發(fā)布時間：2020-07-15 06:56

【摘要】：我國西部地區(qū)具有豐富的太陽能,采用被動式手段因地制宜地建造太陽能采暖建筑,可以降低建筑的采暖能耗。然而,受太陽能的不穩(wěn)定性和間斷性特點的影響,被動式太陽能建筑的室內(nèi)空氣溫度波動較為明顯,室內(nèi)溫度往往無法滿足人體熱舒適的要求。通過圍護結(jié)構(gòu)進行熱量儲存,能夠使被動式太陽能建筑的熱性能得到提升。為此,本文將被動式太陽能建筑與相變儲能墻體相結(jié)合,通過相變材料的蓄熱特性解決太陽能的間歇供應(yīng)與建筑采暖負荷在時間和需求量方面的矛盾。本文通過對既有太陽能建筑進行實地調(diào)研與測試,針對鄉(xiāng)村太陽能建筑室內(nèi)溫度波動幅度大、熱環(huán)境穩(wěn)定性差等問題,提出了將相變儲能墻體與太陽能建筑結(jié)合應(yīng)用的研究構(gòu)思。基于相變傳熱特性分析,建立相變儲能墻體模型并進行熱工評價。進而建立相變儲能被動式太陽能鄉(xiāng)村采暖建筑傳熱理論模型,從室內(nèi)熱舒適度角度出發(fā),考慮相變材料的相變溫度、導(dǎo)熱系數(shù)、潛熱值、建筑模型參數(shù)及用量等因素的影響,對相變儲能被動式太陽能鄉(xiāng)村采暖建筑的應(yīng)用效果進行分析。最后,通過熱滲透原理進行相變材料層厚度的設(shè)計,并對優(yōu)化設(shè)計后的房間進行熱舒適評價。本文的主要成果如下:(1)通過對拉薩地區(qū)某民居進行熱環(huán)境現(xiàn)狀的測試發(fā)現(xiàn),該地區(qū)太陽輻射強度較高,對室內(nèi)熱環(huán)境的貢獻較大,但當(dāng)前仍然存在室內(nèi)空氣溫度波動較大的問題,提出將被動式太陽能建筑與相變儲能墻體結(jié)合應(yīng)用的構(gòu)想。并指出,對于結(jié)合相變儲能墻體的太陽能建筑,其室內(nèi)熱舒適度的改善效果應(yīng)從客觀環(huán)境及人體熱舒適需求的角度綜合考慮,最終確定相變儲能墻體應(yīng)用效果評價指標為室內(nèi)空氣溫度波動及“日室內(nèi)溫度不舒適度時數(shù)”。(2)基于被動式太陽能鄉(xiāng)村采暖建筑的特點,確定了具有代表性的建筑模型,并基于此模型,采用傅氏級數(shù)表達方法對建筑在內(nèi)外雙側(cè)熱擾耦合下的內(nèi)表面溫度進行了相應(yīng)的表達。從室內(nèi)側(cè)波動熱擾變化可以看出,設(shè)置相變材料層于墻體內(nèi)側(cè),可使相變材料更好地發(fā)揮對室內(nèi)空氣溫度波動的平抑作用。(3)通過對相變材料的熱物性參數(shù)進行優(yōu)化發(fā)現(xiàn),當(dāng)相變溫度過高或過低,均不利于材料性能的發(fā)揮。導(dǎo)熱系數(shù)在材料放熱階段對室溫影響不大,在吸熱階段對室溫影響較為顯著。在拉薩地區(qū)氣候條件下,為使所選相變材料在墻體中的使用達到較好的效果,建議建筑長寬比為1.4:1。(4)通過計算得到不同朝向墻體的熱滲透深度:南墻熱滲透深度為39mm,東墻的熱滲透深度為35mm,北墻與西墻的熱滲透深度為34mm。優(yōu)化前的室內(nèi)溫度波動范圍為10.9℃～26.5℃,優(yōu)化后的室內(nèi)溫度波動范圍為14.5℃～24.3℃,通過優(yōu)化使室內(nèi)溫度波動明顯受到抑制,且日室內(nèi)溫度不舒適度減小了63.0%。通過本文的研究,以期對相變材料在圍護結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用與優(yōu)化提供有益的理論參考。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU18
【圖文】：

