论文部分内容阅读
被动太阳能采暖技术是一种“利用建筑本体南向设置的集热构件有效吸收和贮存太阳能,并将太阳能及时转化为热能为房间提供热量”的技术,具有经济效益好、构造简单和无需使用机械动力的优势,在我国被广泛采用。但是我国幅员辽阔,各地区气候存在显著差异,不同被动太阳能采暖技术的应用效果也各不相同,因此对我国进行被动太阳能采暖气候适宜性分区并在不同地区选出适用的被动太阳能采暖技术类型是十分必要的。目前对于被动太阳能采暖的气候分区主要是依据辐射和温度,大多忽略了采暖需求对被动技术应用的影响,易造成低需求地区利用被动太阳能采暖产生夏季过热和资源浪费等问题。也未充分考虑室外温度波动对选择被动太阳能采暖适用技术类型的影响,仅能得出被动太阳能采暖的地区适宜性,而无法准确指导不同地区被动技术的选择。基于此,本研究采用理论分析、数理统计和模拟计算等方法,对被动太阳能采暖地区的适用技术类型进行了研究。本研究利用最冷月南向辐射温差比、采暖度日数和冬季室外温度日较差度日数三级指标,分别表征气候适宜性、采暖需求和冬季室外温度的波动差异,采用k-means聚类方法分析我国270个气象台站典型气象年的指标参数,划分出22个不同适宜性、采暖需求及温度波动差异的地区。排除低采暖需求地区和不适用被动太阳能采暖地区,对各区域选用相应的典型城市,利用TRNSYS软件建立模型分别模拟室内温度和采暖负荷。选取典型城市最冷月典型日的室内温度波动幅度、平均温度、大于15℃的维持时间和采暖负荷作为评价指标,基于离差最大化综合属性评价方法得出不同地区适用的被动太阳能采暖技术类型。针对部分地区选择适用的技术无法满足太阳能采暖建筑要求的问题,对不同地区采暖期被动太阳能采暖技术的应用效果进行分析,提出不同时间段推荐的被动技术应用策略。主要研究结论如下:1)研究将我国分为22个不同适宜性、采暖需求及温度波动差异的被动太阳能采暖地区,得到5类不同适宜性地区,3类不同采暖需求地区,3类冬季不同室外温度波动地区。其中,西藏中南部、青海北部和南部部分地区属于高需求、冬季温度波动大的适宜被动太阳能采暖地区,应在推广被动太阳能采暖的同时,避免室温波动过大;内蒙古中部、新疆中部、黑龙江西南部、重庆、广西南部、广东南部、福建南部等地区为不适用被动太阳能采暖地区。2)研究得到了不同地区适用的被动太阳能采暖技术类型。其中,新疆西部、甘肃大部、内蒙古西南部、山东北部、河北南部、陕西北部地区适用附加阳光间式技术,室内温度波动较小;青海大部、新疆北部、西藏大部、四川大部、内蒙古北部、黑龙江东部、山西大部地区适用“集热蓄热墙+直接受益窗(窗墙比为0.3)”组合式技术,具有较好的得热和蓄热效果;内蒙古中部、新疆东北部、青海东北部、黑龙江西部地区适用“集热蓄热墙+直接受益窗(窗墙比为0.5)”的组合式被动太阳能采暖技术,这些地区冬季室外温度很低,提升室内温度为主要目标。3)研究以“优先利用被动技术,以被动定主动”的原则得出了适用被动太阳采暖技术但无法满足采暖要求地区采暖期不同时间段被动技术的四种应用策略:仅采用被动采暖技术、仅采用被动采暖技术但需采用遮阳措施或夜间保温、白天仅采用被动技术且夜间主动技术辅助采暖、全天主被动采暖技术相结合。研究中得出我国不同气候适宜地区适用的被动技术类型和推荐的被动技术应用策略,为我国被动太阳能采暖的工程技术人员提供设计和应用参考。