夏热冬冷地区被动房性能影响机理及设计策略研究

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目前,我国建筑能耗占社会总能耗的40%以上,且每年以1%的速度在增加。此外,与气候相近国家相比我国单位建筑面积采暖能耗是其余国家的2至3倍。如果高耗能建筑的发展没有得到有效代替和遏制,我国能源生产增长的速度可能将不能满足建筑能耗增长的速度,当能源供不应求时就会危及我国各方面的安全,因此节能减排,势在必行。针对能源安全,近年来在建筑行业引进了被动式技术。该技术充分利用地理位置、气候条件等自然资源实现节能目的。被动式技术最先引入我国北方寒冷地区,取得了不错的效果,而夏热冬冷地区被动式建筑刚刚起步,被动式技术尚未成熟。为了进一步响应国家能源安全的号召,减少建筑在使用周期内的能源消耗,降低建筑在我国能源消耗中的占比,在夏热冬冷地区推行被动式建筑显得急迫而重要。论文以夏热冬冷地区成都市典型被动房作为研究对象,应用Sketch Up软件建立计算模型,然后将该模型导出IDF文件到能耗模拟软件EP-Launch,设置不同工况对应的参数并进行数值模拟,得到被动房各工况下对应的全年能耗和人体舒适度指标等。论文研究了建筑朝向、围护结构保温材料、全热新风一体机、遮阳以及窗墙比对被动房性能的影响。研究结果显示:综合分析建筑群落朝向对群落通风的影响和单体建筑朝向对室内采光、通风的影响,夏热冬冷地区的建筑朝向宜为南偏西0-22.5°;不同保温材料其厚度与性能关系呈非线性变化,每种保温材料都存在最佳保温厚度;全热一体新风机档位在一年中三段空调期对室内温度控制效果不一;外遮阳宜使用水平遮阳,垂直遮阳效果不佳;建筑整个窗墙比为0.3时,室内温度未达到设定点的总时间突然降低,大于0.35后室内灯光能耗不变。结合研究对象的地理位置确定了研究对象的建筑朝向为南偏西22°,固定建筑朝向后,根据保温材料对制冷、制热量的影响,选择了制热、制冷量最低的保温材料(5种)及相应厚度、全热新风一体机不同时间段使用档位(27种)、室内全热新风一体机恒温控制器温度(冬季采暖和夏季制冷开启条件温度)和内遮阳材料选择(5种),相互组合的被动房设计策略组合(共有5×27×6=810种)。进一步结合已有的被动房性能影响机理分析,减少了全热新风一体机不同时间段使用档位,组合策略缩减为5×4×6=120种。在固定一种恒温控制器温度为18-26°时,对120种组合工况编号并模拟,经过综合分析,得出设计策略组合50是设计策略组合下的最优方案,即夏热冬冷地区被动房墙体保温材料宜选石墨聚苯板(150mm);外遮阳选择水平活动遮阳;不同窗高的遮阳板宽度不同,遮阳板宽度d与窗高a关系为d=a(2×tan600);内遮阳窗纱材质宜选涤纶,窗帘材质宜选亚麻布;全热新风一体机在夏季时制冷档位开到2档或3档(即制冷功率大于3.88KW),冬季制热档位固定在2档(制冷功率为2.14KW),在此工况下,被动房全年能耗相对节约百分比在58%以上,且全年舒适性时间占比超过74%。
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