外显、灵活、多维、高效——从2022中国国际太阳能十项全能竞赛看建筑与光伏一体化设计趋势

建筑光伏一体化技术是实现建筑行业节能减碳的重要途径。以第三届中国国际太阳能十项全能竞赛(SDC2022)为例,对15个参赛作品在建筑与光伏一体化设计上的特征进行了比较,从美学表现、构造整合、功能复合、性能提升4个维度分析了当前建筑与光伏一体化的设计新趋势,指出:在美学表现上,通过光伏组件材质外观和光伏方阵形成积极外显的形态;在构造上,采用不同类型光伏灵活组合衍生多种应用场景;在功能上,将光伏发电与建筑围护结构的采光、集热、遮阳、防护等功能进行多维度复合;在性能上,通过光伏朝向与倾角、散热设计和电气系统综合提升产能效率。为建筑与光伏一体化技术的推广和应用提供新思路。

不同供暖末端办公建筑室内热环境和人体热舒适调研

为明确寒冷气候区办公建筑辐射供暖和对流供暖模式下的室内热环境参数是否能满足人体热舒适需求,本研究选取西安市不同供暖模式的办公建筑为调研对象,同时进行了室内物理环境测试和人体热舒适主观问卷调查,调研期间共获得1 120份有效问卷。结果显示:对流供暖模式下室内空气温度和竖直温差显著高于辐射供暖,且室内存在过热现象;辐射和对流供暖的中性温度分别为17.4℃和20.4℃,较高的室内空气温度形成了较高的中性温度和可接受温度上限。

基于非视觉效应的建筑室内人工光环境动态调控方法

以电子信息制造业中的封闭流水线车间作为研究对象,提出了一种基于光非视觉效应及智能优化算法的动态调光方法.首先,基于流水线车间这一建筑室内照明场景,制定了相应动态调光策略,在此基础上结合脉冲宽度调制技术的LED灯具及DIAlux中的光照模拟,建立了光照调控数学模型;其次,为提升蚁狮算法的寻优能力及鲁棒性,提出了基于PWLCM混沌映射、Levy飞行、萤火虫扰动及自适应混合变异机制的改进蚁狮算法,并利用改进蚁狮算法求解光照调控数学模型,实现了光照的最优控制;最后,设计了算法对比实验、光照调控准确度实验及光照模拟实验.实验证明,改进蚁狮算法相较于其他算法寻优能力更强、稳定性更高;动态调光方法可将照度误差控制在5 lux以内,调光准确;动态调光方法在节能的同时有利于缓解工人疲劳.

中国太阳能富集区居住建筑光储系统设计方法研究

以太阳能富集区居住建筑光储系统为研究对象,提出该能源系统的多目标优化设计方法。首先建立系统各设备动态模型,并以系统年化费用和建筑自持化率为优化目标,以全年逐小时供-储-需能流平衡、设备性能为约束,光伏安装倾角、方位角、容量以及储能电池容量为决策变量,并利用非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)结合TOPSIS方法评估不同情景下的系统最优方案,最后以拉萨单层居住建筑为案例分析验证所提方法的可行性。结果表明:该方法可得到建筑自持化率和经济性双重目标下的光储系统关键参数,且余电是否上网交易会对能源系统设计产生重要影响。

温度突变下人体热反应的实验研究

利用人工气候室模拟了不同季节对应的9种温度突变工况,对24名受试者开展了中性→热(冷)→中性往返式温度突变对人体热反应影响的实验研究,得到了环境温度发生突变时人体生理反应、主观反应及全身热负荷的变化规律。研究发现:在各突变工况下,主观反应变化超前于生理反应变化;突变前后人体生理和心理反应出现不对称现象;在热→中性突变工况下人体出现“冷感超越”,通过分析实验过程中人体各项散热量的变化规律,发现“冷感超越”的原因是皮肤蒸发散热量显著增大进而导致人体总散热量远大于产热量。温度突变动态环境中的热感觉与平均皮肤温度及其变化率均呈线性关系,得到了基于皮肤温度的热感觉预测模型。将人体热负荷及其变化量引入热感觉预测模型中,得到了基于热负荷的热感觉预测模型。PMV模型、基于皮肤温度的热感觉预测模型、基于热负荷的热感觉预测模型的对比显示,基于热负荷的预测模型能够更好地预测温度突变环境下的人体热感觉。

