拉萨市太阳能建筑间歇采暖负荷特性研究

论文摘要

被动式太阳房是一种经济、有效的利用太阳能采暖的建筑,是太阳能热利用的一个重要领域。但是单独的采用被动技术无法满足人们热舒适要求,尤其是在阴天和夜间,因此还必须借助于主动式采暖系统进行供热。而传统的采暖都是连续采暖,这样在某些时刻房间过热,造成能源的浪费。本文主要针对拉萨市被动太阳房,分析研究太阳能建筑间歇采暖负荷特性。本文采用理论分析和计算机模拟相结合的方法研究直接受益式和附加阳光间式被动太阳房间歇采暖负荷特性。首先建立两种被动太阳房与间歇采暖耦合下的房间热工控制模型,通过对热工方程组进行的分析,找到影响两种被动太阳房间歇采暖负荷特性的主要影响因素,分析这些因素与热负荷之间相互依存关系;然后利用数值模拟的方法对拉萨市被动太阳房间歇采暖热负荷进行动态模拟,分析研究主要影响因素,如围护结构热惰性以及太阳房基准温度等对室内热环境以及热负荷特性的影响规律;最后与两种连续采暖进行对比,分析研究保证全天热舒适间歇采暖模式下的热负荷特性。研究得出的主要结论有:1)对于直接受益式被动太阳房:保温方式对设计负荷修正系数影响的差异性很小。基准温度为14℃时,在内外保温方式下,建筑间歇采暖(工况1)峰值负荷指标分别为21.2W/m2和20.8W/m2,相对于考虑太阳辐射的连续采暖(工况2)设计负荷指标修正系数均为0.35;在保温方式相同的情况下,基准温度越小,工况1相对于工况2的修正系数越小。对于外保温,建筑在14℃和16℃两种基准温度下的间歇采暖峰值热负荷指标分别为20.8W/m2,27.2W/m2,相对于工况2的修正系数分别为0.35和0.50。2)对于附加阳光间式太阳房:保温方式对设计负荷修正系数影响的差异性很小。基准温度为14℃时,在内外保温方式下,工况1的峰值负荷指标分别为16.1W/m2和16.0 W/m2,工况1相对于工况2的修正系数均为0.30;在保温方式相同的情况下,基准温度越高,工况1的峰值热负荷指标相对于工况2的设计热负荷指标的修正系数越小。对于外保温,建筑在14℃和16℃两种基准温度下的间歇采暖峰值热负荷指标分别为16.0W/m2和15.8W/m2,相对于工况2的修正系数分别为0.30和0.22。3)对于两种被动太阳房,工况1峰值负荷指标与不考虑太阳辐射的连续采暖的设计负荷指标基本相当,本文推荐两者相等。本研究给出了太阳能建筑保证全天热舒适间歇采暖的设计负荷修正系数、热负荷变化规律以及建筑热负荷面积指标,研究结果将为太阳能建筑间歇采暖设计、系统运行以及负荷估算等提供参考依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 我国采暖能耗现状
• 1.2 被动太阳房概述
• 1.3 间歇采暖概述
• 1.4 太阳能建筑与间歇采暖研究现状
• 1.4.1 国外研究现状
• 1.4.2 国内研究现状
• 1.5 尚存在的问题
• 1.6 本文研究内容和研究意义
• 1.6.1 研究内容
• 1.6.2 采取的措施
• 1.6.3 研究意义
• 1.7 小结
• 2 被动太阳房与间歇采暖耦合热过程数学模型
• 2.1 直接受益式被动太阳房与间歇采暖耦合热过程数学模型
• 2.1.1 围护结构内壁面热平衡方程组的建立
• 2.1.2 家具墙热平衡方程的建立
• 2.1.3 内壁面热平衡方程组中各项的处理
• 2.1.4 室内空气热平衡方程的建立
• 2.1.5 间歇采暖动态热负荷数学模型的建立
• 2.1.6 间歇采暖负荷特性影响因素分析
• 2.2 附加阳光间式被动太阳房与间歇采暖耦合热过程数学模型
• 2.2.1 阳光间围护结构内表面热平衡方程组的建立
• 2.2.2 阳光间室内空气热平衡方程的建立
• 2.2.3 房间围护结构内表面热平衡方程组的建立
• 2.2.4 房间室内空气热平衡方程的建立
• 2.2.5 相关问题的解决
• 2.2.6 间歇采暖负荷特性影响因素分析
• 2.3 小结
• 3 建筑模型的建立
• 3.1 建筑模型的建立
• 3.2 围护结构热工设置
• 3.3 能耗软件的选择和验证
• 3.3.1 能耗软件的选择
• 3.3.2 能耗软件的验证
• 3.4 气象数据的选择
• 3.5 室内热扰的设置
• 3.5.1 人员热扰的设置
• 3.5.2 灯光热扰的设置
• 3.5.3 设备热扰的设置
• 3.6 空气渗透量的计算
• 3.7 设计温度和采暖系统的确定
• 3.7.1 基准温度和设计温度的确定
• 3.7.2 采暖系统的确定
• 3.8 典型日的选择
• 3.9 小结
• 4 直接受益式被动太阳房间歇采暖负荷特性研究
• 4.1 间歇采暖调节期和间歇期的确定
• 4.1.1 典型房间基础室温模拟分析
• 4.1.2 保温方式对室内热环境的影响规律
• 4.1.3 调节期和间歇期的确定
• 4.2 围护结构热惰性对间歇采暖负荷特性的影响规律
• 4.2.1 保温方式对房间温度和房间热负荷的影响规律
• 4.2.2 保温方式对间歇采暖设计负荷的影响规律
• 4.3 房间基准温度对间歇采暖负荷特性的影响规律
• 4.3.1 基准温度对房间温度和房间热负荷的影响规律
• 4.3.2 基准温度对间歇采暖设计负荷的影响规律
• 4.4 小结
• 5 附加阳光间式被动太阳房间歇采暖负荷特性研究
• 5.1 对流换热对室内热环境的影响规律
• 5.1.1 隔墙门窗开启特性的研究
• 5.1.2 对流换热对室内热环境的影响规律
• 5.2 间歇采暖调节期和间歇期的确定
• 5.3 围护结构热惰性对间歇采暖负荷特性的影响规律
• 5.3.1 保温方式对房间温度和房间热负荷的影响规律
• 5.3.2 保温方式对间歇采暖设计负荷的影响规律
• 5.4 房间基准温度对间歇采暖负荷特性的影响规律
• 5.4.1 基准温度对房间温度和房间热负荷的影响规律
• 5.4.2 基准温度对间歇采暖设计负荷的影响规律
• 5.4 小结
• 6 结论
• 6.1 研究结果
• 6.2 论文进一步研究
• 致谢
• 参考文献
• 研究生阶段发表论文
• 主要参与的科研项目