热质作用下被动式太阳能建筑热性能的研究

【摘要】：能源的短缺以及其在开发与利用过程中的低效率及所造成的环境污染等问题正成为我国经济与社会可持续发展的重要制约因素。开发和利用可再生能源是实行可持续发展战略的重要措施。建筑是用能大户,发展低能耗建筑或零能耗建筑已经成为我国的一项重要任务。 太阳能建筑利用建筑自身的特性来满足或者部分满足人们居住和生活的用能需求,可大大缓解建筑用能压力。但由于其性能等原因,目前我国的太阳能建筑多用于农村住宅和中小学校舍。制约太阳能建筑发展的一个重要因素就是其昼夜温差大,室内热环境不稳定,不能提供一个长期舒适的生活空间。 本研究从建筑蓄热的角度,从理论和实验研究两方面对太阳能建筑中建筑热质对室内热环境的调节作用进行了深入探讨。所得结论可以作为太阳能建筑热质设计的参考,对于改善太阳能建筑的热性能,促进太阳能建筑的应用和推广具有一定的积极意义。 本文首先对轻质型被动式太阳能建筑进行温度场实测以及模型计算,通过两方面的研究得到如下结论:在相同工况下,冬季太阳能建筑室内温度能够高出普通建筑2～5℃;特朗贝墙体得热随着太阳辐照度的增强而不断增加,但在照度较强时可能出现热动力不足的现象,从而使其集热效率反而有下降的趋势;轻质型太阳能建筑昼夜温差大,不对称辐射温差明显。 而后,针对目前轻质型太阳能建筑存在的问题,作者又分别从实验测试和模型的理论计算两方面研究了重质型太阳能建筑的热性能。实验研究表明:夏季重质型建筑的热性能无论在夜间通风蓄冷还是南窗遮阳情况下均优于轻质型建筑。夏季相同工况下重质型建筑室内温度能够低于轻质型建筑1～5℃。同时对重质型建筑的模型解析计算结果显示,自然状态下室内与室外空气温度波动的最大相位差为6小时,且当室内热质的时间常数大于20时,增加热质将对室内环境影响不大,这说明只有合理的设计热质才能达到既经济又有效的结果。 【关键词】：太阳能建筑 热质 热性能 计算模型
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TU111
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-21
• 1.1 建筑热质研究背景9-12
• 1.1.1 建筑用能危机9-10
• 1.1.2 人工采暖降温方式面临的问题10-11
• 1.1.3 发展可持续性建筑及合理利用建筑蓄热的必要性11-12
• 1.2 热质研究现状12-18
• 1.2.1 实验研究12-13
• 1.2.2 理论分析13-16
• 1.2.3 模拟分析及应用程序的开发16-18
• 1.3 研究的热点、存在问题以及未来的发展方向18-19
• 1.4 本研究的主要内容与研究意义19-20
• 1.5 本研究的创新点20
• 1.6 本章小结20-21
• 2 研究基础和本研究内容概述21-31
• 2.1 建筑热质的特性21-23
• 2.1.1 热质的延迟特性21-22
• 2.1.2 衰减特性22-23
• 2.1.3 建筑热质的蓄热特性23
• 2.2 本研究的实验测试与理论计算概述23-27
• 2.2.1 实验设备23-25
• 2.2.2 数据测试设备25-27
• 2.3 理论计算概述27-29
• 2.3.1 轻质型被动式太阳能建筑的传热传质模型28
• 2.3.2 重质型被动式太阳能建筑的传热传质模型28-29
• 2.4 本章小结29-31
• 3 轻质型被动式太阳能建筑的热性能研究31-48
• 3.1 轻质型被动式太阳能建筑热性能实验研究31-36
• 3.1.1 实验概述31
• 3.1.2 被动式太阳能建筑的热性能评价参数31-32
• 3.1.3 被动式太阳能实验房冬季热性能实测分析32-36
• 3.2 轻质型太阳能建筑热性能的模型计算36-47
• 3.2.1 特朗贝墙体传热过程分析36
• 3.2.2 计算模型的建立36-40
• 3.2.3 各部分对流换热系数的确定40-41
• 3.2.4 计算结果的实验验证41-44
• 3.2.5 被动式太阳能建筑集热性能分析44-47
• 3.3 本章小结47-48
• 4 重质型被动式太阳能建筑热性能的实验研究48-64
• 4.1 实验设备及方法概述48-50
• 4 1.1 太阳房及其对比房的构造以及建筑材料物性48-49
• 4.1.2 测试手段49-50
• 4.2 室内温度波动的评价方法50-53
• 4.2.1 参照物的选择50-53
• 4.2.2 评价参数53
• 4.3 不同工况下太阳房热质性能实验研究53-62
• 4.3.1 热质摆放方式对房间热性能的影响53-55
• 4.3.2 热质摆放前后两房间的温度波动差异55-56
• 4.3.3 热质的夏季夜间通风蓄冷56-57
• 4.3.4 遮阳对室内温度波动的影响57-59
• 4.3.5 热质对特朗贝墙体通风效率的影响59-62
• 4.4 本章小结62-64
• 5 重质型被动式太阳能建筑模型的解析计算64-82
• 5.1 太阳能建筑中常见集热部件的模型化64-69
• 5.1.1 定风量全新风系统65-66
• 5.1.2 定风量全回风系统66-67
• 5.1.3 变风量全新风系统67-68
• 5.1.4 变风量全回风系统68-69
• 5.2 重质型太阳能建筑计算模型的建立69-72
• 5.2.1 假设前提以及边界条件69-70
• 5.2.2 计算模型的建立70-72
• 5.372-75
• 5.3.1 室内热质与空气等温时模型的解析72-73
• 5.3.2 结果讨论73-75
• 5.4 室内热质与空气非等温模型的解析与讨论75-81
• 5.4.1 解析计算75-78
• 5.4.2 结果讨论78-81
• 5.5 本章小结81-82
• 结论与展望82-86
• 1. 论文结论82-84
• 2. 计划进行但还未展开的工作84-85
• 3. 重质型太阳能建筑发展展望85-86
• 参考文献86-90
• 致谢90-91
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书91

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