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被动式太阳能建筑动态室温预测及能耗分析

刘静君  
【摘要】: 建筑能耗在社会商品总能耗中的较大比重决定了降低建筑能耗在降低全社会能源消耗、实现可持续发展战略中的重要地位。被动式太阳能建筑作为一种良好的可持续建筑,具有长足的发展潜力。制约被动式太阳能建筑普及应用的关键因素之一为其室温不稳定,随室外气候条件波动较大,配置合适的辅助热源至关重要,而保证辅助热源合理配置的前提是要掌握自然气候条件下太阳能建筑的室内温度变化及热负荷的准确信息。目前,国内外大多数学者都将研究的重点聚焦在集热蓄热单体部件的热性能讨论上,而对含太阳能空气集热模块建筑的冬季动态室温和热负荷变化情况的研究甚少。因此本文着眼于建筑整体系统,对被动式太阳能建筑冬季室内热环境及热负荷变化作了深入的理论研究。 本研究建立了一个可预测含太阳能空气集热模块建筑冬季室温及热负荷的计算模型并借助Matlab编写了模拟程序,并用实验数据验证了该模型的准确性。利用此模型程序对含太阳能空气集热模块建筑多种工况下的动态室温及热负荷进行模拟计算,通过分析得到:室外气温对供热量的影响很小,室外气温每升高1℃单个集热模块的供热量仅增加3.8 W/℃;有保温的太阳能空气集热模块改善冬季室温的效果明显好于无保温集热模块;含太阳能空气集热模块建筑的室温无论在晴天还是在阴天都要高于普通的节能建筑,其采暖节能率为48.9%;在日平均辐射照度约为460 W/m~2时,正午前后室内出现冷负荷,大连地区1月份晴天时集热模块平均每日的多余供热量大约为760kJ/m~2·d,1月份平均每日的热负荷为1999 kJ/m~2·d,多于供热量占热负荷的38%,若有效储存这部分热量并在夜间释放,将改善夜间室温,达到更好的节能效益。 同时,本文还从全生命周期角度分析了被动式太阳能建筑的总能耗,从建筑各阶段能耗分配比例来看,耗能最大的仍是建筑运行阶段的采暖能耗,但相对于普通节能建筑,被动式太阳能建筑的这部分比例有所减少;通过对国内外6种不同类型建筑的对比分析,发现我国节能65%建筑的能耗仍与美国、瑞典的低能耗住宅有相当大的差距;提高建筑的使用寿命能有效降低建筑生命周期内的年能耗,也是建筑节能的一个重要环节,建筑节能应着眼于整个建筑生命周期。 本研究为太阳能建筑设计阶段的辅助热源的配置提供参考依据,以便设计合理的辅助能源系统及其控制系统来解决太阳能建筑全天候的室内舒适性问题,对推动太阳能建筑的发展具有重要的意义与应用价值。


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