太阳能烟囱在夏热冬冷地区被动式建筑的数值研究

摘要

改革开放以来，在我国经济发展取得了令世人瞩目的成绩、人民生活条件得到极大改善的同时，我国的能源消耗也在呈高速增长的趋势。当前，煤炭、石油消费总量占能源消费总量中的比例依然较大，且数量上呈逐渐增长的趋势，因此我国目前且在一段较长时间内依赖化石能源和高碳化的能源结构消费形式不会改变。在能源消耗愈来愈严重、节能形式愈来愈紧迫的当前国情下，本文通过对太阳能烟囱强化自然通风改善室内空气龄和热环境的研究，试图为夏热冬冷地区推进建筑节能工作，降低建筑能耗提供一个新思路。　　本文通过计算流体力学软件PHOENICS和建筑能耗软件DeST进行了自然通风对建筑室内空气龄和热舒适性的影响分析以及被动式太阳能示范建筑的自然通风和建筑能耗的验证分析，通过这些工作，得到以下结论：　　（1）单独设置通风井的建筑在无风或者通风不良时，其室内自然通风得到了明显的强化，空气龄下降、空气品质得到明显提高，但是室内热舒适度提高较小。　　（2）同时设置通风井和地下室的建筑，夏季室内空气品质和热环境得到了明显的改善，空气龄下降的同时人体热舒适度提高。　　（3）同时设置地下室与通风井在关闭室外门窗时，通风井开口面积的变化对室内空气品质和热环境的影响不大，但当通风井开口面积与截面积之比取1/2，则被动式建筑一楼空气品质和热环境为最佳。　　（4）本示范项目在夏季和过渡季单纯依靠风压进行自然通风时，室内的空气龄、风速较好，有效减少了夏季空调的制冷能耗，但是PMV-PPD指标较高，人体热感觉偏暖，人群对热环境不满意度值高，人体热舒适度较差。　　（5）本示范项目在夏季单纯依靠太阳能烟囱和地下室，利用“烟囱效应”强化室内自然通风时，室内PMV-PPD指标符合ISO7730推荐PMV值（-0.5~+0.5）、PPD值（小于10％），人体热感觉适中，人群对热环境满意度值高，人体热舒适度高。证明单纯依靠太阳能烟囱和地下室，利用“烟囱效应”可以显著提高室内热环境。但是因烟囱高度较低，产生的“烟囱效应”较弱，室内空气龄较风压通风时高。　　（6）利用清华大学研究开发的建筑能耗计算软件DeST中的DeST-h模块依据《合肥市居住建筑节能65%设计标准实施细则》对示范项目与参照建筑的全年动态制冷采暖能耗进行模拟并进行对照分析。得出本示范项目节能设计符合《合肥市居住建筑节能65%设计标准实施细则》的有关规定，且示范项目的综合节能率达到79.97%，充分印证了本项目被动式节能技术设计在合肥地区是的可行性，有利于当地及周边地区被动式建筑的发展。

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第一章 绪论

1.1 课题的提出

1.2 研究背景

1.3 课题研究方式

1.4 本章小结

第二章 太阳能烟囱自然通风原理

2.1 自然通风原理分析

2.2 太阳能烟囱自然通风原理分析

2.3 本章小结

第三章 被动式建筑空气龄和热舒适性的数值分析

3.1 室内环境的热舒适性评价概述

3.2 计算流体力学（CFD）数值分析软件PHOENICS

3.3 模拟分析

3.4 本章小结

第四章 太阳能烟囱在被动房模拟验证及分析

4.1 示范项目概况

4.2 自然通风模拟

4.3 建筑节能分析

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

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