建筑设计阶段建筑热性能的模拟预测研究

论文摘要

建筑方案设计对建筑热性能的影响很大。本文针对建筑方案设计对夏季建筑热性能进行研究。一个优化的建筑方案设计能够产生一个夏季冷负荷较小、建筑室内热环境较好的建筑。这样就能使建筑对HVAC系统的使用大为减少,从而降低了建筑的夏季空调能耗。什么样的建筑设计能够产生较低的建筑冷负荷?建筑设计要素的变化是如何影响建筑冷负荷的?众多建筑设计要素中哪些要素对建筑冷负荷的影响较大?上述问题难以通过实体试验的方法来解决,而等大楼建好后再去调查和评价其舒适水平及其能耗水平已为时过晚。要想很好地解决和回答这些问题,利用计算机模拟技术和正交试验法对建筑冷负荷进行模拟分析是一种非常有效的技术手段,也是近年来被业内广泛接受和认可并且被广泛看好的用于节能建筑分析研究的技术发展方向。本文提出了将建筑能耗模拟软件和CFD模拟软件用于节能建筑设计方案优化研究的一般过程和步骤并以邯郸地区夏季居住建筑自然通风条件下的某卧室房间为研究对象,将CFD软件模拟计算结果和实测结果进行了对比分析,证明了Airpak软件可以较为准确地为定量化分析自然通风居住建筑的室内冷负荷及设计因素的影响作用、优化节能建筑设计方案提供很好的技术支持。本文以北京夏季自然通风的居住建筑为研究对象,考虑了影响建筑冷负荷的10个建筑设计要素:朝向、窗墙面积比、外窗形式、遮阳尺寸、玻璃的类型、窗反射类型、外墙的结构类型、屋顶的结构类型,房间进深尺寸、通风口尺寸,使用建筑能耗模拟软件EnergyPlus对建筑夏季冷负荷进行模拟计算;使用正交试验对建筑设计要素的变化对建筑夏季冷负荷的影响进行研究;使用计算流体力学CFD软件Airpak对相应的建筑环境进行模拟分析并使用气流组织评价指标、热舒适(PMV)评价指标通过正交试验法对建筑设计方案进行对比分析和评价。对北京地区夏季在自然通风条件下房间冷负荷和自然室温温度平均值与各建筑设计因素之间的关系进行了定量化计算分析,得出了在自然通风建筑设计中,为使房间冷负荷和平均温度最低的10个建筑要素的最优搭配及各设计因素对建筑热性能影响的显著性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外发展、研究状况
• 1.2.2 国内发展、研究状况
• 1.3 本课题的主要研究工作
• 第2章 模拟辅助的建筑方案设计
• 2.1 建筑方案设计
• 2.1.1 建筑设计的一般过程
• 2.1.2 建筑方案设计的具体步骤
• 2.1.3 建筑设计过程中影响建筑热性能的因素
• 2.2 基于数值模拟的建筑方案设计
• 2.2.1 模拟分析在建筑设计过程中的应用
• 2.2.2 建筑热性能模拟软件在我国的应用
• 2.3 小结
• 第3章 建筑热性能模拟的基本原理及方法
• 3.1 建筑能耗模拟的基本原理
• 3.1.1 静态能耗分析法
• 3.1.2 动态能耗模拟法
• 3.1.3 静态分析方法与动态分析方法的比较
• 3.2 室内热环境模拟的基本原理及其评价指标
• 3.2.1 建筑热过程分析
• 3.2.2 室内气流模型
• 3.2.3 室内热环境评价——热舒适评价模型
• 3.3 建筑能耗模拟软件介绍
• 3.3.1 常用建筑能耗模拟软件
• 3.3.2 EnergyPlus 使用中存在的问题及解决的方法
• 3.4 室内热环境模拟技术——CFD 简介
• 3.4.1 CFD 简介
• 3.4.2 CFD 求解方法
• 3.4.3 CFD 应用动向和发展前景
• 3.5 小结
• 第4章 建筑热性能模拟分析的一般过程
• 4.1 建筑对象的确定及热性能模拟
• 4.1.1 建筑对象的地理位置
• 4.1.2 建筑对象的描述信息
• 4.1.3 建筑热环境的模拟
• 4.1.4 建筑冷热负荷特性的模拟
• 4.2 通过建筑热性能模拟进行方案对比
• 4.2.1 模型的建立
• 4.2.2 数值模拟方案的确定
• 4.2.3 网格生成
• 4.2.4 模拟结果对比分析
• 4.2.5 对三种户型室内热环境及冷负荷的综合分析
• 4.3 建筑热性能模拟分析的实例验证
• 4.3.1 Airpak 软件模拟分析的实例验证内容
• 4.3.2 Airpak 软件模拟结果的验证步骤
• 4.3.3 模拟与实测结果的误差分析
• 4.4 小结
• 第5章 方案设计阶段的建筑节能设计研究
• 5.1 正交试验简介
• 5.2 用正交试验对建筑冷负荷的极差分析
• 5.3 最优方案的确定
• 5.4 正交试验结果的回归分析
• 5.5 模型房间冷负荷的方差分析
• 5.6 室内热环境模拟结果与分析
• 5.7 小结
• 第6章 结论及展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 作者简介
• 攻读学位期间发表的学术论文和科研成果