- 赵胜凯;杨柳;高斯如;史明洋;翟永超;
对西安某高校集中供暖建筑进行了现场调研,聚焦冬季外墙内表面温度低所引起的室内不均匀辐射热环境,调研内容主要包括热感觉、热舒适、热可接受度等主观问卷,以及室内空气温度、相对湿度、黑球温度、风速、不对称辐射温度和壁面温度等物理环境参数的测试。研究结果表明,西安地区冬季人体的中性温度为17.3℃。全身热舒适投票与壁面温差(空气温度-外墙内表面温度)、人与外墙的距离均有较好的线性关系,即人体舒适性随壁面温差的增加而降低、随身体与外墙距离的减小而降低。满足90%可接受百分比的不对称辐射温度上限Δt_(pr)为2.52℃,壁面温差Δt为2.36℃。偏凉环境下,不对称辐射温度和壁面温差的增加,会带来更多的热不适感。从整体舒适性的角度考虑,《民用建筑热工设计规范》规定的冬季外墙内表面温度与室内空气温度的差值不低于3℃,能够满足90%可接受百分比人体热舒适的要求。
2021年11期 v.49;No.369 2-6页 [查看摘要][在线阅读][下载 1721K] - 王尊;高斯如;赵胜凯;杨柳;翟永超;
建筑围护结构对室内热环境与人员热舒适影响巨大,合理设计围护结构对提升建筑节能性能与室内热环境具有重要作用,也是建筑热工设计的关键。GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》以外墙内表面最高温度、外墙内表面温度与室内空气温度的温差作为隔热、保温设计的指标,热舒适依据不足。此外,传统热舒适理论仅适用于均匀稳态环境,对于围护结构和供暖空调设备形成的不均匀辐射环境下人体的热舒适研究尚属空白。从人体热舒适角度出发,结合冷、热墙暴露实验结果与PMV模型,发现满足20%热不可接受百分比的热感觉范围为-0.2～0.5,得到冬季室内温度为18℃时,满足热舒适需求的外墙内表面温度与空气温度的温差为4.4℃,夏季室内温度为26℃时,满足热舒适需求的温差为5.4℃。
2021年11期 v.49;No.369 7-13页 [查看摘要][在线阅读][下载 2247K] - 糜娜;刘云亮;张静思;许玲;周翔;王昭俊;董宏;杨柳;
现行建筑热工设计规范提出的室内计算参数对应的人体热舒适水平较低,基于数据驱动热感觉预测模型和不对称辐射舒适阈值模型,提出了非人工控制热环境下保温、隔热和自然通风设计室内计算参数,通过提升参数要求来提高围护结构热工水平,进而改善室内热舒适。针对非供暖建筑保温设计,给出了各气候区典型城市满足整体热可接受(TSV≥-1)且不产生不对称辐射不适感(PD≤5%)的室内参数;针对非空调建筑隔热设计,按模型热可接受(TSV≤1)提出的室内参数要求过高,仅依靠围护结构隔热设计的被动调控手段无法实现,仍沿用现行热工规范的室内参数;针对自然通风设计,给出了不同气候区典型城市全年逐月可接受温度区间。
2021年11期 v.49;No.369 14-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 1603K] - 罗智星;路逸晴;王逸群;杨柳;
室内设计温度在很大程度上影响建筑的制冷与采暖能耗。基于"十三五"国家重点研发计划课题"建筑节能设计基础参数研究"建立的我国1 024个地区的典型年气象数据及室内设计温度,探讨全国范围内室内设计温度更新后建筑的节能潜力。将各典型年气象数据根据其地理位置与建筑热工设计分区进行分类整理;按照室内设计温度更新前后的空调温度设定值,利用能耗模拟软件EnergyPlus的批处理程序对典型办公建筑与各典型年气象数据进行批量模拟;基于所得到的建筑的空调采暖能耗数据,分析各热工区划下能耗、节能量与节能比例的空间分布情况,并基于各热工区划下22个代表城市,探究建筑空调采暖节能量与节能比例的变化规律。为我国各地区基于室内设计温度更新的建筑空调采暖能耗节能潜力提供了数据支撑。
