室内分区太阳能采暖建筑的热工设计及节能构造研究

摘要

村镇居住建筑节能是社会主义新农村建设中一项重要的内容，同时也是我国建筑节能、环境保护的重点。我国有着丰富的太阳能资源，将现代被动式太阳能设计理念与传统的建造工艺相结合，充分利用当地的太阳能资源进行被动式太阳能建筑设汁，是解决乡村用能问题的主要途径。然而，太阳辐射能是一种低密度能源，乡村建筑的室内空间布局简单、构造粗放，易造成乡村太阳能建筑冬季室内温度偏低。在建筑集热总量一定的条件下，将建筑功能分区与差异化室内热环境相结合可提高被动式太阳能建筑的热利用效益，但室内整体热环境质量的提高，还需改善围护结构构造及热工性能，减少热损失。 本文首先通过调研与测试掌握了既有乡村建筑的构造特点、空间空间分区特点、居民生活习惯及室内热环境状况，确定了乡村太阳能采暖建筑模型及三种室内空间分区模式。然后，通过理论研究的方法，在乡村太阳能采暖建筑模型的基础上，研究围护结构热工性能对室内分区太阳能采暖建筑室内热环境的影响规律，并探索室内分区太阳能采暖建筑墙体热工设计方法。在建筑能耗相同的情况下，通过理论推导提出传热系数朝向差异化墙体热工设计方法，明确墙体节材量随基础传热系数和室内计算温度的变化天系并探索太阳能建筑的节材性影响因素及其变化规律。最后，从动态的角度出发，运用数值模拟的疗法对室内分区太阳能采暖建筑节能构造进行了优化分析。本文研究得到的主要成果为： (1)结合被动式太阳能采暖建筑的特点以及现有乡村建筑的具体情况，确定了3种典型的室内空间分区模式，其中模式a为“南北贯通式”，模式b为“贯通与分隔组合式”，模式c为“南北分隔式”。 (2)基于建筑围护结构热工性能对室内分区太阳能建筑室内热环境的影响规律，提出了室内分区太阳能建筑墙体热工设计方法。以室内空间分区模式c为例，当主要房间室内温度为14℃，辅助房间温度为8℃时，可计算出外墙传热阻为3.0 m2·K/W，内隔墙传热阻为0.8 m2·K/W。 (3)结合拉萨、银川及西安地区冬季室外热环境特点，对太阳能建筑不同朝向外墙传热失热量差异进行分析，提出了“传热系数朝阳差异”的墙休热工设计方法。当采用“差异传热系数法”进行墙体热工设计时，基准传热系数处于一定范围内，会出现节材量△M＞0,且△M存存最大值。当室内计算温度取值相同时，不同地区之间的△Mmax和K*s·△M＞0存在明显差别，其中拉萨地区最大、银川次之、西安最小。 （4）利用数值模拟的方法研究不同围护结构节能构造、热工参数对室内分区太阳能建筑室内热环境的影响规律。研究结果表明，建筑外墙宜采用夹芯保温构造，且墙材宜选用重质材质。南北房间隔墙构造与热工参数对室内太阳能资源分配及室内热环境有着重要的影响，需结合北向辅助房间的使用功能来确定其构造与热工参数。屋面的保温材料对室内温度稳定性的影响不大，在太阳能采暖建筑对屋面节能构造和热工参数的优化设计中，可降低对保温材料的优化权重，更多的从经济角度出发来选取保温材料。以期通过本文的研究对室内分区太阳能采暖建筑的热工设计及节能构造体系优化提供有益的理论参考。

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