黄、渤海沿岸被动式太阳能建筑热性能的研究

【摘要】： 在海岛、海岸以及海上城市等海上空间的开发利用中,被动式太阳能建筑能够充分利用得天独厚的太阳能资源,解决海上建筑常规能源供应所带来的一系列技术、经济问题,不仅具有明显的经济效益和环保效益,而且具有深远的社会意义。 黄、渤海沿岸处于北半球暖温带寒冷地区,属于海洋性兼季风性气候。该地区被动式太阳能建筑的全年热舒适性亟需提高,尤其是夏季室内过热问题普遍存在,是限制被动式太阳能建筑推广应用的症结所在。为此,对黄、渤海沿岸被动式太阳能建筑的热特性及建筑设计方法开展系列研究,将为有效解决海上建筑的能源供应问题和舒适性问题提供科学依据,促进海上空间的开发,具有十分重要的理论意义和工程实用价值。 基于前人的研究和构想,从兼顾提高冬季保温性能和消除夏季过热的思路出发,提出了内置卷帘和温控风门联合控制的被动式太阳能建筑全年热环境控制措施。其特点是利用集热蓄热墙体内置卷帘进行冬季保温、夏季遮阳;利用不同位置风门的启闭控制通风的流向以加热或冷却房间。设计并建造了采用这种控制措施的原型被动式太阳能实验房,在黄、渤海沿岸海洋性兼季风性气候条件下,分别对不同热环境控制措施下冬季保温性能、夏季隔热降温性能进行对比性实验,研究结果表明,冬季卷帘保温作用可以提高房间舒适性;夏季可以有效消除过热,室内温度基本低于29℃,低于非空调房间可接受的上限温度。 在最佳控制模式作用下,对上述被动式太阳能实验房的动态热过程进行了实验研究。利用偏相关分析方法,分辨出室内空气温度的诸多耦合影响因素中的主导因素,进而分析了提高建筑热性能的有效途径;量化分析了集热蓄热墙体的蓄放热过程以及建筑内自然对流换热特性;研究结果发现,在本实验条件下,夹层内空气流动处于从层流到湍流的复杂流态。无论是集热蓄热墙还是玻璃盖板,都至少有一半的高度全天处于空气湍流状态。根据Rα数的变化率,空气循环可以划分为起始、稳态循环和消失三个阶段。 基于动态热网络分析法和频域回归分析方法,首次对卷帘和温控风阀联合控制下的集热蓄热墙式被动太阳能建筑这种特殊形式的建筑,建立了整体建筑全年热过程的动态数学模型。该模型考虑了侧面有开口夹层以及封闭夹层内的热压驱动的自然对流换热、墙体的非稳态导热、太阳辐射和围护结构表面之间的辐射等综合传热过程。采用基于热平衡分析得到的指数形式理论公式确定夹层内空气温度参数。通过模拟结果与实验数据的对比,实验结果与模拟结果之间吻合良好,验证了该数学模型的准确性。 通过经验证的数学模型,对黄、渤海海岸被动式太阳能建筑热性能的影响因素以及建筑设计的优化进行了进一步分析。模拟分析结果表明,夹层厚度的增加会提高室内空气温度,但也会增加室内空气倒流进夹层的可能性,夹层厚度为0.3m较为适宜;在集热蓄热墙体面积一定的条件下,墙体宽高比为1/4时,有效供热量达到最大。通过与同纬度内陆地区集热蓄热式被动太阳能建筑热性能的对比,分析了改进型被动式太阳能建筑全年热环境控制措施对黄、渤海沿岸地区的适用性。 【关键词】：海洋性气候 被动式太阳能建筑 热环境控制 热过程 热网络模型
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TU18
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-33
• 1.1 研究背景11-19
• 1.1.1 被动式太阳能建筑—适于海洋空间利用的节能建筑11-14
• 1.1.2 被动式太阳能建筑热性能的内涵14-16
• 1.1.3 黄、渤海沿岸气候特点及其对建筑的影响16-19
• 1.2 集热蓄热墙式被动太阳能建筑热性能研究现状19-25
• 1.2.1 建筑集热性能20-21
• 1.2.2 建筑蓄热性能21-23
• 1.2.3 建筑室内热环境23-25
• 1.3 研究方法的比较分析25-29
• 1.3.1 原型实验方法25
• 1.3.2 模型实验方法25
• 1.3.3 基于能量平衡的传热分析方法25-28
• 1.3.4 基于计算流体力学的数值仿真方法28-29
• 1.4 目前存在的科学技术问题29-31
• 1.5 本文主要工作31-33
• 2 黄、渤海沿岸被动式太阳能建筑全年热环境控制措施的改进33-54
• 2.1 既有集热蓄热墙式被动太阳能建筑的气候不适应性分析33-34
• 2.2 黄、渤海沿岸被动式太阳能建筑热环境控制改进措施的提出34-37
• 2.3 被动式太阳能建筑热环境控制改进措施效果的实验验证37-52
• 2.3.1 实验设计37-41
• 2.3.2 卷帘与温控风门联合调节对冬季保温的作用41-46
• 2.3.3 遮阳与通风调节对夏季降温的作用46-52
• 2.4 本章小结52-54
• 3 黄、渤海沿岸改进型被动式太阳能建筑热过程的实验研究54-72
• 3.1 被动式采暖系统的热力响应54-63
• 3.1.1 实验运行控制54-56
• 3.1.2 室内空气温度影响因素分析56-57
• 3.1.3 围护结构热响应57-60
• 3.1.4 空气温度日变化60-61
• 3.1.5 空气热循环特性61-63
• 3.2 被动式降温系统的热力响应63-70
• 3.2.1 实验运行控制63-64
• 3.2.2 被动式降温性能影响因素分析64-65
• 3.2.3 围护结构热响应65-68
• 3.2.4 室内空气温度分布68-69
• 3.2.5 被动通风过程分析69-70
• 3.3 本章小结70-72
• 4 改进型被动式太阳能建筑全年动态热过程的数学模型72-114
• 4.1 全年运行工况及建筑热过程分析72-73
• 4.2 模型建立的假设条件73-74
• 4.3 动态热容热阻网络模型的建立74
• 4.4 被动式采暖系统热过程数学模型的建立及求解74-100
• 4.4.1 空气热循环工况的计算模型74-89
• 4.4.2 卷帘保温工况的计算模型89-94
• 4.4.3 模型求解及验证94-100
• 4.5 被动式降温系统数学模型的建立及求解100-113
• 4.5.1 卷帘遮阳工况的计算模型100-106
• 4.5.2 无卷帘遮阳工况的计算模型106-108
• 4.5.3 模型求解及验证108-113
• 4.6 本章小结113-114
• 5 黄、渤海沿岸集热蓄热墙式被动太阳能建筑热性能的模拟分析114-137
• 5.1 计算条件114-117
• 5.1.1 建筑模型114-115
• 5.1.2 室外气象参数115-117
• 5.2 集热性能分析117-122
• 5.2.1 空气夹层厚度与风口面积不同组合的影响117-119
• 5.2.2 集热蓄热墙体宽高比的影响119-120
• 5.2.3 集热蓄热墙体高度的影响120-122
• 5.3 蓄热(冷)性能分析122-123
• 5.4 保温隔热性能分析123-126
• 5.4.1 保温性能分析123-125
• 5.4.2 隔热性能分析125-126
• 5.5 与同纬度内陆地区改进型被动式太阳能建筑热性能的比较126-135
• 5.5.1 气候条件的比较126-129
• 5.5.2 冬季卷帘与温控风门联合调节保温性能的比较129-130
• 5.5.3 夏季遮阳与通风调节降温性能的比较130-135
• 5.6 本章小结135-137
• 结论137-138
• 参考文献138-142
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况142-143
• 创新点摘要143-144
• 致谢144-145
• 附录A 基于频域回归方法的围护结构非稳态传热计算145-148
• 附录B 空气夹层内自然对流换热的计算148-151
• B1 侧面开口竖直夹层内空气自然对流换热148-149
• B2 封闭夹层内的自然对流换热149-151
• 附录C 太阳辐射得热量计算151-154
• 附录D 实验数据154-165
• 附录E 主要符号表165-170