2021年11期 v.49;No.369 20-27页 [查看摘要][在线阅读][下载 1840K] - 罗智星;王逸群;路逸晴;杨柳;
适当改变建筑的空调设定温度值可有效降低建筑能耗。基于"十三五"国家重点研发计划课题建筑节能设计基础参数研究建筑室内设计温度的更新数据,进行建筑空调能耗快速预测方法的研究。首先,选取我国寒冷地区住宅和办公典型建筑,通过能耗模拟软件EnergyPlus批处理程序,对典型建筑进行不同空调设定温度组合下的建筑能耗批量模拟,得到室内设计温度更新后典型建筑在寒冷地区的能耗数据集并分析其节能潜力。同时,为减少进行建筑制冷与采暖温度穷举模拟的时间成本,对建筑采暖空调能耗线性和非线性快速预测模型进行探讨,得到仅需极少次数的模拟即可得到良好的预测效果的有限点下的建筑空调能耗快速预测方法,预测时间较穷举法降低了98%以上。该方法为建筑室内设计温度更新后的建筑空调能耗快速模拟预测提供了有效途径。
2021年11期 v.49;No.369 28-35页 [查看摘要][在线阅读][下载 3844K] - 袁闪闪;张宇峰;曲世琳;胡楚梅;杨柳;于瑛;刘衍;
为有效响应当今室外气象参数统计范围和方法不断进步和更新的背景,对现行建筑热工、暖通空调、建筑节能设计标准规范中涉及室外气象参数的条文进行收集整理,在此基础上,面向标准规范更新需求展开调研,充分了解现行室外计算参数相关条文的全面性、合理性、便捷性及时效性;从技术成熟度、推广应用前景、与同领域现有标准的协调性等角度出发,形成以成熟性、先进性、协调性、适用性、通用性、底限性、便捷性等七大指标为主的科技成果转化为技术标准的判定体系;研究科学评判室外计算参数更新方案的相关研究成果,分析成果转化为标准的可行性,最终根据标准编写的通用性要求,形成了建议修订条文的修订稿。
2021年11期 v.49;No.369 36-44页 [查看摘要][在线阅读][下载 1093K] - 刘衍;孙雪;曹其梦;杨柳;
获取准确的逐时太阳辐射数据是进行建筑热环境与节能设计的基础。我国辐射观测台站数量少、分布不均匀,实测数据远不能满足工程应用需求,采用模型估算是解决辐射数据缺失的有效途径。传统的经验模型具有通用性差、在适用地区范围上受限制等问题。以提高逐时太阳辐射模型的预测精度及适用性为目标,选用上海地区2006-2010年及西安地区2016-2019年的实测数据,研究了不同输入要素组合、分季节建模对广义回归神经网络模型准确度的影响,得出了提高模型预测精度及普适性的策略。结果表明:广义回归神经网络方法在西安及上海地区均适用。在有日总辐射实测数据的情况下,应优先选用日总太阳辐射、时角、日落时角作为输入,同时结合气象参数可以进一步提高模型预测精度;在无日总辐射实测数据的情况下,应优先选用日照时数作为输入,同时结合相对湿度这一气象参数。不同季节的模型预测精度存在差异,分季节建模可以在一定程度上提高模型的预测精度。研究旨在提高逐时太阳辐射模型预测精度及可推广性,为不同地区选择适宜的逐时总辐射估算方法提供参考。
2021年11期 v.49;No.369 45-51+60页 [查看摘要][在线阅读][下载 1476K] - 吕凯琳;鲁俊忱;刘衍;杨柳;
现行建筑气候区划参考203个台站数据和地形边界等要素,具有一定的主观性,大多地区缺少真实的气象数据,亟需对空白区域进行各区划指标的空间化研究,为建筑气候区划提供客观的数据依据。空间插值是实现气象观测站点数据由点到面的主要方法。分析了经纬度、海拔、太阳辐射等要素与日平均气温的相关性,对比了多元线性回归模型和高斯过程回归模型,提出在多元线性回归模型中加入日照百分率参数可提升仅含地理信息的模型准确度,其次在高斯回归模型中仅含地理信息的回归模型精度略高于含地理信息和日照百分率的回归模型,且高斯回归模型精度显著高于线性回归模型。此外,日平均温度和日最高温度、日最低温度之间存在显著相关关系,可分别建立一元一次线性回归模型,间接获取温度日较差。最终确定了日平均温度与经纬度、海拔的高斯过程回归模型以及日最高、最低温度和日平均温度的一元一次线性回归模型,研究结果为细化建筑气候区划提供了数据支撑。
