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太阳能风能化石能耦合采暖改善内蒙古西部草原民居冬季室内温度与热舒适性

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干旱区资源与环境 2019年第6期33卷 90-98页

作者：金国辉王波内蒙古科技大学土木工程学院包头014010

为改善内蒙古西部草原民居冬季室内温度和热舒适性,选取102户草原民居对居住人员情况、冬季采暖方式、室内热舒适情况、家庭用能情况进行调研,对室内外的空气温度进行实测。构建太阳能风能化石能耦合采暖模型,并利用Design-Builder软件... 详细信息

为改善内蒙古西部草原民居冬季室内温度和热舒适性,选取102户草原民居对居住人员情况、冬季采暖方式、室内热舒适情况、家庭用能情况进行调研,对室内外的空气温度进行实测。构建太阳能风能化石能耦合采暖模型,并利用Design-Builder软件对室内各空间温度和室内热舒适性进行模拟,并与现有的连灶炕+土暖气采暖方式进行比较。研究结果表明:太阳能风能化石能耦合采暖方式在不开启反烧炉的情况下比现有采暖方式在最冷月室内平均温度提高2.26℃,热舒适满意度提高48.76个百分点;在开启反烧煤炉系统并每日平均燃烧3kg煤炭的情况下比传统采暖方式在最冷月室内平均温度提高4.23℃,热舒适满意度提高61.2个百分点,室内温度和热舒适性得到显著改善。为今后该地区草原民居采暖方式的选择和太阳能风能资源的利用提供一定的借鉴。

关键词：草原民居太阳能风能化石能耦合采暖

内蒙古西部超低能耗草原民居供暖模式与围护结构优化

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真空科学与技术学报 2020年第12期40卷 1208-1213页

作者：金国辉陈伟杨鹏王旭内蒙古科技大学土木工程学院包头014010 西部绿色建筑国家重点实验室/西安建筑科技大学西安710055

为了解决内蒙古西部草原民居围护结构构造单一,供暖方式落后,采暖效率低、室内热环境质量差并造成石化能源的大量浪费污染环境这一问题,研究以超低能耗为目标,充分利用当地丰富的太阳能与风能资源,构建风力发电系统、被动式阳光间及保... 详细信息

为了解决内蒙古西部草原民居围护结构构造单一,供暖方式落后,采暖效率低、室内热环境质量差并造成石化能源的大量浪费污染环境这一问题,研究以超低能耗为目标,充分利用当地丰富的太阳能与风能资源,构建风力发电系统、被动式阳光间及保温窗帘系统、太阳能热水循环系统组成的新型供暖系统,在此基础上利用正交试验对影响围护结构的阳光间进深、窗框材质、南向窗墙比、玻璃材质、保温层厚度、保温层材质、墙体材质7个主要因素以能耗为指标进行分析,选出最优组合方案。结果表明:最优组合方案与原始方案相比,能耗每年减少12674.79 Kw·h,能耗降低率为77.99%,季室内平均温度提高了8.77℃,PMV值提高了1.86,满足冬季室内人员采暖与舒适度的要求。

关键词：草原民居供暖系统围护结构正交试验

内蒙古西部草原民居太阳能、风能集成供热系统

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真空科学与技术学报 2020年第8期40卷 762-767页

作者：金国辉杨鹏丁超王振华梁娜飞内蒙古科技大学土木工程学院包头014010 西部绿色建筑国家重点实验室/西安建筑科技大学西安710043

为解决内蒙古西部草原民居室内供热系统热效率低下而造成的室内热环境质量差、能源浪费量大及经济效益差的问题。文章构建了太阳能、风能集成供热系统,利用Design-Builder分析了土暖气+吊炕与集成供热系统两种不同的供热方式在内蒙古西... 详细信息

为解决内蒙古西部草原民居室内供热系统热效率低下而造成的室内热环境质量差、能源浪费量大及经济效益差的问题。文章构建了太阳能、风能集成供热系统,利用Design-Builder分析了土暖气+吊炕与集成供热系统两种不同的供热方式在内蒙古西部草原民居的能源消耗量及热环境状况。通过增量成本支出、年运行费用降低额及盈利能力分析,计算出了集成供热系统的投资回收期。结果表明:集成供热系统每年可减少能耗10994.71 kWh,年采暖能耗降低率为62.69%;在集成供热系统下主卧温度提高了7.05℃、PMV值提高了1.69,客厅温度提高了3.38℃、PMV值提高了1.1,次卧温度提高了5.29℃、PMV值提高了2.27;集成供热系统方案静态投资回收期为16.99年,Pt