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

高寒地区利用太阳能改善农户热舒适性的实证研究    罗光华

被动式太阳能建筑结合相变墙体在沈阳地区的应用研究    陈其针

基于BIM的太阳能建筑设计初探    石莹

利用太阳能采暖的技术发展    苑金生

论我国太阳能建筑的发展前景    余九如，余丽

被动式太阳能采暖房数学模型及模拟计算程序——Ⅰ.直接受益型和集热墙型PSHDC(上篇)    王德芳,午锁平,喜文华

国外节能建筑对太阳能的利用    苑金生

建筑墙体的延时与削弱作用    杨艺,邓启红,时冰冰

太阳能建筑发展思路    仲继寿

太阳房实用技术讲座（1）    王恒一

北京市住宅环境热舒适研究    夏一哉,赵荣义,江亿

建筑热过程的随机分析    江亿，洪天真

几种集热-贮热墙式太阳房的动态模拟及热性能比较    叶宏,葛新石

屋面被动冷却蒸发层温度波衰减问题    孟庆林,陈启高

湿表面蒸发冷却作用下的广义综合温度研究    孟庆林

垂直面上的太阳辐射强度    唐鸣放

建筑节能应与地区气候结合    毛建西,陈玉兴,王波

夏热冬暖地区中庭的天窗型式与耗能    彭小云;