2021年11期 v.49;No.369 52-60页 [查看摘要][在线阅读][下载 3798K] - 董宏;王昭俊;周翔;刘衍;
建筑热工设计面临着标准提升和精细化计算的迫切需求。由于室内外计算参数存在人体热反应基础理论不完备、既有设计参数覆盖面窄、部分设计计算参数缺失等问题,制约着建筑热工学的工程应用。按照热工设计参数确定的需要,提出了人体热舒适调研的参数;通过现场和实验室测试,建立了不同气候区冬夏季人体热感觉评价模型,提出了基于平均辐射温度和不对称辐射温度的室内参数确定方法。在对既有稳态保温、防潮、隔热设计室外参数更新和扩充的基础上,提出了自然通风、建筑遮阳、动态保温和热湿耦合计算用室外参数的统计计算方法。研究形成的标准化方法、参数集、软件为建筑热工研究、设计提供了依据和参考。
2021年11期 v.49;No.369 61-66页 [查看摘要][在线阅读][下载 4314K] - 李航;赵欢;刘衍;杨柳;董宏;
蓄水屋面作为一项实用的被动式蒸发冷却设计策略,其不但能改善建筑室内热环境,大大降低夏季建筑空调能耗,还能美化环境和延长屋面使用寿命。从实际应用角度来看,蓄水屋面设计应简单直接且行之有效,但现今蓄水屋面设计的室外计算参数却处于"无数可用"的状态,而该参数的准确性直接决定着蓄水屋面设计效果的优劣,上述问题让建筑师在设计过程中无从下手,也阻碍了蓄水屋面的进一步推广应用。蓄水屋面设计效果始终受到室外气候条件的影响,当室外温度过高或太阳辐射过强时无法仅凭蓄水屋面达到居住者对室内热环境的基本需求,因此需要确定蓄水屋面适用期,明确一年中在哪些日子的室外气候条件下通过采用蓄水屋面的手段就能营造出舒适的室内热环境,以合理的被动式设计促使室内外基本需求达到平衡。以带有浅色漂浮盖板的蓄水屋面为研究对象,以建立蓄水屋面设计的室外计算参数确定方法为目标,综合考虑室外真实气候条件和室内热环境需求,基于不同建筑设计阶段对室外计算参数的差异化需求,提出了蓄水屋面适用期及其相应室外计算参数的确定方法,最后得到夏热冬冷地区5个典型城市的蓄水屋面设计室外计算参数。为蓄水屋面设计和后续的建筑节能设计基础数据体系的搭建提供支撑。
2021年11期 v.49;No.369 67-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 874K] - 李红莲;寇雯;王安;尚力;于瑛;杨柳;
JGJ/T 346—2014《建筑节能气象参数标准》是我国首个关于气象参数的标准,给出了我国450个主要城镇的建筑节能典型气象年数据,对我国建筑节能设计及能耗模拟起到了指导性作用。然而,随着气候变化及城镇化的发展,典型年气象数据亟需在时间尺度上更新、在空间尺度上扩展。因此,"十三五"国家重点研发计划课题"建筑能耗模拟气象年"立足于扩展典型气象年数据的覆盖面,提高时效性和数据应用的全面性,生成了覆盖全国所有气候区1 000多个台站的典型气象年数据。选择办公建筑模型,采用动态能耗模拟,研究了典型气象年新旧数据更替和气候变化对我国建筑能耗的影响。研究结果表明课题完成的典型气象年数据更贴合实际;气候变化下我国建筑节能的重点应该是抑制制冷能耗的增长,重点应该侧重于寒冷地区。本研究对典型气象年数据更替对建筑能耗模拟和建筑节能设计产生的影响起到了全面、定量化的评估作用。
2021年11期 v.49;No.369 74-79+104页 [查看摘要][在线阅读][下载 1521K] - 李红莲;王安;胡尧;黄金;王赏玉;杨柳;
