集熱模塊建筑動態(tài)熱負荷的模擬分析61-65
• 5.5.1 動態(tài)熱負荷變化61-62
• 5.5.2 與普通節(jié)能建筑熱負荷對比分析62-63
• 5.5.3 日平均熱負荷與室外氣溫的關系63-64
• 5.5.4 采暖期節(jié)能率64-65
• 5.6 本章小結65-67
• 6 被動式太陽能建筑的全生命周期能耗分析67-79
• 6.1 建筑生命周期能耗(LCE)的構成67-68
• 6.2 太陽能建筑與常規(guī)節(jié)能建筑 LCE計算方法的區(qū)別68-69
• 6.3 生命周期各階段的能耗計算69-74
• 6.3.1 建材生產(chǎn)過程69-71
• 6.3.2 運輸過程71-72
• 6.3.3 施工階段及拆除階段72-73
• 6.3.4 居住使用階段能耗73-74
• 6.3.5 生命周期總能耗74
• 6.4 被動式太陽能建筑 LCE分析74-77
• 6.4.1 各階段能耗分配比例74-76
• 6.4.2 不同類型建筑的LCE對比76-77
• 6.5 本章小結77-79
• 結論79-81
• 參考文獻81-85
• 附錄A 含太陽能空氣集熱模塊建筑冬季熱負荷模擬程序85-98
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況98-99
• 致謝99-100

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