城市规划阶段建筑冷负荷的修正负荷因子法

摘要

随着我国经济的快速增长、人民生活水平的不断提高，能源消耗量持续增长，能源使用效率偏低，能源问题日益突出。在新的能源问题的挑战下，做好城市的能源规划工作，融合节能的理念，才能够实现建筑的节能目标。负荷预测是区域能源规划的基础，是制定能源系统方案、选择能源供应设备的依据。目前，在区域规划的建筑冷负荷预测中，一般都沿用单位面积指标法，可能造成区域冷负荷的高估。而本课题组提出的负荷因子法，虽可以在输入较少建筑信息的情况下对区域建筑冷负荷进行全年8760h的逐时预测，但是围护结构冷负荷与室外温度呈线性的假设需要进一步修正。
　　本文主要目标是修正和完善负荷因子法。通过对玻璃窗所受太阳辐射得热的性能分析和SHGC数据库的构建，建立了透过玻璃窗的瞬时太阳辐射得热模型。建立了玻璃窗室内蓄热平板模型，将玻璃窗的太阳辐射得热转化为瞬时冷负荷。
　　分析太阳辐射对不透明围护结构的影响。在计算不透明围护结构引起的冷负荷时，将太阳辐射作为其中一个扰动量进行计算，并通过状态方程法求出围护结构的周期响应因子，在此基础上构建了围护结构传热得热模型。通过围护结构得热辐射部分和对流部分的划分，构建了围护结构得热量转化为瞬时冷负荷的蓄热模型。其模型计算结果与冷负荷系数法计算结果进行比较，其偏差不超过11％。
　　通过建筑冷负荷影响因素的显著性分析结果，建立修正负荷因子法的新风、人员、照明和设备模型，构建了完整的修正负荷因子法。对北京某办公楼进行冷负荷预测，并用冷负荷系数法、DeST、和实测负荷分别进行对比分析。结果表明修正后的负荷因子法预测建筑冷负荷的预测偏差在20％以内，且动态变化规律与实测负荷相同，证明了动态负荷因子适用于城市规划阶段的负荷预测是十分实用的。并通过对不同地区不同建筑类型的负荷预测和与DeST预测结果的偏差比较，证明了修正负荷因子法在满足工程上对冷负荷预测偏差的要求。
　　通过Visual Studio2010界面、C＃语言编程，开发了用于城市规划阶段的建筑冷负荷预测软件。该软件的界面友好，可视化较强。通过和其他负荷预测软件的比较，该软件具有明显的输入参数少、计算时间短和可视化程度高等优点。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究的背景和意义

1．1．1 课题的研究背景

1．1．2 课题的研究的意义

1．2 建筑负荷预测研究现状

1．2．1 建筑负荷预测方法及其发展

1．2．2 城市规划阶段建筑负荷预测现状

1．2．3 负荷因子法简介

1．2．4 太阳辐射引起的建筑冷负荷模型研究现状

1．3 本研究课题的提出

1．3．1 研究存在的问题

1．3．2 研究内容及方法

1．3．3 研究技术路线

2 太阳辐射透过玻璃窗引起的建筑冷负荷模型

2．1 透过玻璃窗的太阳辐射得热模型

2．1．1 建筑物各表面太阳入射角计算

2．1．2 建筑物各表面太阳辐射强度计算

2．1．4 窗玻璃的太阳得热系数(SHGC)数据库

2．1．5 太阳辐射瞬时得热量的计算

2．2 得热量转化为瞬时冷负荷的计算

2．2．1 室内蓄热平板模型

2．2．2 平板模型参数设定

2．3 模型实例验证

2．3．1 室内蓄热平板模型计算实例

2．3．2 冷负荷系数法中的日射得热形成的冷负荷

2．3．3 计算结果对比

2．4 本章小结

3 围护结构传热模型的构建

3．1 围护结构传热冷负荷计算方法概述

3．1．1 计算围护结构传热冷负荷的方法

3．1．2 太阳辐射对不透明围护结构的作用

3．2 围护结构得热模型构建

3．2．1 围护结构外表面综合温度

3．2．2 围护结构得热量计算

3．2．3．围护结构周期响应因子的计算

3．2．4 应用状态空间法求解围护结构传热方程

3．2．5 玻璃窗传热得热量

3．3．围护结构得热量转化为冷负荷的模型

3．3．1 围护结构冷负荷计算公式推导

3．3．2 计算实例及结果对比

3．4．本章小结

4 修正负荷因子法模型的验证

4．1 其他负荷因子模型简介

4．1．1 新风负荷因子模型

4．1．2 人员负荷因子模型

4．1．3 照明负荷因子模型

4．1．4 设备负荷因子模型

4．1．5 软件系统流程图

4．2 不同计算方法的结果的对比与分析

4．2．1 计算方法介绍

4．2．2 计算输入参数比较

4．2．3 结果及误差分析

4．3 与实测数据的比较

4．3．1 各项修正逐时负荷因子

4．3．2 结果及误差分析

4．4 不同地区及不同建筑类型建筑的比较

4．4．1 建筑物理模型的构建

4．4．2 结果及误差分析

4．5 本章小结

5 修正负荷因子法的软件开发

5．1 软件界面介绍

5．2 软件计算流程及特点

5．2．1 软件计算流程

5．2．2 软件特点

5．3 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

读硕士学位期间参加科研项目

致谢