建筑热环境数值模拟及节能分析

【摘要】： 建筑热环境及其能耗动态分析是建筑节能分析的基础,在工程实践中有不可或缺的指导意义。本文以亚热带地区夏季一东西向的顶层房间为研究对象,对其各方位、室内外墙体的温度进行了为期一个月的测量;建立了自然通风条件下围护结构与室内外环境进行热交换的理论模型,综合考虑太阳辐射、环境辐射、对流换热、自然通风换热以及围护内表面间辐射换热的共同作用,计算了初夏和夏至日该建筑的围护结构和室内空气温度;计算了一实际中由楼板、梁、柱及砖墙组成的整体结构在高温环境中的温度场变化;最后,以室内热环境温度变化为基础,计算了建筑逐时负荷的变化趋势。 数值模拟结果与测量得到的数据基本一致:夏季室内空气温度随着室外空气温度变化而变化,上午室内外空气的温差逐渐变大,直到下午14时才开始变小。由于建筑外表面温度随太阳高度角和太阳方位角的变化而变化,温度变化最剧烈的是屋顶,其次是西墙;夏季晴天的上午围护内表面温度变化比较平缓,下午则呈现较为明显的上升趋势,直到16时温度才开始趋于平缓。 高温环境中,围护结构各受火面在三维方向上的温度分布不是均匀的,研究模型受火表面温度受到内部钢筋的影响而呈现波浪形分布;楼板和柱子的钢筋耐火极限应该作为整体而同时被考虑。 利用建筑热环境的计算结果对建筑负荷进行动态的分析,结果表明该建筑围护结构散热占总量的83%,建筑围护结构的改造对建筑节能十分重要。对建筑围护进行热工改造,围护结构负荷就下降了1.76×106KJ,比改造前下降了23.08%,效果显著。 【关键词】：建筑节能 围护结构 热环境参数 能耗计算
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TU111
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 研究意义及其背景11-13
• 1.2 建筑热环境及能耗动态分析软件的发展13-16
• 1.3 现有建筑热环境及其能耗计算方法的介绍16-19
• 1.4 研究内容19-21
• 第二章 初夏建筑墙体温度的实验测量21-33
• 2.1 测试仪器21-26
• 2.2 建筑墙面的温度测量26
• 2.2.1 实验地点概貌及观测点分布26
• 2.2.2 测量仪器及测量方法26
• 2.3 测试结果分析26-32
• 2.3.1 各围护外表面温度状况分析27-29
• 2.3.2 各围护内表面温度状况分析29-32
• 2.4 小结32-33
• 第三章 建筑室内热环境数值模拟分析33-49
• 3.1 建筑结构的计算模型33-35
• 3.1.1 物理模型33-34
• 3.1.2 基本假设34
• 3.1.3 围护结构的数学模型34-35
• 3.2 围护结构外表面的传热计算35-37
• 3.2.1 太阳辐射的计算35-37
• 3.2.2 围护结构外表面辐射量的计算37
• 3.2.3 对流换热系数的选取37
• 3.3 室内空气温度及围护内表面传热的计算37-39
• 3.3.1 室内空气的热平衡方程37-38
• 3.3.2 室内太阳辐射的计算38
• 3.3.3 自然通风交换的热量38-39
• 3.4 特殊情况下室内热环境数值模拟分析39-42
• 3.4.1 导热微分方程及其离散39-40
• 3.4.2 边界条件分析40-42
• 3.5 计算结果分析42-49
• 3.5.1 算例1——夏季某白天建筑热环境计算与测量42-43
• 3.5.2 算例2——夏至日建筑热环境参数计算43-45
• 3.5.3 算例3——火灾下楼板的温度场模拟45
• 3.5.4 算例4——火灾下梁柱结构温度场的数值模拟45-49
• 第四章 建筑能耗计算及其围护结构改善49-59
• 4.1 空调能耗计算方法介绍49-53
• 4.1.1 围护结构传入的热量Q_E49-50
• 4.1.2 空气渗透带入室内的热量Q_(Air)50
• 4.1.3 人体散热量Q_(PE)50-51
• 4.1.4 照明设备的散热量Q_L51-53
• 4.1.5 室内设备散热量Q_(EQ)53
• 4.2 建筑能耗计算及其结果分析53-56
• 4.2.1 能耗计算的边界环境53-54
• 4.2.2 计算结果及其分析54-56
• 4.3 模型围护结构优化及其效果分析56-59
• 4.3.1 围护改造方案56-57
• 4.3.2 改造结果比较57-59
• 结论59-61
• 参考文献61-64
• 附录64-83
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果83-84
• 致谢84

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