太阳能建筑非均匀节能构造及热环境分析

1、太阳能建筑非均匀节能构造及热环境分析目前全球能源形式严峻 , 而我国太阳能资源丰富 , 发展利用太阳能对我国可持续发展具有重要的现实意义, 尤其对于建筑节能意义重大。太阳能建筑可以有效利用太阳能来降低建筑能耗, 与此同时还可以通过优化太阳能建筑构造来改善室内热环境。太阳能建筑受室外太阳辐射强度影响, 不同地区太阳辐射强度不同, 而太阳辐射受太阳方位角和太阳高度角的影响, 所以围护结构的室外综合温度与朝向密切相关。本文基于外扰朝向差异 , 根据我国建筑气候特点 , 分别选取了被动式太阳能采暖气候分区 : 最佳气候 A区、适宜气候 A 区、适宜气候 C区的代表地区 : 拉萨、中卫和西安 ( 年累计

2、太阳辐射分别为 :7138MJ/m2、5853MJ/m2、4406MJ/m2 ),通过现场调研测试 , 结合各地区当地农村居住建筑构造特点与农民居住生活习惯,对建筑进行功能分区与室内热环境分区设计。然后利用非均匀节能构造设计原理, 通过理论分析及软件模拟, 对基于外扰朝向差异下的太阳能建筑围护结构构造体系进行了详细的研究分析。本论文研究得到的主要成果为 :(1) 根据中卫和拉萨地区室内热环境测试结果, 发现当地冬季室内热环境较差 , 均未达到规范标准 ; 根据中卫地区的实地调研结果, 发现当地居住者对室内热环境满意度较差, 对于改善冬季室内热环境有着强烈愿望; 计算了西安、中卫、拉萨地区冬至日

3、的室外综合温度; 确定采暖期室内热舒适指标为:南向非边侧房间平均温度不低于14 , 昼夜温差不大于6 ; 北向非边侧房间平均温度不低于 8, 昼夜温差不大于6 ; 南北外墙壁面温度差不大于4。(2) 在实地调研与文献分析的基础上为三个地区总结抽象出一个既有建筑模型 , 并在此基础上优化改造出一个典型建筑模型 ; 根据非均匀节能构造原理计算三个地区的非均匀传热系数, 确定以 KS*= 1.34KE*=1.35KW* =1.49KN* 作为典型建筑模型的外墙构造选择基准; 根据稳态方法计算了典型建筑模型和既有建筑模型在冬至日的传热耗热量, 结果表明西安、中卫、拉萨地区4mm普通塑钢中空玻璃的南向窗

4、户均为得热构件, 其中拉萨地区得热量最大, 中卫次之 , 西安最小 ; 相比单玻铝合金外窗 , 拉萨地区南向单位面积外窗可节能71.43W/m2,中卫地区可节能 80.59W/m2,西安地区可节能64.36 W/m2。典型建筑模型采用粉煤灰蒸养砖时整个建筑耗热量仅为既有建筑模型的37.1% ( 西安 ) 、34.1% ( 中卫 ) 、27.9%( 拉萨 ); 使用粉煤灰烧结砖时典型建筑的耗热量仅为既有建筑的34.5% ( 西安 ) 、31.5% ( 中卫 ) 、 24.9% ( 拉萨 ) 。(3) 通过 DesignBuilder 软件计算典型建筑模型的室内空气温度 , 发现南向房间温度均比北向房间温度高 ; 典型建筑模型的主卧空气温度相对既有建筑模型有明显提高 , 其提升值 : 西安为 4左右、中卫为 5左右、拉萨为 5左右。对于主卧和客厅等南向房间 , 典型建筑的室内空气温度相比既有建筑有明显提高 ;而对于储物间等北向房间, 拉萨地区典型建筑的室内空气温度相比既有建筑略有降低 , 中卫和西安地区