湿热湿冷地区房屋热稳定性研究

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湿热湿冷地区是我国一个特殊的气候区域,其气候特征表现为夏季高温,冬季阴冷,全年相对湿度都较高。与干热干冷气候区相比较,干热干冷气候区被动式建筑设计的一个重要思路是利用围护结构的蓄热延迟性,增加围护结构的热惰性,对室内的温度波动采取“削峰填谷”的控制策略。而湿热湿冷区的围护结构传统意义上都认为应该减少围护结构热惰性,但由此设计思路造成的实际状况是,可能由于围护结构的温度波动增加,造成室内温度波动过大,虽然室内日平均温度满足舒适要求,但也可能因为温度波动造成偏离舒适温度,增加空调启用的时间,产生了过多的能源消耗。因此,针对该气候区的气象条件,明确室内热稳定性变化特征,寻求合理的被动式设计策略,延长房间自然运行时间,对于人口高度密集的湿热湿冷地区,是建筑节能工作亟待推进解决的问题。  本课题从提高室内热环境舒适性且不增加能耗的角度出发,以房屋热稳定性为研究对象,采用理论研究、计算机模拟论证与实验研究相结合的方法,系统研究适宜湿热湿冷地区的室内温度波动控制的原理与方法,提出合理的建筑围护结构的热物性参数,及建筑设计中相关设计参数。重点的研究工作如下:  (1)对影响湿热湿冷地区的室内热稳定性的因素进行了理论分析,分别对有限厚度围护结构及薄壁围护结构的热过程进行了理论描述,确立了描述湿热湿冷地区的房屋热稳定性的数学物理模型。  (2)对湿热湿冷气候区典型居住住宅进行了冬季和夏季室内热环境现场实测;对室内外空气温度、相对湿度、太阳辐射值、壁面温度等影响房屋热稳定性的主要因素进行了连续性测试与分析。现场测试与分析的结果为校验模拟软件E+在湿热湿冷地区的适用性、围护结构热物性参数的影响规律以及设计因子的优化模拟分析提供了可靠的依据。  (3)通过房屋热稳定性评价方法的建立,利用数值模拟方法对自然运行状态下,围护结构相关热物性参数对房屋热稳定性能的影响规律做了研究分析;对于无保温和有保温设置的房间,分析了不同热惰性指标对房屋热稳定性的影响规律;对围护结构的稳态传热与动态传热做了详细的优化配比研究。  (4)研究了包括外墙传热系数、屋面传热系数、窗户传热系数、太阳得热系数、建筑朝向、窗墙比等不同的围护结构热物性参数及建筑设计参数对房屋热稳定性的影响规律进行了研究和分析,得到的影响规律为后面的构造优化组合设计打下基础。  (5)采用了六因素三水平的正交试验表设计了模拟的实验方案,采用前面模拟得到的单因素影响规律作为量变分析的参照标准,通过多因素的组合变化模拟,定量的总结了传热系数、热质、窗墙比以及太阳得热系数等主要影响因素对热稳定性的影响规律,从而总结出在湿热湿冷地区四个典型城市(成都、重庆、长沙、绵阳)的建筑设计参数对房屋热稳定性的影响的权重系数以及相关系数,可用于建筑设计中快速判断房屋热稳定性能的依据。  得到的研究结论如下:  (1)在湿热湿冷地区,不设置保温层的房间,D值理想区间为1.5-2.0左右;在有保温的房间,随着D值的增加,房屋热稳定能在2.5左右达到最佳的效果。  (2)对稳态传热与动态传热的组合优化研究,通过控制不同保温状态下,室内温度波动在舒适区的时数,得到的结论表明:在体形系数≤0.40时,最优的匹配关系应该是传热系数为1.0,热惰性指标为2.0;在体形系数>0.4时,最优的匹配关系应该是传热系数为0.8,热惰性指标为2.0。  (3)通过对典型城市的建筑设计组合因子的研究分析,得到传热系数、热质、窗墙比以及太阳得热系数等设计因子与房屋热稳定性的影响规律;并分析得到四个典型城市的最优方案的有效温度保证率分别是48.76%、40.33%、51.32%、47.96%。
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