建筑热环境模拟分析用逐时相对湿度生成方法    高庆龙;杨柳;刘大龙;王丽娟;

夏热冬冷地区夏季住宅室内适应性热舒适调查研究    李俊鸽;杨柳;刘加平;

陶粒湿屋面隔热效果的测试研究    杨红霞;戴天兴;刘加平;李盛斌;

中国采暖与空调负荷的分布特征及与外界影响要素的关系    吕思强;永村一雄;井川憲男;

节能多孔砖墙体热工性能的数值计算及应用分析    王晓璐;黄大宇;

内置转子套管换热器的实验及数值模拟研究    张震;杨卫民;阎华;丁玉梅;

集热蓄热墙式太阳房的室内环境模拟分析    沈娇;李德英;

上海地区多联式空调系统全年动态能耗分析    陈茂科;胡松涛;周睿;王刚;李绪泉;

太阳能热水系统贮热水箱温度分层实验结果及分析    姚春妮;郝斌;贾春霞;

典型天气条件下辐射制冷换热模型分析    康海宏;董华;李英;

通信机房(基站)用蒸发冷却空调应用初探    周海东;黄翔;屈元;

中央空调系统节能改造    陈哲;

太阳能保温猪舍的结构设计与效益分析    高殿义;王树仁;于飞;袁玉明;姜兆鸿;夏平彦;

毛细管平面辐射空调传热特性的研究    刘学来;李永安;

蒸发式冷气机在通信基站的适用性分析    周海东;黄翔;屈元;

湿热地区通信基站建筑节能设计策略与技术    陈沂

广府传统民居通风方法及其现代建筑应用    曾志辉

湿热地区降雨对墙体传热的影响研究    李丽

扩散火焰形态及气化炉内熔渣沉积与传热规律研究    梁钦锋

微尺度环境下预混火焰稳燃方法的研究    汪洋

缸盖冷却水套内沸腾传热特性的研究    傅松

振荡流热管换热器换热性能及其在干燥系统中的应用研究    柴本银

高温岩层巷道主动降温支护结构技术研究    李国富

热电联产系统冷源领域节能及耦合机理研究    林振娴

新型分布式供能系统热力特性研究    王锡

方钢管混凝土火灾条件下温度场和温度应力研究    赵永梅

热电厂能量利用与节能技术改造研究    李华

聚氨酯小框体外墙外保温体系研究    田利辉

接触热阻对聚合物注塑成型冷却过程影响的研究    赵保才

带嵌件注塑模具冷却过程的边界元分析    张明飞

强内热源多孔介质条通道流动换热实验技术研究    丁铜伟

化学回热器结构设计及性能分析    许亮

增压锅炉过热器动态性能仿真研究    曹和平

薄膜热物性的测试系统研究    吕安新

建筑热质与太阳能空气采暖耦合作用研究    杨文晓

被动式太阳能建筑设计探讨    蔡余萍;杨祖贵;

北方采暖地区既有居住建筑节能改造融资方案设计    金占勇;韩青苗;孙金颖;刘长滨;

太阳能建筑发展趋势    高辉;

寒冷地区农村住宅太阳能采暖技术与应用实践    管振忠;王崇杰;薛一冰;王德林;

太阳能建筑发展面临的问题与对策    倪虹

不完全信息下政府和消费者对公共产品的博弈分析    王文甫;

农民收入水平对农村家庭能源消费结构影响的实证分析    陆慧;卢黎;

建筑节能激励政策的非对称博弈分析    徐江;刘应宗;尤爱军;

我国农村生活能源中SO_2、NO_X及TSP的排放量估算    虞江萍;崔萍;王五一;

O_2/CO_2气氛下燃煤过程中SO_2排放特性实验    陈传敏;赵长遂;赵毅;梁财;庞克亮;

适应夏热冬冷地区气候的建筑表皮之可变化设计策略研究    李保峰

区域农村生活能源生态经济系统研究    李国柱

光伏太阳能热泵的动态分布参数模拟与实验研究    何汉峰

地源热泵与太阳能集热器联合供暖系统研究及仿真分析    吴晓寒

上海高层住宅外界面太阳能系统整合设计研究    史洁

西藏地区被动太阳能建筑采暖研究    王磊

太阳能建筑整合设计对策研究    赵群

基于被动式设计策略的气候分区研究    夏伟

太阳能居住建筑采暖系统优化决策及市场化推广研究    杨建平

光伏建筑一体化计算机辅助设计系统开发    徐建国

太阳能十项全能竞赛建筑设计研究    孙昊天

武汉地区BIPV气候适应性策略研究    赵森辉

基于BIM技术的建筑节能设计软件系统研制    冯妍

太阳能热水系统与建筑一体化应用技术研究    郭晓洁

被动式采暖降温技术对室内热湿环境调节作用的研究    孙鹏

被动式太阳能建筑设计气候分区研究    谢琳娜

寒冷地区既有居住建筑节能改造研究    郭文娟

BIM技术在计算机辅助建筑设计中的应用初探    赵昂

基于与太阳能建筑结合的室内热环境研究    魏生贤

基于BIM技术的被动式建筑设计探讨    李慧敏;杨磊;王健男;

