建筑能耗模拟用典型气象年的统计时长优化及应用研究

来源 :西安建筑科技大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:youaidu2009
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建筑节能越来越受到广泛的关注,如何降低建筑能耗是亟需解决的现实问题,在建筑设计的初期进行建筑能耗模拟是一种普遍应用且有效的技术手段。目前,全球气候变化迅速,导致以往采用30年历史气象数据选取的TMY缺乏代表性。如何根据气候变化的规律,对建筑能耗模拟用TMY的统计时长(Period of Record,POR)进行优化,并分析其对建筑能耗模拟的影响,提升建筑的能耗模拟准确性,是本论文的重要研究内容。论文主要完成了以下四个方面的工作:(1)进行了TMY静态统计时长的研究,初步分析缩短统计时长对TMY挑选结果的影响,并确定了挑选TMY所需原始数据的最小统计时长。在五个建筑热工设计分区的11个二级区划中各选取一个典型城市,对比缩短后的统计时长(3~15年)和长期30年挑选出的不同TMY结果的差异,并对四种典型建筑建模,分析缩短统计时长后挑选的TMY对建筑能耗的影响。结果表明,对于干球温度和太阳辐射这两个对建筑能耗影响最大的气象参数,挑选TMY的统计时长可以考虑适当缩短,经过计算后选用合适的30年间更近期的数据。为了减少辐射的标准差平均波动幅度R<sub><sub></sup>S<sub></sup>R到1MJ/m2以内的同时,温度的标准差平均波动幅度R<sub><sub></sup>S<sub></sup>T到1℃以内,最少要用8年统计时长的数据,但根据城市位置和气候的不同,仍然会有部分城市的温度和辐射的标准差波动幅度较大。(2)进行了TMY动态统计时长研究中的气候突变分析,并建立了确定TMY统计时长的新方法——基于气候突变分析的统计时长(Period of Record based on Analysis of Abrupt Climate Change,A-POR)方法。对于气象数据不足30年的地区,这种方法更加简便直观。以严寒地区典型城市哈尔滨为例,采用线性倾向估计最小二乘法、累积距平法、Mann-Kendall法、滑动t检验法等对长期气候变化趋势及突变情况进行分析,得到哈尔滨基于气候突变分析的统计时长为9年,并发现近48年来哈尔滨发生了显著的气候变化,30年统计时长可能不再适用于哈尔滨地区。(3)针对有长期记录的气象数据的地区,提出了TMY动态统计时长研究中的最合适统计时长(the Most Appropriate Period of Record,M-POR)确定方法。利用标准差法和最优气候均态(Optimal Climate Normal,OCN)模型分别确定了TMY的最小统计时长和各气象指标的最优平均数的取值范围,通过两者的对比确定M-POR。同样以哈尔滨为例进行分析,得到哈尔滨挑选TMY的最合适统计时长为18年。(4)对五个建筑热工设计分区的典型城市进行了TMY动态统计时长确定方法的验证,以确定本研究提出的A-POR和M-POR这两种方法在其他不同气候区的适用性。同时还验证了M-POR、10年、30年、A-POR共四种统计时长对当前气候和未来气候的适应性。结果表明:在气候变化的条件下,目前标准中普遍采用的经验性的10年、30年的统计时长已不再适用。四种统计时长中,M-POR对当前气候和未来气候的适应性最好。在不同的气候区应使用不同的较短的统计时长,以更加准确地反映当地的代表性气候条件。本文基于我国气象数据的实际情况,针对我国建筑能耗模拟和设计应用需要,提出了气候变化下用于挑选TMY的统计时长的确定方法。通过提高TMY挑选结果的准确性,为建筑师提供准确的建筑能耗评判的科学依据,此研究可为在气候变化背景下提升TMY结果的准确性提供新的思路,给我国低能耗地域性建筑的可持续发展、减少建筑的CO2排放量和适应气候变暖的低能耗优化技术提供可靠地研究支持。
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