【摘 要】
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我国城乡建筑规模持续增长使得建筑能耗不断加剧。国家为降低建筑能耗,鼓励城乡居民选择建造低能耗、低运行成本的近零能耗建筑。因此,研究近零能耗建筑围护结构热工性能和供能系统运行性能,对降低建筑能耗有着十分重要的意义。本文以北京大兴一处独立单层的乡村民用建筑作为研究对象,针对建筑围护结构和供能系统展开研究。使用TRNSYS建立建筑模型及供能系统模型。通过分析建筑围护结构的热工性能,改变建筑围护结构的传热
【基金项目】
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北京市科学技术委员会、中关村科技园区管理委员会项目（Z181100009818024）；
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我国城乡建筑规模持续增长使得建筑能耗不断加剧。国家为降低建筑能耗,鼓励城乡居民选择建造低能耗、低运行成本的近零能耗建筑。因此,研究近零能耗建筑围护结构热工性能和供能系统运行性能,对降低建筑能耗有着十分重要的意义。本文以北京大兴一处独立单层的乡村民用建筑作为研究对象,针对建筑围护结构和供能系统展开研究。使用TRNSYS建立建筑模型及供能系统模型。通过分析建筑围护结构的热工性能,改变建筑围护结构的传热系数,最终确定最优的建筑围护结构组合方式。使用GenOpt中的Hook-Jeeves算法对供能系统中光伏系统进行以度电成本为目标函数的寻优计算,得到了最优的光伏系统装机容量和最低的度电成本。对空气源热泵系统进行以建筑运行成本为目标函数的寻优计算,得到空气源热泵系统在各个阶段最优的设定温度和最低的建筑运行成本。从而在保证建筑舒适度的情况下,进一步降低该近零能耗建筑的能耗和运行成本。本文对仿真模型进行校验时,按照实验条件对模型进行参数输入。将在相同条件下得到的实验结果和模拟结果进行对比,对模型进行可信性验证。最终得到实验结果与模拟结果的均方差变异系数在15%以内,满足ASHRAE-14中规定均方差变异系数的可接受的误差指标范围。因此,认为模型是准确可靠的。在对建筑模型的模拟研究中,通过对墙体、门窗及屋面的内外表面温度和传热量的分析得到了东侧与西侧墙体热工性能相近,南向与水平屋面热工性能相近,东侧与北侧门窗热工性能相近的结论。根据建筑围护结构的热工性能设计L18（3~7）正交试验。试验结果表明试验指标影响因素最大项为东-北侧门窗项,且影响全年能耗与供热能耗因素的主次顺序较为接近。根据因素的影响主次综合考虑,确定最优的围护结构优化水平组合为东-西、南侧墙体传热系数为0.13 W/（m~2?K）,北侧墙体传热系数为0.11W/（m~2?K）,门窗传热系数为0.61 W/（m~2?K）,屋面传热系数为0.11 W/（m~2?K）。在对供能系统模型的模拟研究中,在GenOpt中使用Hook-Jeeves算法寻优得到最优光伏电池装机容量14.50k W,蓄电池装机容量6.00k Wh,度电成本0.40元/k Wh,系统年收益5896.01元。寻优得到空气源热泵系统各个供能阶段最优机组设定温度分别为:11月1日-11月22日为41.5℃、11月23日-12月19日为42.8℃、12月20日-2月15日为39.0℃、2月16日-3月8日为40.8℃、3月9日-3月31日为43.3℃、5月20日-6月11日为7.5℃、6月12日-8月18日为7.0℃、8月19日-9月25日为8.0℃。在系统最优设定温度下建筑全年平均每天的运行成本为0.49元/天。在最优条件下,建筑全年运行可获得收益7235.43元,且满足PMV和PPD的指标范围。
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