太阳能被动式通风与建筑相变蓄热耦合技术研究进展

太阳能被动式通风(Solar Passive Ventilation,SPV)技术与建筑相变蓄热(Building Phase Change Heat Storage,BPCHS)技术是当前建筑节能的有效策略,两者有机结合能够显著提高太阳能利用效率、降低建筑能耗与改善室内热环境。通过对国内外有关文献调研分析,概述了太阳能被动式通风与建筑相变蓄热技术各自原理与分类,同时阐述了技术特点及其研究进展。基于太阳能被动式通风与相变蓄热在建筑应用的现状,论述了相变蓄热强化太阳能被动式通风原理及其有机耦合形式,包括相变Trombe墙、相变烟囱、相变通风屋顶等多种结合方式。此外,为了有效反映被动式通风特征与相变蓄热耦合流动-传热过程,系统总结了通风数值模型、相变蓄热求解模型以及耦合系统模型与相关实验研究。概括了太阳能被动式通风与建筑相变蓄热耦合(SPV-BPCHS)技术关键影响因素及其评价指标,指出了其对建筑室内热环境影响特性。调研结果表明,SPV-BPCHS技术能有效降低建筑能源消耗、提高太阳能建筑利用率和改善室内热环境效果,但仍应加强对高效低碳材料的研究及耦合技术稳定性研究,同时该耦合技术实验可行性也需要进一步验证。将为提高太阳能利用率和建筑室内环境耦合强化提供新的技术途径。

北方村镇被动式太阳房夏季降温数值模拟及试验

针对被动式太阳房普遍存在的夏季室内温度过高的问题,提出4种不同的降温措施。以新疆石河子市农村地区的一栋既有被动式太阳房为研究对象,采用数值模拟结合试验测试的研究方法,对比分析这4种措施的降温效果。结果表明:被动式太阳房在自然状态或采用各降温措施时,其室内温度的模拟值与实测值之间的偏差的平均值为2℃,但温度变化趋势一致,具有较好的吻合性,证实了数值模拟的可行性;根据实测结果,被动式太阳房在采用遮阳、关闭南窗结合遮阳及热压通风的降温措施时,分别有46%、50%和50%的时间可以达到热舒适性要求;将热压通风与遮阳结合使用,有92%的时间可以达到热舒适性要求。

冬季太阳能相变蓄热通风墙热工性能的数值模拟

在建筑通风墙体中加入相变材料被认为是改善其冬季热工性能的有效方法。相变材料在墙体中可采用分块的方法进行宏观封装,此时材料在熔化过程中产生的自然对流现象十分显著,不能被忽略。该文使用开源计算流体力学框架OpenFOAM下开发的求解器针对被动式相变蓄热通风墙体的热工性能开展了数值研究,以准确模拟相关传热、流动、相变等物理过程。计算结果表明:相变材料蓄热墙能有效降低室内温度波动;相变材料内部的自然对流作用很大程度上影响着材料的熔化与凝固速度,因此材料封装时的长宽比以及分块方式应做出审慎选择。

吐鲁番生土民居夏季夜间通风降温特性分析

为研究吐鲁番地区民居建筑夏季夜间自然通风降温特性,以英买里村安居富民项目户型为例,通过前期热环境测试和后期Design Builder模拟,对该地区夜间通风效果进行验证,比较不同房间的热环境特征,并得到通风时间和围护结构蓄热性的建议值。研究结果表明:夜间通风可有效降低室内空气温度,地上层的房间在23:00—09:00之间宜进行通风;半地下层空气温度远低于一层,但平均换气次数均不足1 ac/h,若夏季长期居住半地下层,需适当增加机械通风设备;轻质墙体房间降温幅度大但室温高,该地区推荐土坯与EPS保温板结合使用,使建筑满足冬季保温要求且夏季室内温度较低。

太阳能集热墙与地下室复合系统夏季通风效果试验研究

针对目前被动式太阳房普遍存在的夏季室内过热现象,提出一种太阳能集热墙与地下室复合系统。对石河子地区带有该系统的被动式太阳房进行测试,分析了4种模式的降温效果和室内空气温度分布。结果表明有太阳能集热墙与地下室复合系统平均温度和温度波动情况均明显优于其他模式,平均温度降低了2.1℃,该系统利用室内、太阳能集热墙和地下室之间进行气流循环,有助于降低室内温度,是一种节能环保的自然通风降温技术。

