建筑空间最优节能设计模型仿真研究

由于建筑结构主体较多,空间能耗难以合并控制,导致目前建筑空间能源耗用量较大。为此,构建基于等效转换法的建筑空间最优节能模型,并对其仿真研究。提出建筑总体能耗作为初始优化的“尺度”概念,该尺度为建筑空间的外墙、内墙、屋顶、分户楼板以及门窗等参数,求解这些尺度的最佳标准值。采用等效转换法计算在节能条件下所能接受的最大能耗范围。在此基础上,以上述范围值为约束条件,建立控制函数。将上述提到标准尺度值和最大能耗范围设置为最优解,建立最优节能设计模型,设定温差调节因子,对每一次室内外温差实施有效调节控制,保证建筑体参数符合最佳能耗范围。仿真结果证明,所提方法对冬季采暖和夏季制冷的能耗控制效果均较佳,节能效果最优且算法收敛性高,鲁棒性较好。

一种墙体蓄热量的评价方法研究

针对目前围护结构蓄热性能评价方法和指标不能有效评价蓄热量的问题,该文基于“日间热容”概念和有限差分法,提出一种新的围护结构蓄热性能评价方法和相关指标。该方法可获得围护结构逐时动态蓄热量、不同构造层次的蓄热情况以及材料层和围护结构在一定时间段和一定面积内的累积蓄热量。以一个简化的建筑模型为例,运用该方法得出建筑不同朝向、不同部位围护结构各材料层的蓄热量情况。该文的方法可为建筑围护结构实际蓄热效果提供系统全面的定量评价,为太阳能建筑分朝向、分部位的蓄热设计提供方法和依据。

基于TRNSYS的主动式建筑相变蓄冷空调系统模拟

以夏热冬冷地区的办公建筑为例,利用瞬态系统仿真程序(transient system simulation program, TRNSYS)构建主动式相变蓄能地板模块,建立了主动式相变蓄能地板空调系统和常规风机盘管加新风空调系统的仿真模型,对其节能性和经济性进行模拟计算.以典型日和供冷季晚间蓄冷运行工况为条件,研究冷冻水温对主动式相变蓄能地板的蓄释能特性、室温波动与热泵制冷系数的影响.结果表明:夜间相变蓄冷工况下,在满足每平方米冷负荷为74.78 W情况下,9℃为最佳供水水温;采取晚间低电价时段间歇运行蓄冷热泵的方案,能够有效提高热泵运行时的制冷系数,并降低运行费用;主动式相变蓄能地板空调系统供冷季的能耗相比于常规风机盘管加新风空调系统减少30.5%,运行费用减少44.24%,夏季制冷综合能效比达到了2.38.

青海湟源民居太阳能利用空间性能验证及优化研究

以青海省湟源县现代民居和传统民居为研究对象,通过实地调研提取民居的被动式太阳能利用空间,分析其实际应用情况。基于太阳能利用空间的性能原理,提取出水平式阳光间、垂直式阳光间、庭院阳光间、双层墙、缓冲空间。为实现严寒条件下民居的高效节能、舒适居住的目标,借助模拟工具Design Builder软件,针对典型民居案例进行模拟验证,详细分析了水平式阳光间、垂直式阳光间、庭院阳光间、双层墙和缓冲空间的性能,并据此提出优化策略,为青海高原地区太阳能建筑技术的发展与应用提供有益指导。

寒冷地区光伏墙体综合传热特性的数值模拟研究

近年来BIPV项目逐渐增多,对光伏墙体的研究多以光伏组件电热性能为重点,少有结合节能墙体热工性能对不同构造光伏墙体的综合传热特性优化开展的研究。以天津地区为应用场景,分别建立符合天津市居住建筑四步节能设计技术指标的基础墙体、普通光伏墙体和嵌入保温隔热一体化板的新型光伏墙体的传热模型,采用ANSYS FLUENT软件对其温度分布、表面热流密度进行数值模拟,对模拟结果进一步分析获得不同类型墙体的传热系数和光伏组件的电性能。结果表明:较基础墙体,夏季普通光伏墙体内表面得热量可增加46.88%,冬季普通光伏墙体内表面失热量可减少5.47%;新型光伏墙体中的保温隔热层厚度宜不小于20 mm,此时,夏季新型光伏墙体内表面得热量最大可增加18.16%,冬季新型光伏墙体内表面失热量最小可减少20.07%。基于计算结果,寒冷地区的建筑外墙应用光伏组件时,散热构造措施可简化。

