發(fā)布時(shí)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(dòng)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(diǎn)的影響,被動(dòng)式太陽能建筑的室內(nèi)空氣溫度波動(dòng)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(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱量儲(chǔ)存,能夠使被動(dòng)式太陽能建筑的熱性能得到提升。為此,本文將被動(dòng)式太陽能建筑與相變儲(chǔ)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(fù)荷在時(shí)間和需求量方面的矛盾。本文通過對(duì)既有太陽能建筑進(jìn)行實(shí)地調(diào)研與測試,針對(duì)鄉(xiāng)村太陽能建筑室內(nèi)溫度波動(dòng)幅度大、熱環(huán)境穩(wěn)定性差等問題,提出了將相變儲(chǔ)能墻體與太陽能建筑結(jié)合應(yīng)用的研究構(gòu)思�；�于相變傳熱特性分析,建立相變儲(chǔ)能墻體模型并進(jìn)行熱工評(píng)價(jià)。進(jìn)而建立相變儲(chǔ)能被動(dòng)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(duì)相變儲(chǔ)能被動(dòng)式太陽能鄉(xiāng)村采暖建筑的應(yīng)用效果進(jìn)行分析。最后,通過熱滲透原理進(jìn)行相變材料層厚度的設(shè)計(jì),并對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)后的房間進(jìn)行熱舒適評(píng)價(jià)。本文的主要成果如下:(1)通過對(duì)拉薩地區(qū)某民居進(jìn)行熱環(huán)境現(xiàn)狀的測試發(fā)現(xiàn),該地區(qū)太陽輻射強(qiáng)度較高,對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的貢獻(xiàn)較大,但當(dāng)前仍然存在室內(nèi)空氣溫度波動(dòng)較大的問題,提出將被動(dòng)式太陽能建筑與相變儲(chǔ)能墻體結(jié)合應(yīng)用的構(gòu)想。并指出,對(duì)于結(jié)合相變儲(chǔ)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(chǔ)能墻體應(yīng)用效果評(píng)價(jià)指標(biāo)為室內(nèi)空氣溫度波動(dòng)及“日室內(nèi)溫度不舒適度時(shí)數(shù)”。(2)基于被動(dòng)式太陽能鄉(xiāng)村采暖建筑的特點(diǎn),確定了具有代表性的建筑模型,并基于此模型,采用傅氏級(jí)數(shù)表達(dá)方法對(duì)建筑在內(nèi)外雙側(cè)熱擾耦合下的內(nèi)表面溫度進(jìn)行了相應(yīng)的表達(dá)。從室內(nèi)側(cè)波動(dòng)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(duì)室內(nèi)空氣溫度波動(dòng)的平抑作用。(3)通過對(duì)相變材料的熱物性參數(shù)進(jìn)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(duì)室溫影響不大,在吸熱階段對(duì)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(dá)到較好的效果,建議建筑長寬比為1.4:1。(4)通過計(jì)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(dòng)范圍為10.9℃～26.5℃,優(yōu)化后的室內(nèi)溫度波動(dòng)范圍為14.5℃～24.3℃,通過優(yōu)化使室內(nèi)溫度波動(dòng)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(duì)相變材料在圍護(hù)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：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(dòng)式和被動(dòng)式的缺點(diǎn)主要有投資大，設(shè)備利用率低，技術(shù)要借助外部能源進(jìn)行一定的支撐。然而與之方便、構(gòu)造簡單等多方面優(yōu)點(diǎn)，具有明顯的公用建筑的設(shè)計(jì)時(shí)，建筑主要采用被動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(biāo)，可將被動(dòng)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(xiàn)[56]）2-2 China's building climate zoning (Source: Literatur 可以發(fā)現(xiàn)，被動(dòng)式太陽能建筑最佳及適宜氣建筑的保溫系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)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(jìn)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(duì)不同氣候條件下的各類建筑進(jìn)行實(shí)地測試而針對(duì)存在的問題尋求符合實(shí)際要求的合理相關(guān)因素的考慮，于 2016 年 12 月對(duì)西藏拉

而導(dǎo)致建筑能耗的增長成為能耗的主要增長點(diǎn)。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(jìn)能源短缺問題的解決，也可以推動(dòng)生態(tài)環(huán)境保護(hù)這一薄弱環(huán)節(jié)的不斷更新與進(jìn)步[59]。與此同時(shí)，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(dòng)式太陽能建筑是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑之一，同時(shí)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(duì)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(duì)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(jì)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�？蛷d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(shí)心砌塊，內(nèi)隔墻為 240mm 厚的混凝土實(shí)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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