《%aa阳能建筑关键热工参数动态分析研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《%aa阳能建筑关键热工参数动态分析研究.pdf(5页珍藏版)》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、第2 8 卷第3 期2 0 1 0 年6 月可再生能源R e n e w a b l eE n e r g yR e s o u r c e sV 0 1 2 8N o 3J u n 2 0 1 0直接受益式太阳能建筑关键动态分析研究执工,I -参数祁清华1,冯雅2,谷晋川1,高庆龙2(1 西华大学能源与环境学院,四川成都6 1 0 0 3 9;2 中国建筑西南设计研究院,四川成都6 1 0 0 8 1)摘要:利用建筑动态能耗模拟软件(E n e r g yP l u s)。进行了不同气候条件下直接受益式太阳能建筑关键热工参数对室内热环境影响的动态模拟分析。从室内平均温度和室内温度波动角度出发
2、,合理选择了适合于不同太阳辐射强度下的外窗类型、窗墙比。通过分析指出,在冬季外窗设置X P S 保温板可以大幅度地降低夜间的失热量。最大限度地发挥被动式太阳能建筑的供暖潜力。关键词:直接受益式太阳能建筑;外窗类型;窗墙比;外窗保温板中图分类号:T U l l l 1 9:T U 8 3 3 3文献标志码:A文章编号:1 6 7 1 5 2 9 2(2 0 1 0)0 3-0 0 0 6-0 5D y a n a l 3 o nt h et h e r m a lp a r a m e t e r sofDynamica n a l y s i s0 nt h et h e r m ad i r
3、 e c t;o l a rb u i l d i n g d i r e c tg a i ns o l a rb u i l d i n gQ IQ i n g h u a l,F E N Gy a 2,G UJ i n e h u a n l,G A OQ i n g l o n 9 2(1 S c h o o lo fE n e r g y&E n v i r o n m e n t,X i h u aU n i v e r s i t y,C h e n g d u6 1 0 0 3 9,C h i n a;2 C h i n aS o u t h w e s tA r c h i
4、t e c t u r a lD e s i g na n dR e s e a r c hI n s t i t u t e,C h e n g d u6 1 0 0 8 1,C h i n a)A b s t r a c t:I nt h i sp a p e r,t h ek e yt h e r m a lp a r a m e t e r so fd i r e c tg a i ns o l a rb u i l d i n gw e r ea n a l y z e df o rt h ei n d o o rt h e r m a le n v i r o n m e n tu
5、 n d e rd i f f e r e n tc l i m a t i cc o n d i t i o n sb yu s i n gb u i l d i n gd y n a m i ce n e r-g Ys i m u l a t i o ns o f t w a r e(E n e r g y P l u s)O nt h eb a s i so fd y n a m i cs i m u l a t i o na n a l y s i sf o rt h ea v e r a g ei n d o o rt e m p e r a t u r ea n di n d o
6、o rt e m p e r a t u r ef l u c t u a t i o n s,ar e a s o n a b l ec h o i c ew a sm a d ef o rt h ee x t e m a lw i n d o wt y p ea n dw i n d o w-w a l lr a t i ou n d e rt h ed i f f e r e n ti n t e n s i t i e so fs o l a rr a d i a t i o n,a n dt h ep a p e rp o i n t e do u tt h a tt h eX P
