南疆地区建筑蓄热与自然通风耦合特性研究

论文摘要

本文研究的目的是根据南疆和田地区的气象条件设计适合该地区特点的零能耗被动式太阳能建筑。首先，采用EnergyPlus图形界面软件DesignBuilder建立了新疆和田地区被动式太阳能建筑模型，并对模型建筑的冬季热环境进行了全面的模拟。从太阳能建筑内部热环境模拟的结果可以看出，各房间内实效温度均较室外温度有较大幅度的提高，温度升高幅度在10℃左右，模型中采用直接受益式结构的房间，室内实效温度在日间的大部分时间可比室外高出8-15℃，采用Trombe墙式结构的房间，室内实效温度在全天的大部分时间可比室外温度高出10-15℃，采用附加阳光间的房间，室内实效温度全天可比室外温度高出12-15℃，基本满足了文献中提出的零能耗太阳房舒适温度为12℃的标准。温度升高的幅度，取决于当日太阳辐射量的大小，这表明通过被动的利用太阳辐射能量，可以改善该地区居住建筑室内热环境。南疆和田地区充足的光热资源为被动式太阳房的发展和推广提供了有利的条件，两种形式的被动式太阳房结构对改善该地区居住热环境，降低能耗，节省采暖成本，保护环境有显著的效果，具备在该地区推广实行的可行性。然后，采用室内流动模拟商业软件Airpak建模，模拟了集热蓄热墙（Trombe墙）式结构的太阳房冬季典型周中一天14时（即太阳辐射最强时刻）该房间室内的气流状况及温度场分布。考虑到该地区冬季北风出现的频率、当日的平均风速以及房间最小换气次数，在一定保证率下，确定在北侧设置自然通风口，并计算出相应通风口尺寸。通过模拟结果可以看出Trombe墙造成的热压诱导气流循环，可使室内空气被加热至10℃左右，比室外温度高出5-10℃，且室内冷热气流混合良好，房间内温度分度较均匀。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国外太阳能建筑的发展现状
• 1.3 国内太阳能建筑的发展现状
• 1.4 课题的提出
• 1.5 课题概述
• 1.6 课题的研究内容及方法
• 2 太阳能空气集热器模型的研究
• 2.1 太阳能空气集热器概述
• 2.2 国内外关于太阳能空气集热器的研究现状
• 2.3 研究方法
• 2.4 集热蓄热墙系统传热过程分析
• 2.4.1 空气间层内的自然对流
• 2.4.2 传热过程的热平衡方程
• 2.4.3 影响因素分析
• 2.5 本章小结
• 3 模拟工具介绍
• 3.1 建筑能耗动态模拟软件介绍
• 3.1.1 EnergyPlus动态能耗分析的理论基础
• 3.1.2 能耗模拟软件 EnergyPlus介绍
• 3.1.3 能耗模拟软件 EnergyPlus图形界面软件 DesignBuilder介绍
• 3.2 CFD技术及Airpak软件介绍
• 3.2.1 CFD技术简介及其在暖通空调领域的应用
• 3.2.2 Airpak软件介绍
• 4 模拟被动式太阳房建筑冬季室内热环境时的气象资料
• 4.1 能耗模拟用气象资料介绍
• 4.2 DesignBuilder中的气象资料分析
• 4.2.1 实现零能耗被动式采暖的必要条件
• 4.2.2 被动式太阳房建筑模型最佳朝向的确定
• 5 被动式太阳能建筑模型热环境模拟
• 5.1 被动式太阳房建筑的建模及条件
• 5.2 被动式太阳房建筑模型概况
• 5.3 模拟结果
• 5.3.1 模型一模拟结果及分析
• 5.3.2 模型二模拟结果及分析
• 5.3.3 模型三模拟结果及分析
• 5.3.4 普通建筑12月8日及整个冬季模拟结果
• 5.3.5 各种模型模拟结果对比及分析
• 5.4 本章小结
• 6 Trombe墙式被动式太阳房热压通风的数值模拟
• 6.1 数学模型及计算方法
• 6.2 计算模型和模拟条件的处理
• 6.2.1 建筑物模型
• 6.2.2 网格处理
• 6.2.3 模型边界条件的处理
• 6.3 模拟结果及分析
• 6.3.1 工况一模拟结果及分析
• 6.3.2 工况二模拟结果及分析
• 6.4 本章小结
• 7 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录:硕士研究生学习阶段发表论文