采用Sandia实验室方法挑选出5个热工设计分区代表城市的典型气象年数据,以及4个类型(V_1、V_2、V_3、V_4)的非典型气象年数据,对各区代表城市的典型办公建筑进行能耗模拟,分析平均能耗和峰值能耗;同时计算建筑被动式设计策略的有效时间比,分析不同类型UMY的自然通风及被动式太阳能采暖有效时间比的计算结果。模拟结果表明,V_4类型的非典型气象年对严寒、寒冷、夏热冬冷3个地区的供暖能耗峰值分析具有重要价值,而对于制冷能耗峰值,则需根据具体城市进一步分析。在自然通风设计策略的有效时间比计算结果中,V_2类型的UMY有效时间最少,而被动式太阳能采暖设计策略的有效时间比的最低计算值在不同地区出现在不同类型的UMY中。对补充完善典型气象年的平均能耗评估,定量、全面地分析建筑能耗及建筑被动式设计策略具有重要参考价值。
2021年11期 v.49;No.369 80-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 2072K] - 高庆龙;杨柳;
度日数是在一段时间内室外平均温度与指定温度差值的累积,表征一个地区长期以来寒冷或炎热的程度和持续的时间。度日数也是衡量一个地区建筑采暖和制冷需求量的一个重要指标,是估算建筑能耗和进行建筑节能气候分区的重要参数。但由于度日数的计算需要对长周期的气象数据进行统计而难以获取。通过分析月平均温度与月度日数之间的关系,提出了由易于获取的月平均温度即可计算年采暖度日数和冷度日数的简便关系式。利用该关系式,可以根据易于查询逐月平均温度计算获得该地区的采暖度日数和冷度日数,便于利用该参数进行建筑能耗估算和建筑节能气候分区。
2021年11期 v.49;No.369 87-90页 [查看摘要][在线阅读][下载 1342K] - 周敏;杨若溪;王晶轩;
运用室外气象参数匹配室内设计条件、计算建筑冷(热)负荷是暖通设计的基础。随着暖通设计使用的室外气象参数统计方法的更新和扩充,先后调研了中国、美国、日本、英国、德国5部国内外暖通专业现行规范标准的室外气象参数获取与应用方法,分析出我国现行暖通使用的室外气象参数在设计应用中的优劣。我国暖通使用的室外气象参数存在数据旧、不保证率单一等问题,在统计年限更新和不保证率扩充后的新气象数据的基础上,研究数据更新前后对暖通设计中负荷计算的影响。使用DeST软件建立某办公建筑在不同气候分区的负荷计算模型,通过对比气象数据更新前后的负荷模拟结果得出了其对暖通设计计算的影响规律,为气象参数的更新工作提供了应用上的验证与支撑。
2021年11期 v.49;No.369 91-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 2083K] - 吕凯琳;郭莹;项蓉;刘衍;杨柳;
合理的建筑气候区划有利于建筑做到因地制宜,使建筑最大限度地利用当地气候达到高效节能的目的。我国地域辽阔,全国有2 000余城镇,而现行GB 50178—93《建筑气候区划标准》仅基于203个城镇的气候要素指标确定了全国各城镇的建筑气候区属,且统计年限为1951-1985年,距今已有近40年。相关研究表明,各城镇的气候区属与其气候要素统计值存在不一致现象。近年来气候变暖特征显著,基于全国1988-2017年1 042个城镇气象数据再分析了《建筑气候区划标准》中建筑气候区划存在的问题及原因,采用监督式机器学习的分类算法,基于规范中已有的分区方法结合数据挖掘算法,对其各区域一级主要分区指标的阈值边界进行了修正,初步解决了建筑气候区划一级指标覆盖范围不全以及阈值区间重叠的问题。研究成果为进一步细化建筑气候区划体系提供了方法支撑。
2021年11期 v.49;No.369 96-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 1114K] - 金双双;杨柳;白鲁建;
