严寒地区办公建筑竖向围护结构全寿命周期能耗研究

论文摘要

由于建筑本身及其内外环境控制的复杂性,有时仅通过定性分析无法确定设计方案的优劣,比较其对环境各种影响的大小。定量计算需要的大量建筑模型数据输入在设计的早期阶段又很难获取。本文通过建立和确定针对严寒地区办公建筑的竖向围护结构各设计参数与建筑使用阶段能耗之间的直接联系,通过简化的计算模型和开发相应的计算软件,可以帮助建筑师进行基于全寿命周期考虑的设计决策。软件还可以用于既有建筑围护结构节能改造工作中,通过对既有建筑方案快速的计算,以及改造方案的效果比较,使得节能改造工作的环境收益和经济收益更加直观可行,从而促进节能改造工作的科学进行和广泛推广。首先,通过对严寒地区典型城市哈尔滨建筑的调查,结合《公共建筑节能设计标准》GB50189-2005和地方标准（DB23/1269-2008）,建立严寒地区典型办公建筑能耗动态模拟模型。重点分析了严寒地区哈尔滨的建筑竖向围护结构设计参数与建筑使用阶段能耗的关系。分别得到各个建筑围护结构设计参数的变化对能耗变化的敏感程度,得出在哈尔滨地区,各个朝向窗墙比,体型系数,墙体窗户材料各个参数对建筑使用阶段能耗的影响程度。其次,根据数据特点运用多元线性回归分析的方法,研究这几个竖向围护结构设计参数对建筑能耗的综合影响的差异,综合分析在哈尔滨办公建筑中,竖向围护结构设计参数对建筑使用阶段能耗影响的相对重要程度以及当几个因素共同作用时的数学关系。最后,运用全寿命周期能耗理论,进一步得到围护结构各个设计参数与全寿命周期中综合能耗,即各种建筑材料生产、运输、施工、拆除和回收过程能耗之间的关系。并根据研究结果导出的数学模型开发编写适用于严寒地区典型办公建筑的竖向围护结构设计辅助软件,用于迅速计算使用阶段和全寿命周期的建筑能耗与围护结构各个参数之间的关系。本文的研究结果证明了在严寒地区建筑使用阶段能耗占全寿命周期能耗的比例为70%80%甚至更高,证明了围护结构性能的重要性。研究结果还可以用于对既有建筑围护结构性能的计算,对严寒地区的围护结构节能改造起到辅助作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题背景
• 1.1.3 研究的目的与意义
• 1.2 国内外相关研究现状
• 1.2.1 国外相关研究现状
• 1.2.2 国内相关研究现状
• 1.3 主要研究内容与概念界定
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究框架
• 第2章 严寒地区典型办公建筑能耗模拟
• 2.1 典型城市的选取
• 2.2 哈尔滨市办公建筑现状概述
• 2.2.1 哈尔滨市办公建筑主要分类及特征
• 2.2.2 典型研究对象的选取
• 2.3 典型建筑使用阶段能耗模拟
• 2.3.1 能耗模拟工具的选择
• 2.3.2 模型的简化和建立
• 2.3.3 模拟环境及参数设定
• 2.3.4 模拟结果分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 围护结构设计参数与建筑运行能耗关系
• 3.1 研究参数的选择及研究思路
• 3.2 研究模型的上位结构限定
• 3.2.1 体形系数与建筑能耗的关系
• 3.2.2 朝向和建筑能耗的关系
• 3.2.3 建筑所在风环境设定
• 3.2.4 供能系统及建筑设备设定
• 3.2.5 门窗气密性等级与建筑能耗关系
• 3.3 各参数变化范围确定
• 3.3.1 墙体传热系数取值范围
• 3.3.2 窗的传热系数及面积比取值范围
• 3.4 各朝向窗墙比单独变化对建筑使用能耗的影响
• 3.5 各参数综合作用下对建筑能耗的影响
• 3.5.1 研究样本生成及模拟
• 3.5.2 多因素作用下建筑能耗数学模型的建立
• 3.5.3 数学模型的检验与修正
• 3.6 本章小结
• 第4章 围护结构设计参数与建筑物化能的关系
• 4.1 建筑材料的全寿命周期能耗分析
• 4.1.1 国内建筑材料全寿命周期能耗数据总结
• 4.1.2 各阶段物化能组成概述
• 4.1.3 建筑结构对建筑生产能耗的影响
• 4.2 围护结构参数与建筑材料用量的关系
• 4.2.1 墙体材料
• 4.2.2 窗体材料
• 4.2.3 保温材料
• 4.3 本章小结
• 第5章 严寒地区办公建筑围护结构全寿命周期能耗计算软件的开发及应用
• 5.1 软件的数学模型
• 5.1.1 使用阶段能耗数学模型
• 5.1.2 物化能数学模型
• 5.1.3 建立条件及计算假设
• 5.2 软件编写框架
• 5.3 软件主界面开发及使用介绍
• 5.4 软件的使用与讨论
• 5.4.1 软件误差分析
• 5.4.2 软件存在缺陷及改进方向
• 5.5 讨论
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录1 围护结构参数随机方案
• 附录2 对围护结构参数随机方案模拟能耗结果
• 附录3 模拟能耗的多元回归分析结果
• 附录4 我国建筑材料全寿命周期能耗数据整理
• 附录5 软件编写代码
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