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《重庆大学》 2003年 博士论文
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建筑能耗动态分析用气象数据构成及THRF新的能耗分析方法研究

苏芬仙  
【摘要】: 建筑能耗分析对建筑节能工作意义重大。工业发达国家在建筑能耗分析方面已经走在了我们前面。美国、日本都有成熟、适用的能耗分析方法以及规范化的队伍,建筑设计都要进行能耗分析。我国的建筑能耗分析及其气象数据构成工作起步较晚,缺少专业的建筑能耗分析队伍及适用的能耗分析方法,制约了节能工作的开展。 国内外有不少详细的能耗计算方法,国内同行较熟悉的有DOE、HASP和清华大学的DeST等。但是DOE和HASP开发出来已经二十多年,在我国的应用目前仍然仅限于学术、科研领域,建筑设计中鲜有采用。DeST也没有普及应用的迹象。原因是详细能耗计算方法程序输入复杂,没有经过培训或详细斟酌难于完成计算,而且稍有不慎极易出错。而中国的现状是政府对建筑节能重视和投入不够,缺少了政府的干预,就很少有机会与可能产生专业的能耗分析队伍,使得大型的建筑能耗分析程序难以于短时间内在国内普及应用。 由于以上问题,目前在我国开发、完善简化、适用的能耗计算方法已是当务之急,暖通界的这种呼声也越来越高。简化的能耗分析方法中的温、湿频数(BIN)方法既能计算冬季能耗,又能计算夏季能耗,还可按不同运行班制计算能耗,且简便、直观,易于被工程技术人员接受,深受人们欢迎,所以极易在我国推广应用。 人们在使用BIN方法时都认为它的思路较好,应用也方便。但它在计算占总负荷比重较大的透过玻璃窗日射负荷时却偏粗糙,使用人员都感到有完善的必要。本文在BIN方法的基础上提出了新的温、湿、辐射频数法(取各英文单词第一个字母,记为THRF法),并为THRF法在我国的推广、普及做了有益的工作。 首先完善了BIN方法和THRF方法的理论体系。提出BIN方法和THRF方法能耗计算存在的前提假设条件:如果负荷随温度直线变化,在某一频段内部频数相对于中心温度为对称分布时,频段法计算能耗才与真实值相同。还对频数间隔的选取问题作了理论上的分析,提出了负荷随温度直线变化、曲线变化及离散负荷时合理频数间隔的选取原则。 新THRF方法对原BIN方法中透过玻璃窗太阳辐射形成的能耗部分作了改进。原方法把该部分负荷看作温度的线性关系。新方法采用大量统计数据,对不同城市、不同运行班制、不同朝向给出逐时温度T-辐射负荷因数的详细统计关系。这种关系可直接用于THRF方法计算中。同时增加了冰蓄冷空调系统能耗计算用频数数据。使计算准确度较BIN方法提高,方法和理论也更完善。 WP=5 为推广、普及THRF能耗计算方法,提出了THRF能耗快速手算法,并给出了快速手算的全套数据,使能耗计算精度提高的同时,算法更简便。还编制了THRF方法可视化程序, 用户输入必要的参数,就可方便地得到结果。 对THRF方法与BIN方法作了比较,对偏差及原因作了分析。结果表明本文的改进是合理且必要的,BIN方法计算透过玻璃窗日射负荷过于粗略。并将THRF计算能耗与DOE计算结果作了比较,结果表明本文提出的THRF能耗计算方法可以作为简化能耗计算方法推广应用。 能耗分析用气象数据构成研究是能耗分析的一项非常重要的基础性工作。发达国家以及中国的台湾、香港地区都构成了自己的气象数据,然而这项工作在我国(大陆)却基本处于空白。本文用所收集到的城市的基础数据,完成了重庆、成都、昆明、贵阳全年逐日气象数据构成工作,并在前人工作的基础上对气象数据代表年的构成方法作了改进。在逐日数据基础上得到了逐时气象数据。 在原标准年构成方法基础上,详细考虑了逐时辐射中直射和总辐射的比例,而不是象以前一样将该比例当作定值,使标准年方法得到改善。比较表明,两种处理方法产生的标准年不相同。说明有必要详细考虑总辐射中直射的比例。按以上处理方法编制了选取标准年的程序,产生了四个城市的标准年。 采用昆明逐时记录形成的模比系数将昆明、重庆、成都、贵阳的温度、水汽压逐时化。对模比系数作了详细分析:采用先取模比系数再将逐时数据平均的方法会形成得到的逐时数据峰值和谷值的差值不等于原来的日较差,本文采用先将逐时数据平均再求模比系数。水汽压的均值、日较差由日四值得到,逐日真实日较差与日四值日较差相差较大,用真实的昆明均值、日较差得到的水汽压系数直接用于水汽压逐时化误差太大。本文用日四值日较差代替真实日较差形成水汽压系数;利用逐时辐射系数将辐射逐时化。 对标准年及逐时数据进行了检验,除了相关性检验外,还计算了所选代表年累计温度频数和水汽压频数百分比,比较其与十年长期数据的累计百分比是否存在显著差别。结果表明二者非常接近,说明采用标准年法所得到的气象数据可以作为能耗分析代表年使用。 文中还对模拟法构建气象数学模型作了研究。 应用本文提供的气象数据及快速手算方法或编制的THRF方法程序,就可以进行全年、逐月、逐季及冰蓄冷空调系统能耗分析。


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