内抹调湿砂浆外墙吸放湿特性及对负荷影响分析

本文从建筑围护结构节能出发,以内抹WSE(木质纤维Wood fibre、海泡石Sepio⁃lite、膨胀珍珠岩Expanded perlite)基复合调湿保温砂浆外墙为研究对象,将其与内抹普通砂浆外墙对比,分析吸放湿特性及其对负荷的影响.研究使用COMSOL Multiphysics有限元软件的建筑材料热湿耦合模型,分析环境湿度变化与外墙之间的湿迁移变化,以及与外墙的传热传质.以夏热冬冷典型气候地区长沙为例,分析内抹WSE基复合调湿保温砂浆外墙的负荷及潜热负荷占比,同时选取夏热冬暖地区广州和寒冷地区北京对比分析外墙的全年能耗.研究发现,内抹WSE基复合调湿保温砂浆外墙的吸放湿速率远大于内抹普通砂浆的外墙,并能长时间保持高速的吸放湿状态,同时比内抹普通砂浆墙体节省22.31%~23.85%的全年负荷.墙体在吸湿过程中,温升与吸湿速率能力体现出一致性,表明墙体内表面湿迁移对温度有着重要影响,并且湿迁移越大对温度影响越大.墙体在放湿过程中,温度迅速下降是放湿速率快的表现.内抹WSE基复合调湿保温砂浆墙体具有优良的吸放湿特性和节能潜力,可用于建筑围护结构节能.

中日建筑全生命周期碳排放比较

全生命周期的建筑碳减排在日本已有广泛的应用和发展。由于中日建筑全生命周期碳排放统计口径存在差异,为准确开展中日建筑碳排放对比分析带来了难度。文中首先从计算边界、建材统计精度、碳排放因子数量等方面建立了中日同口径的全生命周期碳排放计算模型,并基于此对中日案例建筑的全生命周期碳排放特征开展比较和分析。发现中国案例的建筑全生命周期碳排放略高于日本,其中运行阶段碳排放明显高于日本。此外建筑建材性能对碳排放影响显著,日本建筑利用低碳建材,生产碳排放低,建材使用寿命长,使维护、废弃阶段碳排放均低于中国建筑案例。

西南农村地区现代夯土住宅物化阶段碳排放研究

物化阶段CO_(2)排放时间较为集中且减排潜力巨大,因此对建筑物化阶段碳排放进行量化研究具有必要性。目前,我国农村住宅砖混结构仍为主流形式,制约了低碳农村的发展。为了阐述现代夯土建筑采用“本土材料、本土技术”的建造方式可有效节能减排。本研究在考虑现代夯土建筑建造方式的特殊性和建造过程中数据清单受人为统计水平限制导致结果出现差异性的基础上,提出将排放因子法结合不同结构形式的现代夯土建筑具体施工方式和广联达BIM算量软件对建筑物化阶段进行精确建模,分析不同结构形式的现代夯土建筑物化阶段碳排放变化情况。从环境可持续发展层面的碳排放角度,以现代夯土建筑和普通砖混结构农宅为例,构建适用于不同建筑结构物化阶段CO_(2)排放的计算模型,以量化出来的指标数据来评价前者的减排效果。计算得出,西南农村地区不同结构形式的现代夯土建筑在生产、运输阶段的单位面积碳排放量分别为177.63 kgCO_(2)e/m^(2)、264.7 kgCO_(2)e/m^(2),施工阶段的单位面积碳排放量分别为19.1kg CO_(2)e/m^(2)、15.94 kgCO_(2)e/m^(2);通过对比分析,不同结构形式现代夯土建筑建造阶段的单位面积碳排放量分别为196.73 kgCO_(2)e/m^(2)、280.64 kgCO_(2)e/m^(2)是传统砖混结构的1.7倍、1.2倍,此数据提供了现代夯土建筑可以节能减排的依据,也为西南农村地区的住宅建设提供绿色发展的新思路。

基于数值模拟的建筑设计优化研究综述

在双碳目标的背景下,对建筑物进行优化设计是实现节能减排的一个新途径;计算机技术的飞速发展,更使得建筑优化设计的效率有了很大的提升。为了更加全面地掌握基于数值模拟的优化技术在实际建筑中的应用现状,对优化研究的主要阶段进行了概括,归类分析了各类优化平台的优缺点,总结对比了各类优化算法的性能。分析发现,优化阶段主要分为预处理、优化、后处理3个阶段;优化工具根据开发目的分为三大类;常用的优化算法有:进化算法、无导数搜索算法、混合算法;并且当下的优化研究还有很大的空间值得探索与改进。