自然通风是一种简便易行的被动式建筑降温技术措施。基于风速对人体热舒适的补偿模型,以自然通风小时数为评估指标分析了我国不同地区农村居住建筑的自然通风潜力。研究发现,我国东北北部地区和青藏高原的自然通风潜力最小,自然通风小时数低于1 001 h,新疆中部、四川盆地、华北平原、长江中下游一带自然通风小时数在1 438～1 937 h之间,东南沿海地区和云南南部潜力较大,自然通风小时在1 937～2 701 h之间,海南岛西南地区潜力最大,自然通风小时数高达3 933 h。此外,研究还发现多伦地区由于温度过低自然通风潜力最小,惠来地区自然通风潜力最大,但由于春、夏季室外空气湿度过高使得这一时期部分时间需要关窗防湿。
2021年11期 v.49;No.369 100-104页 [查看摘要][在线阅读][下载 745K] - 杨柳;郝天;刘衍;袁玮晴;刘加平;
传统民居建筑在长久的"试错、进化"过程中孕育出了适应地域气候的建筑特征。基于原型理论和建筑气候适应性研究方法构建出了传统民居的干热气候适应原型分析框架。通过对干热气候地区的气候特征和传统民居建筑特征的分析与提取,构建出了涵盖设计原则-设计策略-建筑特征等层级的传统民居的干热气候适应原型图谱,选择典型原型特征的关键设计参数(如屋面开口面积比、外廊深高比、墙体占地面积比等)进行基于建筑实例的量化分析和计算机模拟,研究其对该原型特征在应对太阳辐射、高温空气等气候要素时的能力的影响。将提取出的传统民居的干热气候适应原型特征应用于工程实践中,通过现场测试示范房的夏季室内热湿环境,验证了此类原型特征可以有效削弱太阳辐射和高温空气对室内热环境的影响,调节室内湿环境,实现夏季防热、降温、增湿的设计目标,为我国西北干热地区的低能耗、绿色新民居建筑设计提供借鉴。
2021年11期 v.49;No.369 105-115页 [查看摘要][在线阅读][下载 5630K] - 韩胜飞;宋冰;杨柳;白鲁建;
传统民居由深谙当地气候条件的工匠与居民所建造,具有丰富的气候适应性,但由于经济技术条件相对落后以及缺乏科学理论的指导等存在一定的不足。运用建筑气候分析工具对云南沧源的气象数据进行分析,得到了适用于当地气候的建筑设计策略,并结合实地调研与软件模拟将其与佤族传统民居实际采用的气候适应策略进行对比分析,发现佤族传统民居在遮阳、自然通风与建筑防水防潮方面采用了有效的气候适应性措施,但在被动式太阳能利用方面,虽然气候分析发现该措施在当地冬季具有一定的应用潜力,但当地传统民居在被动式太阳能利用方面存在自身的局限性,在今后新民居建设中可以考虑增加太阳能利用方面的措施。为挖掘当地民居气候适应经验,促进当地民居绿色演进,传承当地民居地域特色提供参考。
2021年11期 v.49;No.369 116-124页 [查看摘要][在线阅读][下载 7975K] - 刘衍;鲍嘉阳;张存德;杨柳;陈景衡;姚慧;
地下空间围护结构的保温、防潮设计方法的精细化以及室内除湿技术的有效性直接影响地下空间室内热湿环境的优劣。我国地下空间围护结构热工设计方法主要由GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》确定。结合国内外地下空间热工设计相关研究,探讨了北方地区地下空间的实际工程价值以及节能潜力;并基于地下空间的室外气候条件、室外计算参数以及现有技术发展等多个角度,对目前指导建筑热工设计的主要方法进行分析;同时从地下空间围护结构保温与防潮两个方面对相关技术措施的现状进行了梳理,分析了地下空间的发展对围护结构热工设计方法以及地温综合影响分析产生的需求,并对地下空间围护结构保温防潮研究做出了展望。
2021年11期 v.49;No.369 125-130页 [查看摘要][在线阅读][下载 1313K]