被動式環(huán)境調控策略及技術集成應用研究.pdf

1、在整個低能耗建筑設計過程中充分考慮建筑本身的環(huán)境調控作用，是從根本上降低建筑能耗的重要途徑。最大限度地利用自然能源潛能，通過合理的建筑自身設計實現較舒適的自然運行室內熱環(huán)境是被動式環(huán)境調控建筑的基本設計理念。目前關于被動式環(huán)境調控的國內外相關研究多集中在建筑構件、材料和調控技術等相對分散的領域，同時存在調控技術性能不完善，缺乏技術集成應用較全面的熱特性研究成果，無法快速預測被動式環(huán)境調控設計對建筑熱環(huán)境的定量影響等問題，上述原因制約了被

2、動式環(huán)境調控建筑的應用與發(fā)展。因此，開展被動式環(huán)境調控技術及其集成應用的研究，為被動式環(huán)境調控建筑設計提供技術及理論支撐，具有重要的現實意義及學術價值。
　　本文以寒冷地區(qū)氣候適應性調控策略、變色太陽墻技術的研制及建筑集成應用為核心，通過實驗及理論研究，深入探討了基于變色太陽墻作用下，建筑熱響應特性、熱工性能改善和自然運行室溫快速預測方法等理論和技術問題，得到的主要成果如下:
　　首先，引入平衡點溫度作為評價參數，得到耦合太

3、陽能集熱構件建筑南外墻窗墻比優(yōu)化取值范圍以及不同被動式太陽能采暖氣候區(qū)的太陽能利用潛力范圍。研究結果表明，在大連氣候條件下，采用集熱構件后建筑的太陽能利用潛力提升了49.3％。同時，為讓冬季太陽能利用潛力最大化并防止夏季過熱，大連地區(qū)耦合集熱構件南墻的窗墻比優(yōu)化取值范圍在0.2～0.35之間(大連地區(qū)居住建筑節(jié)能65％設計標準推薦值:≤0.45)。
　　其次，提出變色太陽墻、光電風機和溫控風門等自動控制構件聯合運行的被動式環(huán)境調控

4、建筑模式，解決了既有太陽能熱利用技術存在夏季過熱、運行過程手動控制不方便等問題。以該模式為原型建造足尺大示范住宅并構建了計算機數據自動巡回監(jiān)測系統，通過對連續(xù)兩年實測結果的分析，得到變色太陽墻動態(tài)熱特性及技術集成建筑的熱響應變化規(guī)律。研究結果表明，采用擠塑板保溫、風機安裝在回風口并采用連續(xù)運行的熱效率最佳，達到56.8％;冬季晴朗天氣下利用變色太陽墻采暖可使室溫維持在10℃～17℃;夏季通過改變變色太陽墻集熱板顏色及開啟外部通風口可使室

5、內空氣溫度維持在24.8～26.6℃。
　　第三，基于考慮溫度分區(qū)及耦合集熱構件復合墻體的動態(tài)傳熱過程，依據動態(tài)熱網絡法耦合反應系數法，建立了變色太陽墻建筑動態(tài)傳熱過程計算模型。該模型充分考慮了集熱構件空氣間層與室內空氣的對流換熱、重質墻體蓄放熱等動態(tài)熱響應過程。經實驗驗證，計算結果與實驗結果的誤差在10％以下。
　　第四，基于提出的傳熱計算模型，考慮耦合集熱部件墻體的熱阻變化，解析得到確定被動式環(huán)境調控建筑南墻外保溫層最佳

6、厚度的通用表達式，并提出熱時間常數及內墻熱物性參數等優(yōu)化閾值范圍。通過對外保溫層最佳厚度解析表達式的分析，得到其影響因素主要為采暖/空調度日數、折現率、材料價格及導熱系數等，為便于工程應用，提出了保溫層最佳厚度與材料導熱系數的關聯式。同時，從提高建筑熱穩(wěn)定性目的出發(fā)，以室內外空氣振幅比和墻體內壁面溫度為評價參數，分別提出內墻導熱系數、比熱容以及厚度等參數的優(yōu)化取值范圍。
　　最后，針對目前被動式環(huán)境調控建筑室內熱環(huán)境難以快速預測及

7、輔助設備系統設計參數取值無依據等問題，基于變色太陽墻應用建筑熱過程實驗數據及相似準則，提出可快速預測在不同氣候區(qū)及建筑設計條件下被動式環(huán)境調控建筑的自然運行室溫公式。將集熱部件供熱量轉變?yōu)殡S太陽輻照度變化的室內得熱量項，故依據該公式可計算得到隨室外氣象參數變化的動態(tài)室溫波動，為被動式設計的定量調控效果及匹配輔助設備系統提供理論支撐。
　　本文通過對氣候適應性分析、技術改進及建筑集成應用研究到室內熱環(huán)境預測方法的提出，形成獨立完整的