关键词：内蒙古西部草原民居太阳能风能集成供热

内蒙古西部超低能耗草原民居多能互补供暖系统集成配制

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科学技术与工程 2019年第24期19卷 293-298页

作者：金国辉李威风王波梁娜飞内蒙古科技大学土木工程学院包头014010 西部绿色建筑国家重点实验室西安建筑科技大学西安710055 乌海市审计局乌海016000

内蒙古西部草原民居冬季取暖以传统火炕和土暖气为主,由于供暖效果较差,无法满足居民热舒适需求。为改善供暖效果,充分利用太阳能、风能等可再生能源,通过实地调研,统计得出内蒙古西部典型草原民居最冷月室内外温度,利用数值模拟方法建... 详细信息

内蒙古西部草原民居冬季取暖以传统火炕和土暖气为主,由于供暖效果较差,无法满足居民热舒适需求。为改善供暖效果,充分利用太阳能、风能等可再生能源,通过实地调研,统计得出内蒙古西部典型草原民居最冷月室内外温度,利用数值模拟方法建立太阳能、风能等多能互补的内蒙古西部草原民居供热模型,并进行模拟验证。结果表明:多能互补供暖方式下客厅和主次卧的最冷月日平均温度均值分别提高7.0℃、6.2℃和7.5℃,室内温度和热稳定性显著提高,热舒适性较好。研究结果为草原民居设计建造中充分利用太阳能、风能资源,构建多能互补供暖方式,提高室内温度和热舒适性提供了理论依据。

关键词：草原民居多能互补数值模拟热舒适性

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内蒙古西部草原民居热环境分析及供暖模式

济南大学学报（自然科学版） 2020年第5期34卷 504-509,520页

作者：金国辉杨鹏梁娜飞李威风内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014010 西安建筑科技大学西部绿色建筑国家重点实验室陕西西安710055

为了改善内蒙古西部草原民居冬季室内热环境和热舒适性,对内蒙古西部地区271户草原民居进行调研,分析具有代表性的典型民居在现有土暖气与落地炕供暖模式下的室内热环境状况,在典型草原民居的基础上提出南向附加阳光间、节能型吊炕及风... 详细信息

为了改善内蒙古西部草原民居冬季室内热环境和热舒适性,对内蒙古西部地区271户草原民居进行调研,分析具有代表性的典型民居在现有土暖气与落地炕供暖模式下的室内热环境状况,在典型草原民居的基础上提出南向附加阳光间、节能型吊炕及风能供热系统,利用Design-Builder软件分析内蒙古西部现有典型草原民居住宅与优化后的住宅模型2种居住模式在额济纳旗、鄂托克旗、阿拉善左旗吉兰泰镇及巴音毛道农场等地的气象参数条件下卧室和客厅的室内热环境状况。结果表明:在现有土暖气与落地炕的供暖模式下,测得该民居冬季最冷月室内平均温度为14.55℃,热舒适度平均值为-2.56;优化后的民居模型室内热环境及舒适度较典型民居均有显著的改善,4个地区最冷月平均室内温度为19.17℃,热舒适度模拟值为0.1。

关键词：热环境供暖模式草原民居

内蒙古西部超低能耗草原民居相变墙体调温节能性研究

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科学技术与工程 2020年第5期20卷 2037-2041页

作者：金国辉李威风张东杰尚琪魏雪内蒙古科技大学土木工程学院包头014010 西部绿色建筑国家重点实验室西安建筑科技大学西安710055 哈尔滨工业大学建筑学院哈尔滨150001

内蒙古西部草原民居冬季室内热环境质量普遍较差,采暖能耗高,而相变材料具有优异的热工特性。探索研究在外墙中加入石蜡基相变材料改善草原民居冬季室内热舒适性和降低采暖能耗的可行性,分析在临河地区冬季典型气象条件下,墙体材质、相... 详细信息

内蒙古西部草原民居冬季室内热环境质量普遍较差,采暖能耗高,而相变材料具有优异的热工特性。探索研究在外墙中加入石蜡基相变材料改善草原民居冬季室内热舒适性和降低采暖能耗的可行性,分析在临河地区冬季典型气象条件下,墙体材质、相变材料层厚度、对流换热系数和相变潜热对内壁面温度响应和节能性的影响。结果表明:不同墙体材质的导热系数影响墙体热性能,随着导热系数减小,温度衰减倍数增加,内壁面热稳定性提升;随着相变层厚度的增加,墙体保温性能不断增强;墙体内壁面温度波幅随对流换热系数的增大而增加;随着相变潜热的增大,对提升冬季室内热环境和减少采暖能耗方面有一定作用,但其效果有限。研究结果为内蒙古西部草原民居非透明围护结构的节能设计提供参考依据。

