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建筑节能气候适应性的时域划分研究

张慧玲  
【摘要】:建筑节能与气候关系密切,任何建筑节能措施都受制于它所在地的气候,只有充分地了解当地气候特点,才能有的放矢地采取相应的措施,利用有利的气象条件避免不利的气象条件实现建筑节能。在人与自然环境的矛盾关系越来越突出的今天,重新审视建筑节能与气候的关系,探索建筑气候适应性显得日益迫切。为此,本文从建筑节能气候适应性的时域特性入手,对建筑节能季节时段划分和建筑节能气候区划展开了较为全面系统的研究,从时域划分的角度阐释我国不同城市建筑节能的共性和个性,为把握建筑节能“因时制宜”和“因地制宜”的合理对策提供了科学的方法。同时,本文也是“十一五”国家科技支撑计划重大项目子课题:长江流域住宅节能理论与策略研究(2006BAJ01A05-1)的部分研究内容。 本文首先以建筑环境控制的采暖、空调、通风、加湿、除湿为时间序列提出了建筑节能季节与时段的概念。考虑城市与建筑二者的互动关系,界定了城市层面的建筑节能季节和建筑层面的建筑节能时段,并分别就两个层面的具体内涵、作用及其相互关系进行了论述。 研究确定了建筑节能季节与时段划分标准。首先修正了偏热环境和偏冷环境的热平衡模型,针对我国人种特点确定相应的基本变量并进行了数值求解;提出了有效实感温度的概念,并给出了不同环境下的回归公式,分析了湿度、风速和辐射对有效实感温度的影响;通过有效实感温度与地方统计模型的对比,验证有效实感温度的适应性和普遍性,获得了适用于室外环境及室内非空调环境的广义舒适区间。从舒适和健康的角度确定第一指标为舒适指标,第二指标为健康指标,确定了住宅建筑节能季节与时段划分标准。 然后根据建筑节能季节与时段划分标准利用典型年气象数据划分了我国270个城市的建筑节能季节,详细分析了8个典型城市的建筑节能季节特征及其周期变化规律。提出了建筑层面的建筑节能时段的划分方法,分析了不同节能水平对建筑节能时段的影响和不同节能措施对采暖时段、空调时段的敏感性,并提出以建筑的冷抵御时间系数τh和建筑的热抵御时间系数τc来量化建筑本体的气候适应性,通过模拟计算证明了按建筑节能时段运行,其全年总耗电量,采暖耗电量,空调耗电量均有显著降低。 研究以地域分异规律、建筑能耗构成理论以及建筑节能技术措施的差异理论为基础,结合建筑节能区划的原则,系统地建立了建筑节能气候区划指标体系,并从理论上分析确定了一级指标和二级指标。提出了采用综合因子法和主导因子法相结合的建筑节能气候区划方法,首次提出了将主成分分析和聚类分析应用于建筑节能气候区划的新方法,克服了原有区划方法指标单一,区划边界人为确定的不足,提高了区划结果的客观性、准确性和科学性。 完成了我国270个城市为代表样点的建筑节能气候区划。通过一级区划获得了严寒干热高辐区,严寒凉爽高辐区,严寒无夏区,寒冷微热区,温和炎热湿润区,温和凉爽区和阴冷湿热区7个气候区的主要气候特征和主要地理范围,明确了各区的建筑节能重点和适宜的技术策略,通过二级区划获得了被动式太阳房、空气源热泵和蒸发冷却的适宜城市。


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