建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)與暖通空調(diào)能量系統(tǒng)熱力學(xué)基礎(chǔ)研究.pdf

1、能源是人類社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著社會的發(fā)展能源問題日益突出。作為能源消耗的重要部門，建筑能源消耗占到了世界一次能源消耗的三分之一左右，建筑節(jié)能勢在必行。研究指出，暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗是建筑能耗的重要組成部分，如何有效降低暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗對于建筑節(jié)能至關(guān)重要。從能量的本質(zhì)來看，節(jié)能實(shí)質(zhì)上是減少對能源可用部分的消耗，即節(jié)(火用)。本文是在總結(jié)以往研究的基礎(chǔ)上，提出了以室內(nèi)環(huán)境作為參考環(huán)境的建筑能量系統(tǒng)(火用)分析方法，建立建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)(火用)

2、分析模型，并對其主要影響因素進(jìn)行了分析，為建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計特別是被動式建筑節(jié)能技術(shù)提供理論指導(dǎo);分析了新風(fēng)負(fù)荷對暖通空調(diào)系統(tǒng)總體負(fù)荷的影響，提出了基于熱電效應(yīng)的主動型新風(fēng)熱回收措施，建立了熱力學(xué)分析模型，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究;引入現(xiàn)代(火用)分析方法，建立暖通空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)代(火用)分析模型，并對一辦公建筑的暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了分析，對暖通空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化分析。主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　(1)詳細(xì)闡述了(火用)分析方法的主要概念、計算方

3、法、(火用)效率等，并給出了建筑能量系統(tǒng)(火用)分析的常用計算方法;在闡述傳統(tǒng)(火用)分析方法局限性的基礎(chǔ)上，引入現(xiàn)代(火用)分析方法，并對其概念和計算分析方法進(jìn)行詳細(xì)闡述，為后續(xù)對建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)和暖通空調(diào)系能量系統(tǒng)的(火用)分析研究闡明了理論基礎(chǔ);
　　(2)建筑能量系統(tǒng)(火用)分析常采用室外環(huán)境作為建筑能量系統(tǒng)(火用)分析的參考環(huán)境，此方法具有一定的局限性。本文分析了濕空氣(火用)值隨地點(diǎn)和時間的變化，并以典型空氣加熱過程為例，

4、分析了不同時間地點(diǎn)對(火用)分析結(jié)果的影響。結(jié)果指出，以室外環(huán)境為(火用)分析的參考環(huán)境時，室外環(huán)境隨時間、地點(diǎn)等參數(shù)的變化對(火用)分析的結(jié)果影響較大，使得(火用)分析的結(jié)果不具有通用性。分析了建筑能量系統(tǒng)能量流動過程，可以將室內(nèi)環(huán)境看成建筑能量系統(tǒng)各種能量轉(zhuǎn)化的最終狀態(tài)，考慮到室內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定性，提出以室內(nèi)環(huán)境作為建筑能量系統(tǒng)(火用)分析的參考環(huán)境。
　　(3)結(jié)合能量分析和(火用)分析方法，建立建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱力學(xué)分析模型，

5、并以位于長沙的一辦公建筑為例，對其圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱力學(xué)性能進(jìn)行了分析，然后通過改變主要建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)，分別研究了外墻傳熱系數(shù)、外窗傳熱系數(shù)和窗墻比的改變對參考建筑熱力學(xué)性能的影響?？紤]到我國建筑氣候分區(qū)，將參考建筑設(shè)定于五個建筑氣候分區(qū)的典型城市，以考察不同氣候?qū)ㄖ崃W(xué)性能的影響。結(jié)果指出，建筑冷熱負(fù)荷的(火用)值較低，只需要品位較低的能源就能滿足建筑負(fù)荷需求，實(shí)際選擇暖通空調(diào)系統(tǒng)時，需要考慮到能源品質(zhì)的匹配，盡量引入低品位能源，提高能