基于原型理论的乡村低碳建筑新模式探索

减少乡村建筑碳排放是实现建筑业“碳中和”目标的必须任务。通过分析“碳中和”目标下的乡村建筑碳排放面临问题、主要特征和工作难点,提出乡村低碳建筑设计与推广的关键是建立新模式以同时应对“宜居”和“绿色低碳”的需求。在此基础上,探讨了原型理论对构建乡村低碳建筑新模式的意义和实现路径,形成了基于“空间原型”与“技术原型”提炼协同的建筑设计方法,通过量化分析传统民居建筑样本空间要素和技术要素,提取归纳原型的关键设计策略,并根据建筑地域环境和外部需求进行原型调试改进和设计转译。基于乡村低碳建筑新模式的构建思路,以黄土高原靠崖窑民居改造设计为例进行实践应用。进一步提出市场化产品化、工业化标准化、示范性工程、增量式设计的乡村低碳建筑新模式的推广建议。

城市空间集聚性与居民生活碳排放相关性探索——基于全国110个城市数据的分析

城市空间与居民生活碳排放之间存在紧密关系,已有文献较多通过密度、开发强度等指标探讨城市空间对碳排放的影响,但有关城市空间集聚性与居民生活碳排放关系的实证研究并不充分,空间集聚的城市是否低碳仍存在争议。基于全国110个大城市和中等城市的样本数据,通过城市形态结构、各类用地分布和社会经济要素3个层面12项指标表征城市空间的集聚特征,并对这些变量如何影响人均、地均碳排放量进行实证分析。研究发现:建设用地理查德森指数、网格分维数等形态结构集聚性指标与居民生活碳排放强度显著正相关;居住用地莫兰指数、商业服务业设施用地莫兰指数等用地分布集聚性指标与居民生活碳排放强度亦显著正相关;人口密度、住宅容积率等要素集聚性指标与居民生活碳排放强度显著负相关。因此,向心聚集、向内填充的城市形态结构及居住、商业等单类用地性质在空间上的集聚分布不利于城市低碳化发展,疏解过度密集的城市中心、强化绿色开敞空间的丰富度,适度加强人口、住宅、产业等社会经济要素在空间中的高效集聚,具有显著的城市减碳控碳效应。

基于多源数据融合的建筑公共空间评价方法与技术路径研究

针对建筑公共空间设计与评价中存在的“评价指标的定量化不足、空间数据的快速采集和分析技术匮乏”问题,提出多源数据融合的建筑公共空间评价体系:建立公共空间多级评价指标,获取评价指标对应的多源数据参数,构建多源数据融合的分析方法,追溯多源数据分析的建筑学意义。进一步提出多源数据融合的建筑公共空间评价方法集成:基于室内定位数据的空间使用评价方法,基于人体感知数据的空间体验评价方法,基于行为动线模拟数据的空间组织评价方法,基于物理环境实测与模拟的空间性能评价方法,基于数据耦合分析的空间综合评价方法。

高原建筑富氧环境对短期进藏人员氧状态的改善效果研究

青藏高原常年低压缺氧,对建藏援藏外来人员的生理健康及舒适水平造成严重威胁。本文采用主观调查与客观生理参数测试相结合的方法,研究了高原建筑室内氧环境对人体氧状态的定量影响。结果表明:当人体处于缺氧状态时,环境氧浓度与平均动脉压和心率负相关,与血氧饱和度正相关,提高环境氧浓度可弱化血氧饱和度个体差异;人体大脑状态、头部感觉、植物神经功能状态和感官状态四类症状可作为反映人体氧状态的有效评价指标;各类症状对氧环境的舒适需求并不同步,环境氧气体积分数为24.97%时,进藏人员氧感觉改善率在56.04%~84.13%范围内。

高原建筑室内工作点位个性化供氧关键参数研究

青藏高原地区空气稀薄、极度缺氧,为人们供氧已成为保障人体心理与身体健康的迫切需求。基于此,本文针对高原建筑室内工作点位提出了个性化供氧策略,通过数值模拟,分析了不同因素影响下工作点位的氧扩散过程。结果表明,风口位置、送风速度及供氧浓度对呼吸区氧气浓度场的分布有显著影响,供氧风口高度不宜低于人体呼吸区高度,风口格栅向上倾斜30°~40°时供氧效果较好,送风速度在0.3~0.4 m/s时较为合适,供氧体积分数在28.1%~31.7%时可满足氧需求。综合以上因素,研究给出了个性化供氧关键参数取值范围,为高原低气压环境下高效供氧方案及参数选择提供参考。