浅层地热能联合太阳能集热墙系统夏季降温试验研究

针对目前被动式太阳房普遍存在的夏季室内过热现象,提出一种浅层地热能联合太阳能集热墙系统。并在石河子地区对采用该系统的被动式太阳房进行试验测试,对比分析3种通风模式和3种通风时间的降温效果。试验结果表明:采用浅层地热能联合太阳能集热墙系统的通风模式C3的室内平均温湿度明显优于其他模式,平均温度降低了2.64℃;通风时间为12 h的C5模式,其被动降温效果优于其他两种模式,且随着通风时间的延长,被动降温效果出现下降的趋势。

住宅坡屋顶空间的气候设计研究

对夏热冬冷地区住宅坡屋顶空间的气候设计基本现状给予介绍,运用被动太阳能原理提出具有夏季通风和冬季保温的坡屋顶系统,通过测试表明,设计方法能有效地改善夏热冬冷地区住宅坡屋顶空间的热工环境,减少不可再生能源的消耗。

被动式太阳能建筑夏季降温实验研究

大量的应用及研究表明,夏季过热现象是制约被动式太阳能采暖技术应用的关键问题之一。本文通过对建于大连理工大学校园内的太阳能空气集热模块实验设施的夏季降温实验,在分析大连地区的夏季自然降温潜力的基础上,重点讨论了夜间通风与室内热质结合、集热模块的遮阳与通风方式等措施对缓解夏季过热程度的作用。实验结果表明,集热模块的通风与遮阳能有效降低南墙壁面温度,夜间通风与热质结合时至少能降低室内温度1～2℃。

综合式太阳房辅助通风性能模拟

被动式太阳房是降低建筑能耗的有效方法之一。针对带有阳光间的综合式太阳房在夏季用于辅助通风时的通风性能进行了计算分析。通过对其阳光间建立传热模型,计算求解阳光间内空气的平均温度,从而求得太阳房辅助通风的通风量。结果表明,综合式太阳房的辅助通风性能可以满足一般住宅的新风要求,但对于有更高通风要求的建筑物则能力有限。文中的模拟计算,为今后对综合式太阳房进行深入的理论和实验研究提供了必要的理论基础。

秦巴山地建筑被动式通风优化设计

提高建筑室内热环境和减少建筑能耗是实现可持续发展的主要途径.通过对秦巴山地典型建筑夏季室内热环境进行实地测试,发现测试建筑室内热环境恶劣.为改善室内热舒适性,因地制宜地提出对典型建筑加设太阳能烟囱和改变房间开口特性进行优化设计.利用ANSYS.CFX三维软件,建立典型建筑及优化建筑的数值模型,结果显示典型建筑室内气流的速度和范围较小,大多数区域处于无风状态.而优化后的建筑,沿进深方向室内风速有显著的提高.同时,太阳能烟囱有利于冬季保温,这对被动式通风技术在秦巴山区建筑中的推广起到积极作用.

被动式太阳能建筑夏季降温实验研究

大量的应用及研究表明,夏季气温过热是制约被动式太阳能采暖技术应用的关键因素之一。本文通过对大连理工大学校园内的太阳能空气集热模块实验设施的夏季降温实验,在分析大连地区的夏季自然降温潜力的基础上,重点讨论夜间通风与室内热质结合、集热模块的遮阳与通风方式等对缓解夏季过热程度的作用。实验结果表明,集热模块的通风与遮阳能有效降低南墙壁面温度,夜间通风与热质结合时能降低室内温度1～2℃。

墙体-屋面组合式蓄热通风墙热工优化及其室内热环境分析

传统玻璃幕墙房间昼夜温差大、供暖能耗高,该文提出一种墙体-屋面组合式蓄热通风墙。建立该结构的传热数学模型,对屋面倾斜角度、通风孔尺寸、风机风速等影响因素进行优化分析,对比墙体-屋面组合式蓄热通风墙与传统玻璃幕墙房间的室内热环境及热负荷。结果表明:综合考虑总供热量和对流换热量,通风孔尺寸为250 mm×250 mm最佳;屋面倾斜角度和风机风速分别为45°和1.0 m/s时,蓄热通风墙的供热能力最佳。相比传统玻璃幕墙,墙体-屋面组合式蓄热通风墙房间自然室温保持在15℃以上的时间延长了约3.5 h,室温波动缩小了约3℃,昼夜温差明显减小;蓄热通风墙房间的热负荷降低了约40.7%。

