被動式環(huán)境調(diào)控策略及技術(shù)集成應(yīng)用研究.pdf

1、在整個低能耗建筑設(shè)計過程中充分考慮建筑本身的環(huán)境調(diào)控作用，是從根本上降低建筑能耗的重要途徑。最大限度地利用自然能源潛能，通過合理的建筑自身設(shè)計實現(xiàn)較舒適的自然運行室內(nèi)熱環(huán)境是被動式環(huán)境調(diào)控建筑的基本設(shè)計理念。目前關(guān)于被動式環(huán)境調(diào)控的國內(nèi)外相關(guān)研究多集中在建筑構(gòu)件、材料和調(diào)控技術(shù)等相對分散的領(lǐng)域，同時存在調(diào)控技術(shù)性能不完善，缺乏技術(shù)集成應(yīng)用較全面的熱特性研究成果，無法快速預(yù)測被動式環(huán)境調(diào)控設(shè)計對建筑熱環(huán)境的定量影響等問題，上述原因制約了被

2、動式環(huán)境調(diào)控建筑的應(yīng)用與發(fā)展。因此，開展被動式環(huán)境調(diào)控技術(shù)及其集成應(yīng)用的研究，為被動式環(huán)境調(diào)控建筑設(shè)計提供技術(shù)及理論支撐，具有重要的現(xiàn)實意義及學(xué)術(shù)價值。
　　本文以寒冷地區(qū)氣候適應(yīng)性調(diào)控策略、變色太陽墻技術(shù)的研制及建筑集成應(yīng)用為核心，通過實驗及理論研究，深入探討了基于變色太陽墻作用下，建筑熱響應(yīng)特性、熱工性能改善和自然運行室溫快速預(yù)測方法等理論和技術(shù)問題，得到的主要成果如下:
　　首先，引入平衡點溫度作為評價參數(shù)，得到耦合太

3、陽能集熱構(gòu)件建筑南外墻窗墻比優(yōu)化取值范圍以及不同被動式太陽能采暖氣候區(qū)的太陽能利用潛力范圍。研究結(jié)果表明，在大連氣候條件下，采用集熱構(gòu)件后建筑的太陽能利用潛力提升了49.3％。同時，為讓冬季太陽能利用潛力最大化并防止夏季過熱，大連地區(qū)耦合集熱構(gòu)件南墻的窗墻比優(yōu)化取值范圍在0.2～0.35之間(大連地區(qū)居住建筑節(jié)能65％設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)推薦值:≤0.45)。
　　其次，提出變色太陽墻、光電風(fēng)機和溫控風(fēng)門等自動控制構(gòu)件聯(lián)合運行的被動式環(huán)境調(diào)控

4、建筑模式，解決了既有太陽能熱利用技術(shù)存在夏季過熱、運行過程手動控制不方便等問題。以該模式為原型建造足尺大示范住宅并構(gòu)建了計算機數(shù)據(jù)自動巡回監(jiān)測系統(tǒng)，通過對連續(xù)兩年實測結(jié)果的分析，得到變色太陽墻動態(tài)熱特性及技術(shù)集成建筑的熱響應(yīng)變化規(guī)律。研究結(jié)果表明，采用擠塑板保溫、風(fēng)機安裝在回風(fēng)口并采用連續(xù)運行的熱效率最佳，達(dá)到56.8％;冬季晴朗天氣下利用變色太陽墻采暖可使室溫維持在10℃～17℃;夏季通過改變變色太陽墻集熱板顏色及開啟外部通風(fēng)口可使室

5、內(nèi)空氣溫度維持在24.8～26.6℃。
　　第三，基于考慮溫度分區(qū)及耦合集熱構(gòu)件復(fù)合墻體的動態(tài)傳熱過程，依據(jù)動態(tài)熱網(wǎng)絡(luò)法耦合反應(yīng)系數(shù)法，建立了變色太陽墻建筑動態(tài)傳熱過程計算模型。該模型充分考慮了集熱構(gòu)件空氣間層與室內(nèi)空氣的對流換熱、重質(zhì)墻體蓄放熱等動態(tài)熱響應(yīng)過程。經(jīng)實驗驗證，計算結(jié)果與實驗結(jié)果的誤差在10％以下。
　　第四，基于提出的傳熱計算模型，考慮耦合集熱部件墻體的熱阻變化，解析得到確定被動式環(huán)境調(diào)控建筑南墻外保溫層最佳

6、厚度的通用表達(dá)式，并提出熱時間常數(shù)及內(nèi)墻熱物性參數(shù)等優(yōu)化閾值范圍。通過對外保溫層最佳厚度解析表達(dá)式的分析，得到其影響因素主要為采暖/空調(diào)度日數(shù)、折現(xiàn)率、材料價格及導(dǎo)熱系數(shù)等，為便于工程應(yīng)用，提出了保溫層最佳厚度與材料導(dǎo)熱系數(shù)的關(guān)聯(lián)式。同時，從提高建筑熱穩(wěn)定性目的出發(fā)，以室內(nèi)外空氣振幅比和墻體內(nèi)壁面溫度為評價參數(shù)，分別提出內(nèi)墻導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容以及厚度等參數(shù)的優(yōu)化取值范圍。
　　最后，針對目前被動式環(huán)境調(diào)控建筑室內(nèi)熱環(huán)境難以快速預(yù)測及

7、輔助設(shè)備系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)取值無依據(jù)等問題，基于變色太陽墻應(yīng)用建筑熱過程實驗數(shù)據(jù)及相似準(zhǔn)則，提出可快速預(yù)測在不同氣候區(qū)及建筑設(shè)計條件下被動式環(huán)境調(diào)控建筑的自然運行室溫公式。將集熱部件供熱量轉(zhuǎn)變?yōu)殡S太陽輻照度變化的室內(nèi)得熱量項，故依據(jù)該公式可計算得到隨室外氣象參數(shù)變化的動態(tài)室溫波動，為被動式設(shè)計的定量調(diào)控效果及匹配輔助設(shè)備系統(tǒng)提供理論支撐。
　　本文通過對氣候適應(yīng)性分析、技術(shù)改進(jìn)及建筑集成應(yīng)用研究到室內(nèi)熱環(huán)境預(yù)測方法的提出，形成獨立完整的