内蒙古通辽农村牧区民居外围护结构的节能改造研究

为改善内蒙古通辽农村牧区民居的室内热环境、降低能耗,以三栋代表性民居为研究对象,实测冬季室内外温度并分析民居存在的节能问题。对影响能耗的外墙保温、屋面保温、外窗类型等因素进行单因素节能改造和正交实验组合节能改造,采用极差法探究各因素对实验指标的影响程度,并结合节能率和经济性分析选出最佳方案。研究表明,对三栋民居影响程度较大的是外墙保温,最佳改造方案为外墙为50 mm厚EPS保温板,屋面为60 mm厚EPS保温板,外窗为6 mm+12 A+6 mm的普通中空玻璃,改造后三栋民居的全年累计热负荷分别降低了53.58%、45.05%、43.55%。研究结果可为内蒙古通辽农村牧区民居室内热环境的改善提供依据、为民居外围护结构节能改造提供参考。

干式装配式墙体非均匀性传热规律

干式连接的装配式建筑因连接缝的存在会造成接缝与墙体间的传热不均,对墙体传热及建筑能耗产生重要影响。分析了干式装配外墙的非均匀传热特征,提出外墙内表面的累计温差比T′来评价墙体的传热非均匀性,确定了干式装配墙体传热的非均匀判定准则。提出用热桥影响区域等效传热系数K′_(T)来评价接缝非均匀传热影响区域,分析了非均匀性传热对建筑采暖能耗的影响。结果表明,装配式墙体在接缝两侧的温度波动较大,且墙体构造越复杂波动越显著。干式装配墙体接缝的非均匀影响区域明显大于传统砖混建筑。T′越大墙体传热越不均,建筑采暖能耗越大。接缝宽每增加5 mm导致的墙体传热不均使得建筑能耗变化约为3%~4%,含空气层的预制墙体变化尤为大,约为3.2%~6.7%。

夏热冬冷地区某综合医院分项能耗和环境测试分析

以夏热冬冷地区某典型三级甲等综合医院为例,利用现有能耗计量仪表监测数据,辅以设备法测算,对医院的空调制冷、空调制热、医疗设备、电梯、办公设备及照明、后勤设备等用能系统进行了能耗结构分析,结果显示该医院等效电总能耗为216.0 kW·h/(m^(2)·a)。其中暖通空调系统能耗占比最大,为50.45%;其次为后勤设备能耗占比34.84%;其余依次为办公照明能耗和医疗设备能耗。在制冷期对典型室内环境进行了测试,结果显示该医院室内温度满足II级热舒适度水平,湿度超标,照度普遍不足。为提升建筑室内环境品质,同时节能降耗,提出了节能改造和运行管理建议,并利用Design Builder软件对改造前后的能耗进行了模拟,定量分析了各分项能耗的节能率,预估投资回收期约8年。

高层建筑典型气象年数据竖直修正方法研究

进行建筑能耗评估应考虑气象数据在竖直方向上的变化,目前的典型气象年(TMY)数据是基于地面观测数据获得的,无法很好地满足高层建筑的设计需求。本文基于上海宝山站的探空气象数据,提出了不同高度处TMY数据的修正方法,比较了修正后的TMY数据与实际气象数据的负荷模拟结果。结果表明:修正后的TMY数据的模拟结果与真实数据模拟结果的差异为3.65%~13.42%,且变化趋势一致;相较于地面观测处TMY数据的模拟结果,冷负荷准确度提高了2.37%,热负荷准确度提高了4.06%。

基于STIRPAT模型的山东省居住建筑运行碳排放影响因素研究

为有效实施建筑领域节能减排,实现双碳目标,以2005-2021年山东省居住建筑运行阶段碳排放数据为研究对象,利用STIRPAT模型对人口数量、人均GDP、人均消费支出、人均可支配收入、城镇化水平、居住建筑面积、单位建筑面积能耗、能源消耗强度和能源结构等影响碳排放的因素进行岭回归分析。结果表明:人口数量、人均GDP、人均消费支出、人均可支配收入、城镇化水平、居住建筑面积、单位建筑面积能耗和能源消耗强度等的增加会促使碳排放量的增加,但能源结构的增加会抑制碳排放量的增加,其中人口数量是影响碳排放的关键因素。据此提出山东省居住建筑节能减排的建议和对策。