我國太陽能資源分布圖（資料來源：中國科協(xié) 新Fig.2-1 National solar resources division的慣用表述，太陽能建筑有主動式和被動式的缺點主要有投資大，設(shè)備利用率低，技術(shù)要借助外部能源進行一定的支撐。然而與之方便、構(gòu)造簡單等多方面優(yōu)點，具有明顯的公用建筑的設(shè)計時，建筑主要采用被動式設(shè)筑地域適應(yīng)性氣候分區(qū)與集熱方式差異性較大，在建造被動式太陽能建筑前應(yīng)狀況，并考慮建筑的類型與用途、當(dāng)?shù)氐馁Y[52]。一般情況下，被動式太陽能采暖建筑垂直布置，故選擇南向輻射溫差比（ITR ）指標，可將被動式太陽能采暖氣候分區(qū)劃分

圖 2-2 中國建筑氣候區(qū)劃圖（來源：文獻[56]）2-2 China's building climate zoning (Source: Literatur 可以發(fā)現(xiàn)，被動式太陽能建筑最佳及適宜氣建筑的保溫系統(tǒng)應(yīng)達到設(shè)計的基本要求。同二類地區(qū)，我國西藏地區(qū)和西北地區(qū)屬于該暖奠定了基礎(chǔ)，本文選取拉薩地區(qū)與銀川地筑熱環(huán)境測試與分析人類文明的發(fā)展，為了抵御自然環(huán)境惡劣的斷發(fā)展的。室內(nèi)熱環(huán)境又稱室內(nèi)氣候，主要環(huán)境與外部氣候環(huán)境之間有緊密的聯(lián)系，因?qū)Ξ?dāng)?shù)氐臍夂蛱卣鬟M行了解具有至關(guān)重要的人們的生活水平日益提高，為了提高太陽能對不同氣候條件下的各類建筑進行實地測試而針對存在的問題尋求符合實際要求的合理相關(guān)因素的考慮，于 2016 年 12 月對西藏拉

而導(dǎo)致建筑能耗的增長成為能耗的主要增長點。隨著城鎮(zhèn)化的發(fā)展，在西藏發(fā)展和利用太陽能，可以促進能源短缺問題的解決，也可以推動生態(tài)環(huán)境保護這一薄弱環(huán)節(jié)的不斷更新與進步[59]。與此同時，與生物質(zhì)能源相比，太陽能資源的清潔度較高，因此，在西藏拉薩地區(qū)大力推廣被動式太陽能建筑是實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一，同時也可改善建筑室內(nèi)熱環(huán)境，提高居民熱舒適度。2.2.2 測試對象測試建筑選址于西藏拉薩市西藏大學(xué)，選取某四層砌體結(jié)構(gòu)的教師公寓作為測試對象，該建筑坐北朝南。從室內(nèi)空間的設(shè)置可以看出，建筑設(shè)計者在考慮了利用太陽能，將主要使用房間（主臥、客廳等）布置在南向，并在南向設(shè)置附加陽光間，將輔助使用房間（次臥、廚房等）布置在北向。客廳尺寸為 3.9m×3.6m，主臥尺寸為 3.0m×4.84m，南次臥尺寸為 2.6m×3.6m，北次臥尺寸為 2.5m×3.78m，各房間室內(nèi)凈高 3.0m，外墻為340mm 厚的混凝土實心砌塊，內(nèi)隔墻為 240mm 厚的混凝土實心砌塊，屋頂為 200 厚的鋼筋混凝土板，無保溫層，餐廳與廚房之間的隔斷采用鋁合金門，窗戶采用單玻鋁合金窗，室內(nèi)無輔助熱源。被測建筑立面圖見圖 2-3。

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