7、Si n s u l a t i o nb o a r d ss e ti nt h es o u t h e r ne x t e r i o rw i n d o w st h r o u g ht h ew i n t e rn i g h tc a ns u b s t a n t i a l l yr e d u c et h eh e a tl o s sf r o mt h ew i n d o w si nn i g h ta n dm a x i m i z et h ep a s s i v eh e a t i n gs u p p l yp o t e n t i a
8、lo ft h eb u i l d i n g K e yw o r d s:d i r e c tg a i ns o l a rb u i l d i n g;e x t e r n a lw i n d o wt y p e;w i n d o w-w a l lr a t i o;e x t e r n a lw i n d o wi n s u l a t i o nb o a r d0 引言全世界能源消耗的1 3 是用于为人类提供热舒适居住环境的。我国每年用于建筑物取暖和降温的能耗占全国总能耗的2 0 左右。降低建筑能耗,不仅具有直接的经济效益,还具有间接的环境效益和社会效益。被
9、动式太阳能建筑是利用太阳能实现节能采暖的有效方法1 1 H 3 H1。本文利用建筑动态能耗模拟软件f E n e r g yP l u s),对拉萨、甘孜、北京等不同气候条件城市的直接受益式太阳房的热工参数进行了动态模拟。分析了直接受益式太阳能建筑室内热环境的变化,并进行了太阳能建筑设计。l 直接受益式太阳能建筑模型及其关键热工参数1 1 建筑模型直接受益式太阳能建筑是利用太阳能采暖的最普通、最简单的建筑物,就是让阳光直接通过外窗,照射室内的墙壁、地面和家具来提高室内的温度。直接受益式窗可以利用进入室内太阳收稿日期:2 0 0 9 1 1-0 9。基金项目:国家“十一五”科技支撑计划项目(2
10、0 0 6 B A J 0 4 8 0 5 一1)。作者简介:祁清华(1 9 8 4 一),男,福建莆田人,硕士研究生,主要从事建筑节能方面的研究。E-m a i h q i n g h u a 4 0 1 1 6 3 c o m6 万方数据祁清华。等直接受益式太阳能建筑关键热工参数动态分析研究能的6 5 7 0,所有常规建筑都可以看做是直接受益式太阳能建筑|4】。本文将主要研究直接受益式被动太阳房的优化设计问题。为了减少计算模拟量,本文选择具有代表性的建筑形式及结构的南北朝向建筑进行研究。所选建筑进深为6 6n l,开间(3 个)为3 3I n,楼层为3 层,层高为3m。1 2 热工参数外墙
11、构造参数见表1。外墙采用X P s 外保温技术,外墙传热系数取0 4 5。表1 外墙外保温构造热工参数T a b l e1T h e r m a lp a r a m e t e r so fe x t e r i o ri n s u l a t i o ns t m c t u r e材料及参数材=度善筝篓翟警H 等n l 嚣W。姗W m KK g m J K g。_ 。总热阻2 2 0m 2 K W 1传热系数0 4 5W n l。K-1屋顶构造参数见表2。屋顶采用X P S 外保温技术,屋顶传热系数取0 5 2。表2 屋顶保温构造热7-参数T a b l e2T h e r m a l
12、p a r a m e t e r so fr o o fi n s u l a t i o ns t r u c t u r e槲及参数槲m l n 张W 獭-m-撒i-k-I 翟J k 嚣嚣。总热阻1 9 3m 2 K W 4传热系数0 5 2W n l。1 K 4地板保温构造参数见表3。地板采用X P S 保温技术。表3 地板保温构造热工参数T a b l e3T h e r m a lp a r a m e t e r so ff l o o ri n s u l a t i o ns t r u c t u r e材料及参数洲髓W 熟m-张1 k-I n l m翟i 擎nJ k 嚣篇
13、w。K g J。K 9 1 K l 矿A 水泥砂浆2 00 9 318 0 0l0 5 00 0 2碎石混凝土1 5 01 2 821 0 09 2 0O 1 2挤辫板5 00 0 33 51 3 8 01 6 7水泥砂浆2 00 9 318 0 010 5 00 0 2总热阻1 8 3m 2 K W 4建筑门窗的热工参数见表4。表4 建筑外窗热工参数T a b l e4T h e r m a lp a r a m e t e r so fe x t e r n a lw i n d o w s2 模拟结果与分析目前国内评价被动式太阳房采暖效果主要采用太阳能热利用率f 图与辅助热源全年能耗量。