鄂东南传统民居室内热环境评价及围护结构优化设计研究——以赤壁市安丰村但耔臾宅为例

文章以湖北省赤壁市安丰村但耔臾宅为研究对象,对民居现场温湿度、风速、围护结构热工性能进行实测,通过软件仿真模拟及预计适应性平均热感觉指标(APMV)对其室内热环境进行评价。实测与模拟分析表明:民居夏季闷热(室内平均温度为33.41℃,峰值温度达37.20℃,平均风速为0.073m/s),冬季湿冷(室内平均温度为6.90℃,相对湿度为68.8%);屋顶和窗户材料单一,构造做法简易,热工性能较差;全年热环境时间占比分别为Ⅰ级22.0%、Ⅱ级41.8%和Ⅲ级36.2%,整体热环境质量较低。因此,提出屋顶增设2mm厚沥青卷材作防水层,40mm厚聚苯乙烯泡沫(XPS)板作保温层;窗户改用空气层厚度9mm的普通双层中空玻璃窗;北墙调整窗户尺寸为1000mm×1200 mm,东墙增设安装遮阳装置的800mm×1000mm小尺寸窗户等优化策略,并模拟验证其优化效果。为鄂东南地区传统民居的室内热环境改善提供了实用的参考依据。

外保温系统高空坠落风险的热湿渐进性微损伤研究

基于断裂相场法的数值分析,构建细观-宏观尺度的计算模型,模拟外墙表面遭受炎热暴晒后突然降温情况下内部温度场与微观应力场,建立了热湿渐进性微损伤的评价模型,并通过粘接砂浆拉拔试验进行验证。结果表明:外保温系统外表面夏季升温至88.6℃再突然遭遇冰雹及强降雨降温至20℃时,细骨料和净浆受到的最大主应力值可达15 MPa,其厚度方向5 mm深度约100μm宽的裂纹已发展贯通,表明极端气候变化对保温系统结构完整性造成了实质性损害,外保温系统高空坠落风险迅速增大。

塑料门窗的特点及在建筑节能中的应用

建筑能耗在总能源能耗中的高占比使得人们看到建筑节能的潜力。门窗材料的选择极大地影响了建筑节能的效果,本文综合分析了塑料门窗在建筑节能中的发展历程以及特点,最后提出优化其未来发展的路径,以期能够在绿色节能发展的背景下充分发挥塑料门窗在建筑领域的优势,推动我国建筑节能向着良性的方向发展。

基于三维建模测量立体角的统一眩光值检测研究——以某办公室照明系统为例

作为建筑照明系统验收和绿色建筑评价的重要考量因素之一,统一眩光值的重要性不言而喻。阐述了统一眩光值检测的研究现状,在实际检测中,立体角传统测量方法为先测量观察者与灯具相对位置尺寸,再通过公式近似计算结果,存在立体角测量误差较大的问题。基于三维建模测量立体角的方法,对某办公室系统的统一眩光值进行了实测,并将眩光源立体角计算公式法和三维建模法两种立体角测量方法的检测结果进行对比分析,得到三维建模法检测更准确的结论,以期提高统一眩光值检测的准确度。

基于多因素影响的建筑空间进深与能耗关系研究

随着世界建筑发展的新趋势,建造低碳、绿色、可持续的建筑已经成为建筑发展的主要方向,同时也成为我国节能减排目标下的重大挑战。建筑空间作为建筑的核心部分,其设计与建筑的能源消耗之间有着紧密的联系。以小型办公建筑的空间进深为研究对象,以我国5个气候分区的8个典型代表城市的气候数据为模拟背景,利用建筑能耗模拟软件,基于参数化平台Grasshopper对不同气候区、不同建筑布局、不同建筑高度下的典型办公建筑的建筑进深的模型进行了模拟,分析在不同因素的共同作用下办公建筑的空间进深对全年建筑综合能耗的影响规律。

冬季校园户外空间不同活动水平的热舒适研究——以吉林大学前卫南区为例

严寒地区冬季气候寒冷,室内外温差大,限制了高校大学生的户外活动。大学校园户外空间是大学生开展休闲体力活动的载体,营造舒适的校园户外空间有利于促进大学生的身体健康,并为校园增加活力。为了揭示严寒地区校园户外空间中不同活动强度的大学生冬季生理与热舒适特征,本研究结合气象监测、生理参数测量、问卷调查等方法,分析不同活动水平生理响应与校园户外空间热舒适度的关系。结果表明:人体活动强度越大,感觉越温暖,也就越舒适;户外空间测点的TCV与TSV从大到小排序依次是F1>E1=D1>C1=B1>A1;出现冷症状的人数比例随着活动强度的升高而逐渐降低,不同空间因气象因子与环境的差异受试者所表现的冷症状不同;MTSV投票升高1个标尺,MST升高(低强度3.9℃,中强度2.2℃,高强度1.5℃)。