拉萨市建筑室内湿环境现状及人员湿舒适特征分析

西藏高原建筑室内极端干燥问题突出,掌握高原室内湿环境现状和人员湿舒适特征是解决该问题的首要任务。本文以拉萨市各类典型建筑为研究对象,采用现场测试和问卷调研相结合的方式,从室内湿环境参数、湿主观评价投票和湿环境调控技术等方面量化分析了拉萨市建筑室内湿环境现状。结果表明:拉萨市夏季室内空气相对湿度基本处于40.0%~70.0%范围内,但冬季室内空气极端干燥,90.0%以上时间的空气相对湿度低于30.0%,当考虑温湿度组合调控时,加湿相比提高室内温度更能有效提升当地居民舒适度;高原短期居住人群中近80.0%的受试者认为拉萨市冬季室内干燥并期望所处湿环境水平提升,且湿不舒适投票占比为67.6%,高原长期居住人群的上述占比均降低约30.0%;仅有1/5的拉萨市建筑配有传统加湿技术,但难以有效提升室内湿环境水平,亟待提出高原适宜性室内湿环境营造技术方法。

西藏高原大型绿色数据中心发展潜力及问题分析

大型数据中心作为数据产业技术创新与应用的重要载体,近年来呈高速增长趋势,但其巨大的电力需求也带来了极大的用电负担。本文介绍了我国大型数据中心总体分布情况,重点分析了西藏高原全年平均气温低、空气洁净度高、气候干燥、可再生能源资源丰富等特殊条件在大型数据中心绿色节能运行方面的先天优势;进一步探讨了在西藏高原建设大型绿色数据中心需要克服的一些问题,为大型绿色数据中心的发展和布局及在西藏高原的适应性设计提供一定参考。

基于“两山”理论的秦岭北麓乡村空间营建策略研究

空间营建是秦岭北麓乡村地区“两山”实践的重要保障.研究提出在乡村“资源-资产-资本”的转化过程中,应构建“两环节、三层次、多主体”的“两山”转化空间营建路径:以生态基础培育和多元增值开发为两大空间营建环节,构建“区域→单元→地块”三层次营建体系,建立多主体参与共赢的营建机制.研究以西安鄠邑区为例,梳理其在大都市圈发展背景下“两山”转化的乡村空间营建问题,提出“要素统筹、生境修复、产居转型、有序共建”四方面空间营建策略,形成地域适宜性的绿色共建模式,以期为地区乡村振兴和高质量建设提供借鉴.

自复位转动摩擦阻尼器弯矩-转角恢复力性能研究

为了满足减震结构对可恢复功能的要求,针对传统摩擦阻尼器不具备自复位能力震后存在较大残余变形的问题,提出了一种基于形状记忆合金的自复位转动摩擦阻尼器,由摩擦耗能装置和形状记忆合金自复位装置组合而成。介绍了该SCRF(self-centering rotating friction)阻尼器的构造形式、工作原理,通过理论推导建立了SCRF阻尼器的弯矩-转角恢复力模型,通过ABAQUS软件有限元数值分析结果对弯矩-转角恢复力模型进行了验证,分析了低周往复荷载作用下SCRF阻尼器的滞回性能,并进行了参数分析。结果表明:有限元计算结果与阻尼器恢复力模型结果吻合良好;提高接触面间的摩擦因数与斜面高度可以提高阻尼器的最大承载力、耗能能力、有效刚度,但是超过一定限值的斜面高度会降低阻尼器的自复位能力;施加SMA螺栓预紧力可以提高阻尼器的摩擦启动弯矩,对于阻尼器的耗能能力与最大承载力影响不大。

超长滤袋局部加密对滤袋表面过滤风速分布的影响

针对超长滤袋表面过滤风速沿其轴向分布极为不均的问题,采用数值模拟方法探究了超长滤袋局部加密对滤袋表面过滤风速分布的影响,为提升超长滤袋袋式除尘器的过滤性能寻求解决方法。结果表明:当超长滤袋未进行局部加密时,滤袋表面过滤风速沿其轴向自上而下呈递减趋势,最大过滤风速高达3.18 m/min(设计过滤风速为1.0 m/min),对应过滤风速分布均匀性指数为0.122,过滤风速分布极不均匀,此时滤袋顶部受到高速气流的冲刷作用明显;当对超长滤袋顶部30%长度滤袋进行局部加密后,滤袋表面过滤风速分布均匀性得到显著提升;当局部加密孔隙率由85%降至60%时,滤袋表面过滤风速分布均匀性指数由0.037先增至0.518后降至0.434,对应除尘效率并不受影响;当局部加密孔隙率取值为65%时,滤袋表面最大过滤风速降至2.1 m/min,此时过滤风速分布均匀性指数达到最大值0.518。

