基于能耗模拟及生命周期评价的武汉高层住宅建筑的生态化设计研究

摘要

建筑能耗及环境影响已成为我国可持续发展的一大阻碍。将建筑能耗模拟技术与建筑生命周期评价（Life Cycle Assessment，LCA）方法相结合能够从生命周期的角度对建筑的能耗及环境影响进行定量化评估。本文引入法国建筑物热模拟工具COMFIE及建筑物LCA工具EQUER，以武汉地区某高层住宅建筑为研究案例，通过实验验证COMFIE在武汉气候特征下的可用性，同时运用能耗模拟及 LCA思想分析其环境负荷特点，并更进一步地研究武汉高层住宅建筑的生态化设计。
　　本文首先对建筑传热理论及 LCA理论进行了研究。分析了建筑物中的传热途径及能量平衡，总结了建筑LCA的基本技术框架，定义了适合于本研究的LCA目的及范围，并利用12个环境指标来综合全面地评价建筑物生命周期中的环境影响。
　　其次，对研究案例进行了热模拟及实验验证。结果发现研究案例中热域的划分及附近遮阳均会对建筑物热性能产生极大影响。模拟结果与实验测量数据匹配程度较好，证明建筑物热模拟软件COMFIE在武汉气候下有着良好的可用性。
　　再次，对研究案例进行了生命周期评价。结果显示研究案例在80年的寿命内会释放76千吨左右的CO2eq，并消耗约合2亿7千万kWh的能源，平均每年约耗330万kWh能源。生命周期四个阶段的总环境负荷大小为：使用>建造>维护>拆除。针对研究案例 LCA结果特点，分析了节能减排的能力及潜力，发现本利用地源热泵进行采暖空调的研究案例具有良好的节能减排能力，保温技术在武汉气候下是行之有效的；然而光伏建筑一体化技术并不适合屋顶面积较小的高层住宅建筑。
　　最后，基于能耗模拟及生命周期评价对武汉高层住宅建筑物进行了生态化设计研究。从减少建筑能耗负荷的角度出发，分析了保温层及自然通风对能耗的影响；并比较了五种供热方法对高层住宅建筑的环境负荷的影响。结果表明保温层厚度存在最优值，一般而言自然通风越小热负荷越小，集中式供热方式可有效减小建筑的环境负荷。
　　本文研究方法及成果可为武汉地区高层住宅建筑的生态化设计提供参考。

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目录

1 绪论

1.1 课题背景

1.2 国内外研究概况

1.3 本文研究内容及意义

2 建筑物传热理论及建筑物生命周期评价理论

2.1 建筑物传热途径

2.2 建筑物热模拟分析软件COMFIE简介

2.3 建筑物生命周期评价理论

2.4 建筑物LCA模拟软件EQUER简介

2.5 本章小结

3 研究案例的热性能模拟

3.1 研究案例简介

3.2 参数设置

3.3 模拟结果与讨论

3.4 本章小结

4 建筑物热模拟软件COMFIE的可用性分析

4.1 实验数据的采集

4.2 研究案例的热模拟

4.3 模拟与实测结果对比

4.4 本章小结

5 研究案例的生命周期评价及其节能减排改进

5.1 研究案例的LCA

5.2 不同保温技术的建筑LCA比较

5.3 不同能源供应的建筑LCA比较

5.4 本章小结

6 武汉地区高层住宅建筑的生态化设计

6.1 保温层厚度的选择

6.2 建筑气密性的选择

6.3 供热方式的选择

6.4 本章小结

7 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录 作者攻读硕士学位期间发表的论文