6、源利用效率。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)對建筑熱力學(xué)性能影響較大，應(yīng)綜合考慮建筑全年冷熱負(fù)荷，合理確定建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)。對于建筑負(fù)荷各組成部分而言，在其進(jìn)入室內(nèi)形成冷熱負(fù)荷的過程中，存在較大的(火用)損失，本文揭示了建筑各種熱擾在形成負(fù)荷過程中的(火用)損失，進(jìn)而從(火用)分析角度說明了建筑熱擾的可利用性。其中，太陽輻射(火用)損失較大，可加以合理利用。并且，對建筑冷負(fù)荷進(jìn)行分析，特別是進(jìn)行(火用)分析時，不能忽略潛熱冷負(fù)荷對建筑全年冷負(fù)荷(火用)

7、值的影響，這點(diǎn)對于位于夏季潮濕地區(qū)的建筑尤為重要。建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱力學(xué)分析為建筑設(shè)計尤其是被動式建筑技術(shù)及建筑能量系統(tǒng)熱力學(xué)分析提供了理論指導(dǎo)。
　　(4)本文在分析不同氣候區(qū)域典型城市參考建筑的新風(fēng)負(fù)荷的基礎(chǔ)上，闡明了新風(fēng)負(fù)荷對建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)總負(fù)荷的重要影響。因此，為了降低新風(fēng)負(fù)荷，本文提出了基于熱電效應(yīng)的適用于小型空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)熱回收措施，建立了熱力學(xué)分析模型，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果指出，整個新風(fēng)機(jī)的工作過程中，新風(fēng)機(jī)組滿足新

8、風(fēng)處理要求，將新風(fēng)處理到室內(nèi)實(shí)際狀態(tài)。從能量分析角度而言，其工作效率較高，但是，通過(火用)分析發(fā)現(xiàn)，其(火用)效率較低，夏季模型(火用)效率最高為11.04％，冬季模型最高(火用)效率為5.06％。(火用)損失最大的部位為熱電芯片的內(nèi)部能量轉(zhuǎn)換，有必要引入其他能源提高熱電新風(fēng)機(jī)熱電芯片的效率，改進(jìn)熱電新風(fēng)機(jī)的性能;熱電新風(fēng)機(jī)與空氣之間的熱交換過程，尤其是熱電芯片熱端的換熱器在熱交換的過程中(火用)損失較大，其傳熱效率可進(jìn)一步改善。此外

9、，從熱電新風(fēng)機(jī)工作適宜工作的溫度來看，其適合于溫和地區(qū)的新風(fēng)熱回收。
　　(5)引入現(xiàn)代(火用)分析方法，建立暖通空調(diào)系統(tǒng)(火用)分析通用模型，并提出空調(diào)系統(tǒng)與負(fù)荷的匹配度的概念，來整體衡量空調(diào)系統(tǒng)能耗與負(fù)荷之間的能量本質(zhì)上的匹配程度，在此基礎(chǔ)上對典型辦公建筑空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行了分析。結(jié)果指出，此辦公建筑空調(diào)系統(tǒng)與負(fù)荷的匹配度較差，分別為采暖季Mheating=10.75，空調(diào)季Mcooling=54.15，應(yīng)盡量引入低品位冷熱源，減少

10、高品位能源的消耗，提升系統(tǒng)匹配度。從傳統(tǒng)的(火用)分析角度看，系統(tǒng)整體(火用)效率為采暖季6.81％，空調(diào)季3.19％，系統(tǒng)最大(火用)損失出現(xiàn)在風(fēng)冷熱泵機(jī)組，采暖季為15.11MWh，空調(diào)季為129.23MWh，應(yīng)重點(diǎn)對風(fēng)冷熱泵機(jī)組進(jìn)行優(yōu)化，來提升系統(tǒng)整體效率。而現(xiàn)代(火用)分析指出，系統(tǒng)的最大(火用)損失亦出現(xiàn)在風(fēng)冷熱泵機(jī)組，(火用)損耗的大部分是不可避免(火用)損耗，其可避免(火用)損耗為采暖季5.52MWh，空調(diào)季37.76MW