平均辐射温度对工业厂房热环境评价指标的影响

为探讨辐射作用对室内高温环境评价的影响,研究平均辐射温度对室内高温环境评价指标湿球黑球温度(TWBG)的影响规律。通过现场测试某铸造厂房的空气温度、相对湿度、空气速度及湿球黑球温度,揭示了平均辐射温度与空气温度的差异对室内TWBG的影响,研究了热环境参数空气温度、平均辐射温度及相对湿度随室内TWBG的变化规律,阐明了环境参数对平均辐射温度的补偿关系。结果表明:平均辐射温度与空气温度的差异会对室内TWBG造成显著影响;随着室内TWBG增大,平均辐射温度与空气温度升高、湿度降低;为保持相同的TWBG,平均辐射温度每升高1℃,可降低空气温度0.2~0.4℃或升高相对湿度1~2百分点进行补偿。研究结果为工业厂房室内环境参数设计及高温环境评价提供一定指导。

基于使用后评估的餐厅环境特征偏好及其空间设计要素探析

本文对餐厅室内环境设计进行使用后评估研究,通过用户内容生成法获取使用者评价数据,以PCA法对其进行数据分析,发现使用者对餐厅室内环境设计的偏好特征。通过文献研究和专家咨询进一步解析影响使用者偏好特征的餐厅室内环境空间设计要素,在此基础上分析餐厅室内环境空间设计策略并建构设计策略图谱,以呈现使用者视角下的餐厅室内环境特征、设计要素、设计策略之间的关系。

部分浸泡再生混凝土Mg^(2+)-SO_(4)^(2-)-Cl^(-)复合盐侵蚀耐久性损伤特征与机制

为系统研究与揭示西北地区部分掩埋再生混凝土(RAC)结构耐久性损伤特征与机制,以浓度为20%的复合盐溶液为侵蚀介质,开展了14种掺辅助胶凝材料RAC部分浸泡于复合盐溶液的耐久性试验,综合分析RAC动弹性模量、宏观与微观形貌、侵蚀产物物相组成与相对含量的经时变化规律。部分浸泡RAC沿纵向高度分为饱和区、气-液两相界面区、水分传输区及干燥区。侵蚀初期气-液两相界面区损伤程度高于饱和区;侵蚀中后期饱和区的损伤持平或超过气-液两相界面区,水分传输区损伤初现。饱和区侵蚀状态由初期的化学侵蚀转变为中后期的化学-物理双重侵蚀,气-液两相界面区在侵蚀期间均呈现出化学-物理双重侵蚀。化学侵蚀产物为水镁石、硬石膏/石膏、钙矾石、Friedel盐及碱式氯化镁;物理结晶盐包含氯镁石、白钠镁矾、氯化钠、水合硫酸镁、Na_(2)SO_(4)及芒硝,各侵蚀产物与结晶盐的相对含量均随浸泡时间延长而改变。侵蚀后期,Na_(2)SO_(4)和芒硝相互转化使RAC物理力学性能急速退化。粉煤灰-矿渣复掺RAC抗侵蚀性能整体较好,粉煤灰-硅灰复掺最差,后者在浸泡时间180 d时抗压强度损失率高于60%。矿渣-硅灰-偏高岭土三掺RAC耐久性显著高于粉煤灰-矿渣-偏高岭土三掺,后者在侵蚀180 d时已经溃散。四掺辅助胶凝材料RAC性能衰减速度均匀,但抗侵蚀性能仍处于较低水平,相同浸泡时间下,其耐久性指标均与粉煤灰-矿渣复掺RAC差距较大。

用于铝压延厂房油雾控制的环吸式排风罩设计方法

环吸式排风罩是针对铝压延加工工艺油雾散发特征而提出的一种高效捕集设备,可以大幅降低系统风量,从而减少能耗和降低碳排放量,但目前仍缺乏此类排风罩的通用设计方法。本文选取10个铝压延车间铝冷轧机及排风罩为研究对象,探究了不同轧机尺寸组合下排风罩罩口处污染物扩散断面尺寸和排风罩捕集性能,通过回归分析得到了排风罩罩口设计尺寸和设计风量的计算方法,可供工程设计人员参考。

铝熔炼炉排烟罩捕集性能分析及优化数值模拟

铝加工厂房熔炼工艺中高温烟尘散发强度大、浓度高,对建筑室内外环境和人员健康危害大。为提高铝熔炼炉局部排烟罩捕集效率,本文研究了排烟罩捕集效率与量纲一排风量(排烟罩排风量/烟尘散发量)的关系;基于消涡原理及气流卷吸特性,提出了排烟罩捕集性能优化方法。研究表明,当量纲一排风量小于3.2时,增大排风量会显著提升排烟罩的捕集效率,为风量经济区。排烟罩几何特征优化后,在风量经济区内烟尘逃逸率降低了20%左右,系统排风量降低了6.1%~44.1%。