14、该类指标能够描述被动太阳能建筑全年的节能率。但不能对不同气候条件下太阳能建筑室内热环境的状况进行描述。基于此,本文从室内外温差与温度波动幅度两个方面对直接受益式太阳能建筑的热工设计进行动态模拟分析。以指导被动太阳能建筑热工措施的选取。该建筑模型分别以拉萨、甘孜、北京等城市的气候条件进行模拟计算。2 1 不同气候条件下外窗类型对室内热环境影响分析3 个典型气候条件下外窗类型对室内热环境影响如图1 3 所示。图l 拉萨1 月份外窗类型对室内热环境的影响(窗墙比5 0,夜间外窗无保温板)F i g 1I n f l u e n c eo fe x t e r n a lw i n d o wt y
15、p e so nt h ei n d o o rt h e r m a le n v i r o n m e n ti nL h a s ai nJ a n u a r y(W i n d o ww a l lr a t i oo f5 0,n oi n s u l a t i o nb o a r do u t s i d et h ew i n d o w si nn i g h t)7 2742耋!m嘣耋|咖姗咖咖拍848g!仍船OnOO加瑚加饭一一横一一m朋地M一叫Ln0一一咖|曩咖咖|二。,啪啪姗一m够一吣一加如加一板土一一一一一万方数据可再生能源2 0 1 0,2 8(3)图2 甘
16、孜1 月份外窗类型对室内热环境的影响(窗墙比5 0,夜间外窗无保温板)F i g 2I n f l u e n c eo fe x t e r n a lw i n d o wt y p e so nt h ei n d o o rt h e r m a le n v i r o n m e n ti nG a n z ii nJ a n u a r y(W i n d o ww a l lr a t i oo f5 0,n oi n s u l a t i o nb o a r do u t 8 i d et h ew i n d o w si nn i g h t)图3 北京1 月份外窗类
17、型对室内热环境的影响(窗墙比5 0。夜间外窗无保温板)F i g 3I n f l u e n c eo fe x t e r n a lw i n d o wt y p e so nt h ei n d o o rt h e r m a le n v i r o n m e n ti nB e i j i n gi nJ a n u a r y(W i n d o ww a l lr a t i oo f5 0,n oi n s u l a t i o nb o a r do u t s i d et h ew i n d o w si nn i g h t)通过对图1,2,3 的分析可以得
18、出,南向窗墙比为5 0 时,在拉萨、甘孜和北京,采用直接受益式太阳能采暖均能大幅度地提高室内温度。拉萨地区1 月份室内外最大温差超过3 l,采用全被动式太阳能采暖,室内平均温度达到1 4 左右,基本可以满足人体舒适度要求:甘孜地区室内外最大温差达到2 7。可以采用被动太阳能采暖与8 部分主动采暖结合的方式;北京地区室内外最大温差为2 1,应该采用以主动式采暖为主,被动式采暖为辅的采暖方式。在1 月份大部分时间内,各城市采用单玻窗房间的室内温度低于采用中空玻璃房间而高于采用L o w E 玻璃的房间。只有在太阳辐射强度弱或者是阴天时。采用L o w E 玻璃采暖的效果才优于单玻窗。采用普通中空玻
19、璃房间的温度均高于采用其它类型玻璃的房间,因此从室内平均温度考虑,采用普通中空玻璃的采暖效果最优。同时能够看到,采用普通单玻窗房间的室内温度波动基本上大于其他两种窗户的房间但在每天下午部分时间,L o w E 玻璃房间的温度波动最大,晚上部分时间温度波动却最小,这主要是因为L o w E 玻璃的保温隔热性能好的缘故。虽然L o w E 玻璃传热系数最小,但其太阳得热系数S H G C 也最小。白天透过窗户进入室内的太阳辐射量最少室内墙壁和地板等蓄热体储存的热量也最少因此夜间传递给室内空气的热量就很少,室内空气温度低,温度波动大。若L o w E 玻璃与普通中空玻璃的太阳得热系数S H G C
20、相同,采用L o w E 玻璃房间的室内温度应高于采用普通中空玻璃的房间,室内温度波动也将小于其他类型的房间。在拉萨地区。采用普通中空玻璃外窗房间的室内温度波动小于6;在甘孜地区,采用中空玻璃房间的室内温度波动略大于6;在北京地区。采用普通中空玻璃房间的室内温度波动也小于6。由于拉萨地区1 月份太阳总辐射量大(4 9 1 9 3 3M J,m 2),因此不管是从室内平均温度方面考虑,还是从室内温度波动方面考虑,采用中空玻璃的效果都是最佳的。从室内平均温度和室内温度波动角度考虑。不管是太阳辐射较强的地区(如拉萨、甘孜等),还是太阳辐射较弱的地区(如北京),采用普通中空玻璃外窗的采暖效果都是最佳的
