建筑围护结构的蓄热性能需求及空调预冷模式研究

摘要

影响建筑能耗中非常重要的一部分就是通过建筑围护结构的热量传递，由于建筑围护结构可以储存和释放热量，因此冬天可以利用白天蓄存室外热量来减少夜间的热负荷需求，夏季通过利用蓄存夜晚免费的冷源冷量来降低白天的峰时负荷。针对不同气候区，定量规范建筑围护结构的蓄热性能需求，从而利用建筑围护结构的蓄热性能，优化暖通空调系统的运行策略，是该领域的研究价值所在。　　本论文首先从建筑围护结构的蓄热性能对于传热过程的影响入手。根据室内外温度波动的情况，又分为单向的周期热作用和双向周期热作用两类。因此，本章分别建立了围护结构在自然室温与间歇空调房间内的墙体传热得热的平衡方程和房间热平衡方程，来研究围护结构的蓄热性能对于两种工况下墙体传热过程的影响过程。此外，还归纳总结了国内外对于围护结构蓄热性能评价的指标，并根据室内舒适度要求，分别在双向周期性热作用下提出了根据室内舒适温度下的评价指标，和在单向周期性热作用下提出以能耗为基础的评价指标。　　在明确了墙体蓄放热特性对于传热影响的理论基础后，通过实测重庆地区外保温小室分别在在密闭、夜间自然通风、间歇空调以及不同的机械预冷工况下墙体的蓄放热性能测试实验，分析实验数据后发现，在密闭工况下，室外综合温度的最大值出现的时刻基本都在下午14:00左右，延迟时间在3h~5h附近，衰减倍数基本维持在15左右，但是不舒适度时数差异较大，尤其是7月2号阴天的不舒适度时数为121.78h℃/day。而在夜间自然通风工况下，室外综合温度的最大值出现的时刻基本都在中午12:00左右，延迟时间分别为7h、4h，衰减倍数基本相同维持在10左右，不舒适度时数也基本在80h℃/day。由于不舒适度时数受室内舒适温度影响很大，因此不能简单地用延迟时间的长短和衰减倍数的大小来评价衡量墙体蓄热性能的优劣，引入不舒适度时数，能更加充分地描述在自然室温下室外气象条件对墙体的蓄热性能的影响和室内温度偏离人们所期望的舒适温度的程度。在间歇空调工况下，冷热度时数、空调度时数、东西侧内表面单位面积的能耗与单日耗电量的数值大小排列顺序是一致的。这表明，这三个参数能够较好的评价在空调工况下墙体的蓄热性能。在空调预冷工况下，单日的耗电量明显增加，相比间歇空调工况，单日耗电量平均增长30％，空调度时数、东西侧内表面单位面积的能耗平均分别增长15%、25%、45%。　　由于建筑围护结构的蓄放热特性的优劣最终体现在对室内热环境的影响，因此针对不同工况下找到相适宜的热舒适评价指标显得尤为关键。通过对比国内外常用的热舒适规范和人体热舒适模型与指标，以能耗模拟软件Energyplus建模输出夜间通风和空调工况下相应热舒适模型与指标的结果，发现在有自然通风工况时，通过采用室内干球温度与室外结合室外月平均温度的适应性模型的舒适温度作对比，结合不舒适度时数作为辅助指标；在夜间通风而白天空调工况时，借助Mahapatra教授的适应性模型，同时以PMV-PPD作为辅助评价指标来综合评价墙体蓄热性能对于室内热环境的影响比较恰当。　　借助第四章的热舒适模型与指标，通过能耗模拟软件Energyplus建模比较模拟结果之后，得到了重庆地区新建建筑最优的内外围护结构的蓄热性能需求；同时，选取哈尔滨、乌鲁木齐、北京、重庆、广州和昆明6个城市，在满足《公共建筑节能设计标准》和云南地标的《民用建筑节能设计规范》对于既有办公建筑的热工设计参数要求的条件下，进行6种不同的空调预冷模式的模拟分析，分别从室内舒适度和能耗比较两个方面综合权衡比较得出各自气候区的最优空调预冷模式。

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1 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 围护结构蓄热的研究现状

1.3 本课题的研究内容和研究意义

1.4 本章小结

2 围护结构的动态蓄放热过程的理论研究

2.1 蓄热性能对自然室温房间传热过程影响