太阳能通风墙系统结构及其关键因素综述

建筑通风是当前建筑能耗过高的主要因素之一,降低建筑通风能耗对于降低建筑能耗和减少碳排放具有重要意义。与主动式通风相比,被动式建筑通风具有结构简单、成本低廉、低碳环保等诸多优点。本文通过对国内外相关文献调研,综述了2种典型太阳能通风墙系统在结构及其关键影响因素上的研究进展和相关成果。首先分别调研了4种类型的Trombe墙和3种类型的太阳能烟囱的结构及特点,然后阐述了影响太阳能通风墙系统性能的关键因素及评价指标,最后基于各项影响因素的研究指出了太阳能通风墙系统未来的研究方向和重点。本研究内容可供太阳能通风墙系统的研究参考。

风塔型蒸发冷却通风降温系统研究

介绍了被动式蒸发冷却风塔、太阳能烟囱的基本原理。通过对被动式蒸发冷却风塔试验模型的测试及分析,发现其存在风量相对较小且不可控的不足。结合"一带一路"沿线地区丰富的干燥空气可再生能源及太阳能资源,提出了太阳能烟囱与风塔型蒸发冷却降温系统相结合的复合系统。对该系统进行了初步设计,理论分析表明:这2种技术的结合具有实际意义。提出了该系统的测试方案并进行测试。

高层建筑中Trombe墙诱导气流流动的研究

为对高层建筑下Trombe墙通道内的浮力诱导气流的流动特性进行研究,首先采用实验研究与数值模拟相结合的方法,对带有Trombe墙的二层建筑通道进行对比分析,验证模拟方法的可靠性。采用相同的数值模拟方法对24层建筑通道内的浮力诱导气流的流动状态进行研究优化。结果显示:在烟囱通道内设置三角形导流肋可改善气流流动状况,连通式通道通风效果明显优于分隔式通道。在连通式通道内,导流肋尺寸占通道宽度3/4时通风效果最好。

国家游泳中心围护结构节能分析

国家游泳中心(水立方)采用双层ETFE气枕围护结构,在薄膜上镀有银点,通过调整薄膜的层数和镀点密度,优化不同围护结构部分的传热系数和遮阳系数,同时通过对围护结构空腔部分采取机械通风来降低夏季室内冷负荷。通过模拟软件对围护结构被动式太阳能利用、自然采光、空腔通风、自然通风等进行了节能分析计算,并将实际建筑与根据相关标准建立的参照建筑进行了全年能耗模拟比较,结果表明这种围护结构节能效果显著。

基于太阳能墙体的PHDC技术在湿热地区的应用设计

目前,学校建筑室内降温方式主要分为空调系统或者风扇等,然而空调系统的初投资和运行成本都比较高,而风扇的降温效果不是很理想。学校经费紧张、常规能源紧缺,这无疑都不是环保节能降温的方式。因此,将重点放在整合被动、经济高效的冷却策略以改善建筑内部环境非常重要。设计集合了两种被动式系统,即利用相变材料的太阳能墙体和被动冷风式蒸发冷却下向通风系统:利用蒸发降温过程产生的冷空气,结合除湿系统,通过太阳能墙体内空气的自然流动而强化室内自然通风,对建筑进行通风降温,同时除去建筑内部的湿气,实现热量的控制和舒适的冷却,与机械冷却相比,能耗更低,成本更低,无需使用风机和管道,进而实现最大可能的节能减排。

太阳烟囱关键性能影响因素及优化措施综述

通过文献综述的方式从太阳烟囱性能影响因素的定量研究、定性优化及其在自然通风中的应用等角度对相关文献进行了归类汇总,并指出影响太阳烟囱性能的因素为太阳烟囱的形态、安装及使用条件、材料及所处环境条件,以作为建筑师主导下的“主动式”或“被动式”设计新方法构建的理论支撑。