21、。不宜采用单玻和L o w E 中空玻璃。2 2 不同气候条件下窗墙比对室内热环境影响分析图4 为拉萨、甘孜和北京1 月1E t 的室内外温差与温度波动图。由图可见,随着南向窗墙比的增加。室内温度波动呈线性增长。这主要是由于南向外窗面积增大,白天太阳辐射得热量增加,同万方数据祁清华等直接受益式太阳能建筑关键热Y-参数动态分析研究图4 各城市1 月1 日室内外温差与温度波动幅度图(外墙保温厚度5 0 m m。中空(“l 如6)r a i n,夜间外窗无保温板JF i g 4T h ei n d o o ra n do u t d o o rt e m p e r a t u r ed i f f
22、 e r e n c ea n dt e m p e r a t u r ef l u c t u a t i o no fd i f f e r e n tc i t i e so nJ a n u a r y1(E x t e r i o rw a l lt h i c k n e s so f5 0m m,h o l l o w(6+l2+6)n l l m,n oi n s u l a t i o nb o a r do u t s i d et h ew i n d o w si nn i g h t)时夜间外窗散热也增加。因此会造成室内温差增大。室内温度波动受室外空气温度和室外太阳
23、辐射强度的影响有很大不同,室内温度波动受室外平均温度的影响不明显,而受太阳辐射强度影响较大太阳辐射强度越强,室内温度波动也越大。不同太阳辐射强度下,窗墙比对室内平均温度影响很大。太阳辐射越强,室内平均温度随着窗墙比加大而增高得越明显。但是,室内温度的波动受窗墙比的影响却不很明显。因此太阳辐射强度越大的地区在室内舒适热环境允许的最大温度波动范围内可以适当加大窗墙比。因此,要根据当地的气候条件来合理地确定窗墙面积比,以利于最大程度地发挥被动式太阳能建筑的供暖潜力。被动式太阳能建筑推荐的窗墙比:拉萨地区为5 0 6 0;甘孜地区为4 0 一5 0;北京地区为3 0 4 0。2 3 不同气候条件下夜间
24、窗户保温板设置对室内热环境的影响分析直接受益式太阳能建筑白天通过外窗直接得热。夜间也通过外窗失热,减少这部分的失热量对被动式太阳能建筑优化设计十分重要。采用在外窗设置X P S 保温板的措施,可以大幅度地降低失热量。白天开启保温板,让外窗最大限度的吸收太阳能;夜间关闭保温板,尽量减少外窗的失热量。可提高室内平均温度,减小室内温度波动。创造更为舒适稳定的室内热环境。图5。6。7 显示了外窗设置保温板对室内热环境的影响。图5 拉萨1 月份外窗夜间保温板设置对室内热环境的影响(窗墙比5 0。夜间外窗保温板厚度3 0 h i m)F i g 5I n f l u e n c eo fi n s u l
25、 a t i o nb o a r ds e t t i n g so fe x t e r i o rw i n d o w so nt h ei n d o o rt h e r m a le n v i r o n m e n ti nL h a s ai nJ a n u a r ya tn i g h t(W i n d o ww a l lr a t i oo f5 0,e x t e r n a lw i n d o wi n s u l a t i o nt h i c k n e s s3 0m mi nn i g h t)围6 甘孜1 月份外窗夜间保温板设置对室内热环境的影
26、响(窗墙比加。夜间外窗保温板厚度3 0 n l l n)F i g 6I n f l u e n c eo f i n s u l a t i o nb o a r ds e t t i n g so f e x t e r i o rw i n d o w so nt h ei n d o o rt h e r m a le n v i r o n m e n ti nG a n z ii nJ a n u a r y a tn i g h t(W i n d o ww a l lr a t i oo f4 0,e x t e r n a lw i n d o wi n s u l a t
27、i o nt h i c k n e s s3 0n u ni I In i g h t)图7 北京1 月份外窗夜间保温板设置对室内热环境的影响(窗墙比3 0,夜间外窗保温板厚度3 0 m m)F i g 7I n f l u e n c eo fi n s u l a t i o nb o a r ds e t t i n g so fe x t e r i o rw i n d o w so nt h ei n d o o rt h e r m a le n v i r o n m e n ti nB e i j i n gi nJ a n u a r yi nn i g h t(W i
