寒冷地区节能75%居住建筑围护结构热工性能优化研究

作     者：李宁 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：黄建恩

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 081304[工学-建筑技术科学] 0813[工学-建筑学] 

主      题：寒冷地区 围护结构 节能75% 热工性能 优化模型 

摘      要：目前我国建筑建造和运行用能占全社会总能耗的33%,二氧化碳排放占全社会总CO排放量的约38%,建筑业是我国节能减排、实现“碳达峰、碳中和的主战场,提升围护结构热工性能是首要和关键性问题。寒冷地区居住建筑已开始执行75%节能标准,亟需进一步加强围护结构热工性能优化研究。在建筑围护结构节能发展状况调研的基础上,试验和数值模拟计算研究了热桥对建筑能耗的影响,提出了热桥部位能耗计算修正方法,基于均匀试验法运用Design Builder对两种外窗、四种保温层材料八种围护结构组合的典型居住建筑模型进行了能耗计算,建立了围护结构热工性能整体优化模型,对居住建筑围护结构热工性能进行了优化,主要结论如下:1)调研分析了寒冷地区居住建筑围护结构节能发展状况。对寒冷地区徐州市20个住宅小区和18个省市自治区建筑节能技术推广应用情况进行了调研,寒冷地区最常用的外墙保温系统为薄抹灰外墙外保温系统,XPS板、EPS板、PUR板和岩棉板为应用最为广泛的的四种保温材料;应用比例最高的外窗传热系数为2.2W/(m·K),需要适当提高外窗的保温性能。2)研究了热桥对建筑能耗的影响,提出了热桥部位能耗计算修正方法。试验测试了外墙-柱热桥部位的温度分布和热桥传热影响区域,验证了ANSYS Workbench用于建筑围护结构热桥传热数值模拟计算的可行性。数值模拟计算得到了不同保温层厚度的外保温外墙柱热桥对建筑能耗的影响,提出了考虑热桥影响的保温层有效导热系数的修正系数;屋面-内墙热桥部位对建筑能耗的影响较小,可以忽略不计。3)得到了典型居住建筑能耗随外墙、屋面和地下室顶板保温层厚度的变化规律,建立了全寿命周期费用计算模型和碳排放计算模型。基于均匀试验方法,设计了两种外窗、四种保温层材料类型八种围护结构组合的典型居住建筑能耗计算方案,用Design Builder进行建筑能耗模拟计算,数据拟合得到了不同计算方案建筑能耗随保温层厚度的变化规律,运用P-P经济模型,建立了全寿命周期费用计算模型,并给出了全寿命周期碳排放计算模型。4)建立了全寿命周期费用和“3E(Energy,Economic and Environment)围护结构热工性能优化模型,对典型居住建筑的围护结构热工性能进行了优化,给出了八种围护结构组合在三种热源类型下的典型居住建筑围护结构最优热工性能参数。外墙、屋面和地下室顶板最优热工性能参数随热源类型、窗户类型、保温材料类型而变化。节能目标为75%时,与节能标准规定性指标相比,全寿命周期费用模型得到的围护结构最优组合全寿命周期费用均有所降低;“3E优化模型得出的围护结构最优组合全寿命周期费用增加0.05%-1.85%,全寿命周期碳排放量降低1.5%-20.3%。全寿命周期费用和“3E围护结构热工性能优化模型得到的最佳节能率范围分别71.2%-85.4%和80.4%-84.4%。该论文有图68幅,表39个,参考文献99篇。