复合相变储能材料的研制与潜热储能中热物理现象的研究    夏莉

太阳能通风结合相变墙体在夏热冬暖地区的应用研究    王源霞

海洋——人类未来的希望    张登义

围护结构热参数的计算机测试及动态热流分析    张国强，陈在康，娄长彧，陈友明

建筑围护结构动态热特性模型及其识别    张国强,陈在康,丁力行

海洋波浪能发电技术进展    余志;

第一台商业性的波力发电站建成（每度电价人民币0．75元）    陈加菁

围护结构三维导热数值仿真研究    樊洪明,曾剑龙 ,简毅文 ,江亿

内、外保温对空调房间墙体得热的影响研究    左政,华贲,陈友明

英国的潮汐发电站规划    Ｄ．拉塞尔,李德万

多层透明盖板-吸热板系统的辐射换热问题    葛新石,孙孝兰

被动式暖房的研究及其进展    李元哲,方贤德

钢-材系统热过程(1)    高仲龙,张欣欣,温治,高光宁

V型太阳能空气集热器热过程的数值模拟    袁旭东,田玫,黄素逸,王崇琦

蓄热式空气预热器热过程的数学模拟    郭伯伟

连续热镀锌退火炉内热过程数学模型及其分析    李强;温治;豆瑞锋;程淑明;邹航;董斌;

如何控制焊接应力和变形    田拥军

应用ANSYS有限元软件求解连铸坯热过程    闫小林,陈伟

N_2O_4/UDMH 火球特性的实验与理论研究    王振国,鄢小清,刘昆,陈新华,张育林

种植屋面热过程的研究    冯雅,陈启高

钢-材系统热过程(2)    高仲龙,张欣欣,温治,高光宁

浅谈通风双层玻璃幕墙的热过程与节能设计对策    陈涛;宋海静;

抽灌井群场含水层渗流热过程实验方法    周学志;高青;

神经外科清醒病人发热过程的心理表现及心理护理    任丽华;

绿色生态住宅刍议    陈伟莹;宋德萱;

CSP工艺中连铸热过程的数值模拟    武文斐;张欣欣;

中红外高反膜的激光热场分析    王颖;章岳光;刘旭;顾培夫;厉以宇;李明宇;

板栗淀粉对板栗脯某些特性的影响    黄雪松;朱风涛;刘俊杰;孟庆风;

果菜产品保护的新技术    贝尔纳.陶舍尔;

青藏高原构造热演化模型研究    沈显杰;

电子对由非热过程产生的含平流单温吸积流    杨丕博;

地温地震前兆的物理机制    张永仙;张国民;石耀霖;

注意给新生儿保暖    副主任医师 李泽华

“土成果”带来保障高效益    陈纲、张建铎

荷兰花卉缘何香飘世界    本报驻布鲁塞尔记者　杨广志

长春供热昨日结束    记者 贾瑛 董馨

从巨额亏损到巨额利润    邓经国

瑞士：钻采地热不当引发地震    顾钢

正确掌握中草药煎煮的水量、火候、时间    詹富强

健康饮食新“煮”张    

“地利人和”树立市场信心    本报记者 韩益

病人发热 护理别“发热”    林风

黄、渤海沿岸被动式太阳能建筑热性能的研究    赵金玲

地板供暖设计与运行基础理论研究    刘艳峰

二硫代甲酸类镧系配合物热解制备倍半硫化物的热过程    陈三平

传统民居建筑热过程研究    张继良

激光转镜宽带扫描热过程研究    王云山

锡、铋的纳米材料的合成与性质研究    范春华

受电弓——接触网系统电接触特性研究    吴积钦

步进底式加热炉热过程数学模型的建立与验证    孟建忠

庭院热过程    王志毅

被动式太阳能建筑设计气候分区研究    谢琳娜

被动式太阳能建筑动态室温预测及能耗分析    刘静君

大型步进式加热炉炉内流动与传热的数值模拟    解长举

搅拌摩擦焊中热过程数值模拟分析    郭晓娟

家兔发热过程中单核细胞HSF1的表达与IL-1β、TNF-α mRNA表达的关系    马中女

CSP连铸热过程数值模拟    金光

在LPS致大鼠发热过程中下丘脑TRPV4对体温及cAMP含量、[Ca~（2+）]_i的影响    王兰兰

和频过程中的高效能量转换与绝热和透热过程    李百宏