28、n d o ww a l lr a t i oo f3 0 e x t e r n a lw i n d o wi n s u l a t i o nt h i c k n e s s3 0m i l li nn i g h t)确定保温板使用时间是非常关键的。在外窗接收太阳辐射量与外窗的失热量达到平衡时利用保温板最为合适。在此建筑模型中,保9 万方数据可再生能源温板使用适宜时间:太阳辐射强度大的拉萨地墙比。要综合考虑室内平均温度和室内温度波区为1 8:0 0 9:0 0(次日);甘孜地区为1 8:0 0 动,在室内舒适热环境允许的最大温度波动范1 0:0 0(次1 3);北京地区为1 8:0
29、 0 8:0 0(次日)。围内,可以根据当地的气候条件,合理地确定窗从图中可以看出在拉萨地区采用外窗保温板墙面积比,以利于最大程度地发挥被动太阳能使室内平均温度提高了2,外置保温板的室建筑的采暖潜力。内温度比内置高0 3 左右:在甘孜地区室内采取设置外窗X P s 保温板的措施,可以大温度提高了l 多。外置保温板室内温度比内幅度地降低冬季夜间外窗的失热量。保温板开置高O 2 左右:北京地区室内温度提高了0 5启时间以外窗的太阳辐射量与外窗的失热量达多外置保温板室内温度比内置高0 1 左到平衡时最为合适。越是在太阳辐射强的地区,右。可见,太阳辐射强度越大的地区,越要采取越有必要做好夜间保温,其效
30、果也越明显。虽然夜间保温措施,保温效果也越明显。虽然外置保外置保温板的保温效果比内置保温板的保温效温板的保温效果比内置保温板的保温效果好。果好,但是考虑室外环境等因素的影响和维护但是要综合考虑室外环境等因素以及保温板维保养等问题,应当针对不同的气候条件,并权衡护和保养等问题,合理选择保温板的厚度及设经济性,合理地选择保温板的厚度及设置方式。置方式。3 结论参考文献:从室内平均温度和温度波动考虑不管是太【1】JDB A L C O M B,JCA C D S T R O M,RDM C F A R L A N D 阳辐射较强的地区(如拉萨、甘孜等),还是太阳S i m u l a t i o n
31、a n a l y s i so fp a s s i v es o l a rh e a t i n gb u i l d i n g-辐射较弱的地区(如北京),外窗采用普通中空玻p r e l i m i n a r yr e s u l t s J S o l a rE n e r g y,1 9 7 4,1 9(2):2 7 7 一璃采暖的效果都是最好的,不宜采用单玻和L o w E2 8 2-中空玻璃。【2】燕达,谢晓娜,宋芳婷,等建筑环境设计模拟分析软件不同气候条件下。窗墙比对室内平均温度(D e S T 第1 讲):建筑模拟技术与D e S T 发展简介【J】,影响很大。太阳辐射
32、强的地区,室内平均温度随暖通空调,2 0 0 4,3 4(7):4 8 5 6-着窗墙比加大而增幅明显:室内温度波动受室 3 1KD A R K W A,PWOc A L L G H A N s i m u l a t i o no fP h a s e外平均温度的影响不明显而受太阳辐射强度c h a n g ed r y w 8 l l si n8P a s 8 i 7。8 0 l a r b u i l d i n g J 1 A p p l i e d影响较大。太阳辐射越强,室内温度波动也越T h e r m a l E n g i n e。r i n g,2 0 0 6,2 6(4):
33、8 5 3 8 5 8 大。太阳辐射强度大的地区,在室内舒适热环境【4】李元哲,狄洪发,方贤德被动式太阳房的原理及其设允许的最大温度波动范围内可以适当加大窗f f M 纠E 京:能源出版社,1 9 8 9,一一+一+一+一+一+一+。、+;l 选用节能空调能够获得省电的效果。把6 少买不必要的衣服,倡导环保新时尚。;t 空调的制冷温度设定调高l,能节电7。7 当道路堵车,车队太长,应先给汽车熄t2 巧用电冰箱,省电效果强。电冰箱及时除火,耐心等待。;霜、减少开门次数、将冷冻室内需解冻的食品提8 多用电子邮件、M S N、Q Q 等即时联系方;t 前取出放入冷藏室解冻。式,少用打印机、传真机等通讯工具。t【3 减少购买过度包装的商品;少用一次性9 办公室内种植一些净化空气的植物,如;木筷,保护森林;少用一次性塑料袋,使用可重吊兰、非洲菊等,可以吸收甲醛,也能分解复印;t 复使用的绿色购物袋。机、打印机排放出的苯。ti4 尽量多步行、骑自行车或者选用公共交1 0 科学用电脑,节电效果好。暂时不用电i 通工具出行。脑时缩短显示器进入睡眠模式的时间设定;关;t5 购买低价格、低油耗、低污染、安全系数闭电脑后,不要忘记拔掉电源插头。tl 不断提高的小排量车。(源自中国能源信息网)i;k-+一+。+-+-十+h+-+-+-+-+,+h+卜+,_】0 万方数据
限制150内