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文檔簡介
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(jì)特別是被動(dòng)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(dòng)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(jì)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(jì)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(jì)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(shí)間的變化,并以典型空氣加熱過程為例,
4、分析了不同時(shí)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(shí),室外環(huán)境隨時(shí)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(dòng)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。考慮到我國建筑氣候分區(qū),將參考建筑設(shè)定于五個(gè)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(shí),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(shí),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(jì)尤其是被動(dòng)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(gè)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
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