节能住宅建筑能耗模拟研究

【摘要】：随着我国国民经济的快速发展,城市化进程的加快,能源需求的持续增高。建筑能耗约占我国总能耗的1/4 左右,而空调系统能耗约占建筑能耗的30%-60%。因此建筑节能设计成为最重要的节能工具。 本课题以北京市某具有代表性的节能住宅为例,利用动态能耗分析软件EnergyPlus 的强大功能,从构成供热系统的热用户出发,讨论集中供热系统节能问题,提出了两种动态控制模型和两种节能住宅模型。 本课题以美国能源部开发的动态能耗分析软件EnergyPlus 为计算平台进行建筑能耗模拟。 本文提出了采暖期负荷动态控制模型(Heating Period Load Dynamic Control Model,简称HPLDC),该模型利用ASHRAE 提供的典型气象年的逐时气象数据资料,把整个采暖期分为三个阶段包括初寒期、严寒期和末寒期,对每一个阶段采用改变供水温度的质调节和改变供水流量的量调节的手段进行分段调节控制。 本文提出了室内温度动态调节模型(Indoors Temperature Dynamic Adjusting Model,简称ITDA)。该模型依据人们每天在室内的活动规律,通过设定不同的室内温度和风机盘管的运行工况,使得室内热环境既能满足人体舒适度要求又能减少运行能耗。并以两口之家、三口之家和四口之家为例按照ITDA 模型运行,验证模型提出的正确性。 本文利用EnergyPlus 软件对上述两种控制模型进行了模拟,分析采用这两种控制手段对建筑能耗的影响。研究发现采用HPLDC 模型进行分段控制与传统的按定流量运行情况相比可以节约能耗11.6%;而采用ITDA 模型进行分工况的控制对于两口之家可以节约能耗35.8%,对于三口之家可以节约能耗21.8%,对于四口之家可以节约能耗47.5%。 本文详细分析了外墙墙体结构形式对建筑能耗的影响和各种玻璃的传热系数以及双层外窗之间空气夹层的厚度对外窗传热系数的影响。并通过改变墙体结构为加气混凝土和外窗形式采用双层Low-E 玻璃提出了节能住宅模型1。通过模拟得到采用节能住宅模型1 比传统的节能住宅节约能耗12.4%;改变外墙保温砂浆的形式,并适当加大南墙窗户的面积,提出了节能住宅模型2,通过模拟得到采用节能住宅模型2 比传统的节能住宅节约能耗11.9%。 【关键词】：节能 建筑能耗分析 EnergyPlus 住宅 供暖
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TU111
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 研究课题的提出11-12
• 1.2 建筑能耗研究的发展状况12-15
• 1.2.1 现代负荷计算的发展历史12-13
• 1.2.2 国外发展状况13-14
• 1.2.3 国内发展状况14-15
• 1.3 本课题研究的内容及现实意义15-16
• 1.4 小结16-17
• 第2章 建筑能耗分析的基本原理17-25
• 2.1 静态能耗分析法17-20
• 2.1.1 有效传热系数法17-18
• 2.1.2 度日法(Degree-Day)18-20
• 2.1.3 温频法20
• 2.2 动态能耗模拟法20-22
• 2.2.1 谐波反应法20-21
• 2.2.2 传递函数法和反应系数法21-22
• 2.2.3 有限差分法22
• 2.3 静态分析方法与动态分析方法的比较22-24
• 2.4 小结24-25
• 第3章 EnergyPlus 软件介绍25-43
• 3.1 EnergyPlus 简介25-32
• 3.1.1 建筑全能耗分析软件25-26
• 3.1.2 EnergyPlus 开发背景26
• 3.1.3 EnergyPlus 的特点26-27
• 3.1.4 EnergyPlus 与 DOE-2 的比较27-28
• 3.1.5 EnergyPlus 的输入输出28-30
• 3.1.6 EnergyPlus 的计算思路30-32
• 3.2 EnergyPlus 能耗分析的理论基础32-42
• 3.2.1 房间的扰量32-39
• 3.2.2 房间的得热量39-42
• 3.3 小结42-43
• 第4章 北京市某节能住宅的能耗模拟与节能分析43-85
• 4.1 住宅节能概述43-46
• 4.1.1 住宅节能的重要性43
• 4.1.2 住宅舒适性的评价指标43-44
• 4.1.3 建筑节能分析44-46
• 4.2 本章研究的重点46
• 4.3 模拟对象46-48
• 4.3.1 概述47
• 4.3.2 建筑HVAC 系统47-48
• 4.4 采暖期负荷动态控制模型(Heating Period Load Dynamic Control Model,简称HPLDC)48-59
• 4.4.1 HPLDC 模型的提出48-50
• 4.4.2 HPLDC 模型的核心思想50-51
• 4.4.3 供暖期的状态划分51-53
• 4.4.4 HPLDC 模型的实现53-55
• 4.4.5 HPLDC 模型的验证55-59
• 4.5 室内温度动态调节模型(Indoors Temperature Dynamic Adjusting Model,简称ITDA)59-71
• 4.5.1 ITDA 模型的提出59-60
• 4.5.2 室内热环境的状态划分60-61
• 4.5.3 ITDA 模型的核心思想61-62
• 4.5.4 ITDA 模型的实现62-64
• 4.5.5 ITDA 模型的验证64-71
• 4.6 住宅节能因素分析71-84
• 4.6.1 住宅的特点71-74
• 4.6.2 外墙保温形式对建筑能耗的影响74-77
• 4.6.3 外窗形式对建筑能耗的影响77-79
• 4.6.4 节能住宅模型179-81
• 4.6.5 节能住宅模型281-84
• 4.7 小结84-85
• 第5章 EnergyPlus 程序分析检验85-90
• 5.1 EnergyPlus 程序的可靠性85-89
• 5.2 使用EnergyPlus 还存在的问题及解决的方法89
• 5.3 小结89-90
• 结论90-91
• 参考文献91-95
• 攻读学位期间发表的学术论文95-96
• 致谢96

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