【摘 要】
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一直以来,不同气候条件下的建筑本身就具有与气候相辅相成的特点。自然界外界的气候与建筑节能可用措施密切相关,在建筑节能的设计中高效并且合理利用不同地域环境下的气候资源是实现建筑节能的有效途径。建筑节能设计流程主要分为被动式策略设计、加强围护结构热工性能设计及主动式技术合理应用三个阶段。随着主动式技术的不断发展及国家“煤改电”清洁供暖政策的提出,合理利用与气候息息相关的主动式技术是实现供暖逐渐成为解决
【基金项目】
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“国家自然科学基金重点项目”(编号:51838011); 中国科协“青年人才托举工程”计划(编号:2018QNRC001);
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一直以来,不同气候条件下的建筑本身就具有与气候相辅相成的特点。自然界外界的气候与建筑节能可用措施密切相关,在建筑节能的设计中高效并且合理利用不同地域环境下的气候资源是实现建筑节能的有效途径。建筑节能设计流程主要分为被动式策略设计、加强围护结构热工性能设计及主动式技术合理应用三个阶段。随着主动式技术的不断发展及国家“煤改电”清洁供暖政策的提出,合理利用与气候息息相关的主动式技术是实现供暖逐渐成为解决冬季供暖的重要手段。为满足精细化主动式设计,需要进一步量化不同暖通空调设备系统在不同气候条件下的应用潜力。空气源热泵以自然界中的室外空气作为低品位能源,其性能直接受室外空气影响。近年来,空气源热泵供暖技术不断发展,其气候适应性不断扩大。但是我国作为世界陆地面积第三的国家,城市数量多,经纬度跨度大,不同地区的气候条件差异十分明显。因此目前缺乏对不同地区空气源热泵供暖的气候潜力等级划分及性能评估研究。这大大限制了空气源热泵在我国范围内的广泛应用。本文在目前的研究背景及已有研究的基础上,为探究空气源热泵供暖技术在我国的气候潜力等级划分情况,基于空气源热泵结霜图谱进行气象数据统计分析,从而建立空气源热泵气候潜力等级划分体系,并采用Energy Plus软件系统性能模拟对我国居住建筑空气源热泵供暖气候适应性展开研究,并对空气源热泵室外计算参数进行梳理,最后提出更加适用于其系统设计的室外计算参数,并校验修正结果,主要研究内容如下:(1)从探究其气候潜力性出发,采用30年(1988-2017)累年日均值作为气象参数依据,根据最新空气源热泵结霜图谱统计分析了1019个城市全年365天的内结霜天数及全年所占比例。根据统计分析结果,分析了不同地区采用空气源热泵供暖结霜情况,并结合最冷日平均温度Tmin,m(一月中最低温度)分析不同地区的空气源热泵适用性,建立空气源热泵气候潜力等级划分体系,给出其气候潜力等级划分情况,具体分为非常适宜区、适宜区、慎用区及不适宜区四个区域。(2)从探究其系统应用性出发,在建立空气源热泵气候潜力等级的基础上,选择地板辐射作为供暖末端,基于Energy Plus软件建立空气源热泵地板辐射系统进行模拟分析。本文以典型居住建筑为例,采用“实际供暖季节性能系数”AHSPF及“供暖保障率”J两指标通过选址、建筑负荷计算、系统软件模拟及其制热性能评估等过程定量化模拟分析了空气源热泵地板辐射供暖在不同气候条件下的制热效果差异。模拟结果表明:AHSPF随着纬度的增加而减小,采暖期(采暖需用时长)则与其相反。空气源热泵地板辐射系统供暖在夏热冬冷地区表现优异,在寒冷地区AHSPF虽然偏低,但能较好地提高室内温度,具有推广意义。(3)当用空气源热泵地板辐射供暖系统供暖时,模拟结果表明:采用空气源热泵地板辐射供暖无法保证室内温度稳定地高于室内舒适温度。究其原因是因为室外条件不断变化,因此导致其制热量与传统热源(锅炉)相比相对不稳定。因此本文对供暖室外计算温度重新修正,并且对重新确定的针对空气源热泵的供暖室外计算温度进行校验,校验过程采用Energy Plus对系统进行重新模拟分析,探究室内温度的波动情况,从而研究是否达到室内舒适温度。结果表明:根据新的供暖室外计算温度选型的空气源热泵地板辐射系统提高了“供暖保障率”J,其制热效果更佳,有效延长冬季供暖期内室内舒适时长。
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