兰州市冬季供暖居住建筑室内环境现状与节能研究

摘要

在能源危机的大环境下,节能已成为当今时代的主题。兰州也和其它大中城市一样,建筑能耗和经济发展的矛盾十分突出。对于居住建筑来说,由于兰州地处寒冷地区,夏天十分凉爽,空调使用不多,冬季供暖周期长,因此,居住建筑能耗主要集中在冬季供暖上。对兰州市冬季供暖居住建筑的室内环境性能及建筑能耗进行评估可为制定兰州市可持续发展的住宅政策提供一些必要的信息。
　　本文首先对位于甘肃省兰州市市内四区的居住建筑的建筑概况、供暖形式、居民对供暖室内热环境的评价,以及住宅能耗、住宅采光、住宅声环境等进行了问卷调查,并选取了部分典型建筑对室内温度进行了实测,研究其实际供暖效果,对比分析不同保温形式下住宅室内温度、室外温度及影响室内温度的因素。然后利用DeST-h软件分别选取三种不同外墙保温形式住宅各一处计算建筑能耗,对比分析其节能效果。最后对某外墙无保温住宅进行保温节能改造,对比分析节能改造前后住宅室内温度及建筑能耗。
　　通过对兰州市居住建筑室内物理环境及建筑能耗的调查分析得出:兰州市冬季供暖效果主观满意度仅为51％,不同外墙保温形式的住宅供热效果差异性大,其中,外保温住宅主观满意度达90%。通过对比分析外保温住宅、内保温住宅及全部统计数据“室内热环境”调查投票结果,表明外保温技术保温性能良好,如广泛应用外保温技术对创造一个舒适的人居热环境及节能降耗都有十分重要的意义。兰州居民大部分都对节能住宅的概念有所了解,对节能建筑比较支持。对于节能改造的问题,住户普遍担心改造费用太大,经济效益不大。在建筑能耗方面,兰州市居住建筑节能潜力很大,大力发展太阳能,有效控制通风量及通风时间,推广居住建筑节能改造,可以有效减少建筑能耗。建筑采光整体满意度较高。建筑声环境方面有轻微噪声污染。绝大部分住户出行便利。综合热、声、光等各因素的住宅环境总评价结果主观满意度较高。
　　选取兰州市6出住宅进行室内温度实测,其中包括外墙无保温住宅2处,外墙内保温住宅1处,外墙外保温住宅3处。主要测试仪器有:日本加野公司出品的Kanomax Climomaster主机配A531探针,瑞士SWEMA公司出品的Swema Air300主机配SWE03探针,北京时代之峰科技公司生产的TI120系列红外线测温仪,普通干湿球温度计。测试期间室外气象参数由中国气象局兰州区域气象中心提供。测试结果表明,无保温住宅室内温度较低,不符合规范要求,逐日间室内温度波动大,热环境较差。无保温住宅室内温度受室外气温影响,同时受到建筑蓄热及供暖影响,但人为活动影响更大,夜晚主要受供暖影响。内保温住宅室内温度符合规范要求,逐日间室内温度波动较小,热环境较好,内保温主要受建筑蓄热及供暖影响,人为影响较小。外保温住宅室内温度过高,远高于规范要求,热环境较差。外保温住宅同内保温住宅一样,主要影响因素是建筑蓄热及供暖。通过对比三种不同外墙保温形式住宅供暖室温可以看出,保温措施对建筑节能有重要的作用,外保温技术的保温性能尤为突出,广泛使用保温技术不仅对于住户的室内舒适热环境,而且对于充分利用能源降低建筑能耗,提高能源效率有重要意义。
　　在建筑能耗模拟部分,选取不同外墙保温形式住宅各一处进行建筑能耗模拟,模拟与实测对比结果如下:无保温住宅模型使用典型的无保温外墙,模拟室内温度变化趋势与实测温度变化趋势基本一致,误差可以接受。模拟结果表明,此处无保温住宅,建筑窗墙比合适,冬季热负荷和夏季冷负荷处于正常范围,但冬季最大冷负荷偏大。内保温住宅模型使用典型的内保温外墙,其模拟温度与实测温度的变化趋势同样一致,但二者波峰出现的时间不同,这可能与软件计算时与实际供热系统的调控方式不同有关,二者误差比无保温的更小一些。由于此内保温住宅外墙50%都是玻璃,因此其冬季热负荷偏大,但其夏季冷负荷较小。外保温住宅模型使用典型的外保温外墙,室内温度模拟结果与内保温住宅相同,趋势一致,误差较小,同样存在波峰出现时间不同的问题。而由于此处外保温住宅窗墙比偏小,空调季冷负荷相对较大,采暖季热负荷较小。同样说明了建筑能耗是可以通过软件进行模拟的。在建筑模拟中,围护结构、室内热扰对建筑能耗结果有很大的影响,同时能耗软件的计算模式及内置供热系统定义对最后的结果有着至关重要的影响,准确计算建筑能耗,需要准确的对各方面进行设置。
　　选取某无保温住宅分别进行外墙内保温改造及外墙外保温改造,模拟其建筑能耗并做对比分析。结果表明:改造后室内温度有了显著提高,同时相同室内温度下建筑能耗有所降低。由此可以看出,对无保温住宅进行节能改造是非常有必要的,有利于节能能源,促进可持续发展。

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1 绪论

1.1建筑节能的必要性

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容与意义

2 兰州市居住建筑冬季室内环境现状与住宅能耗调查分析

2.1 兰州市地理位置及气候概况

2.2 兰州市居住建筑冬季室内物理环境现状调查

2.3 兰州市居住建筑冬季室内环境现状及能源使用情况与住宅节能现状调查分析

3 兰州市居住建筑冬季供暖现状实测与分析

3.1 测试的基本情况

3.2 外墙无保温住宅供暖现状测试

3.3 外墙外保温住宅供暖现状测试

3.4 外墙内保温住宅供暖现状测试

3.5 三种住宅室内温度对比

4 居住建筑能耗模拟分析方法发展与DEST简介

4.1 建筑能耗模拟的意义

4.2 建筑模拟工具介绍[29]

4.3 DeST-h简介及验证

4.4 DeST-h验证

5 典型居住建筑能耗模拟

5.1典型外墙无保温住宅能耗模拟——测试住宅1能耗模拟

5.2典型外墙内保温住宅能耗模拟——测试住宅6能耗模拟

5.3典型外墙外保温住宅能耗模拟——测试住宅3能耗模拟

5.4 误差分析

6 外墙无保温住宅节能改造及DeST-h能耗模拟

6.1 围护结构改造

6.2 建筑通风定义

6.3 室外气象条件

6.4 改造前后室温及能耗对比

6.5 小结

结论

致谢

参考文献

附录A 第三章、第五章附图及附表

附录B 住宅环境性能问卷调查表

攻读学位期间的研究成果