关键词：草原民居相变材料热舒适性采暖能耗

内蒙古西部草原民居建筑节能多目标优化模型构建

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山东农业大学学报（自然科学版） 2020年第2期51卷 347-351页

作者：金国辉魏雪张伟健内蒙古科技大学土木工程学院内蒙古包头014010 西部绿色建筑国家重点实验室/西安建筑科技大学陕西西安710043 中电联电力发展研究院有限公司电源造价部北京100053

为了保证内蒙古西部草原民居建筑室内热舒适性的同时,降低采暖能耗,节约成本,本文以室内热舒适性、采暖能耗、工程造价作为建筑节能的优化目标。首先,选取10个建筑节能优化目标的主要影响因素,以此作为优化变量。其次,对10个优化变量的... 详细信息

为了保证内蒙古西部草原民居建筑室内热舒适性的同时,降低采暖能耗,节约成本,本文以室内热舒适性、采暖能耗、工程造价作为建筑节能的优化目标。首先,选取10个建筑节能优化目标的主要影响因素,以此作为优化变量。其次,对10个优化变量的不同取值进行方案设计,得到507组实验方案,利用DesignBuilder软件进行模拟计算,模拟计算的结果作为BP神经网络的训练样本和测试样本,建立BPNN的预测模型,并将其作为多目标优化的适应度函数。最后,利用人工蜂群算法建立多目标优化模型,并进行多目标优化。

关键词：内蒙古草原民居建筑节能模型构建

多目标优化导向的内蒙古西部超低能耗草原民居多能耦合供热系统构建

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多目标优化导向的内蒙古西部超低能耗草原民居多能耦合供热系统构...

作者：杨鹏内蒙古科技大学

学位级别：硕士

现阶段,我国在资源和环境方面面临巨大挑战,居住建筑耗能占比日益增高。内蒙古西部地处我国内陆,属于严寒地区,由于经济的落后、交通及地理位置的局限,内蒙古西部草原民居冬季采暖依旧在使用传统的火炕和土暖气,采暖方式落后。因此,对... 详细信息

现阶段,我国在资源和环境方面面临巨大挑战,居住建筑耗能占比日益增高。内蒙古西部地处我国内陆,属于严寒地区,由于经济的落后、交通及地理位置的局限,内蒙古西部草原民居冬季采暖依旧在使用传统的火炕和土暖气,采暖方式落后。因此,对内蒙古西部草原民居采暖所需能源供给侧的改革势在必行。文章提出基于多目标优化的内蒙古西部超低能耗草原民居多能耦合供热系统的研究为内蒙古西部草原民居的节能优化提供了基础和参考。首先,本文分析了典型草原民居在火炕和土暖气采暖时的采暖能耗及室内舒适度,又根据内蒙古西部的气候及自然资源特点初步构建了多能耦合供热系统,并利用Design-Builder软件建立了系统模型,初步分析了多能耦合供热系统采暖下的采暖能耗及室内舒适度,为多能耦合供热系统的多目标优化奠定了基础。其次,以建筑采暖能耗、室内热舒适、采暖成本为优化目标,使用优选法设计不同阳光间面积、电散热器功率、外墙传热系数、屋顶传热系数、外窗传热系数的组合方案,将模拟得到的数据进行拟合,得到影响因素与三个优化目标的优化模型,从而确立了多能耦合供热系统多目标优化模型。最后,选择多目标粒子群优化算法进行优化,利用MATLAB编写了多能耦合供热系统多目标粒子群优化算法程序,并求解出了帕累托解集,后通过模糊隶属度函数实现了帕累托最优解的选取。在上述研究的基础上,研究结果表明:典型草原民居在“火炕+土暖气”采暖时的室内平均温度为17.3℃,且最冷月室内平均温度为15.63℃;采暖季预计平均热感觉指数平均值为-0.49,最冷月平均值为-0.75,采暖季所需能耗量为11365.86kW·h,采暖面积每平米所需能耗163.96kW·h。在多能耦合供热系统供热下该民居采暖季室内平均空气温度为20.36℃,最冷月室内平均温度为16.87℃;采暖季预计平均热感觉指数平均值为0.14,最冷月平均值为-0.38。采暖季所需能耗量为2219.92kW·h,采暖面积每平米所需能耗27.45kW·h。通过计算多能耦合供热系统多目标粒子群优化算法程序,求解出了帕累托解集,后通过模糊隶属度函数实现了帕累托最优解的选取,结果得出:隶属度最高的解的目标函数值为:28.56,0.53,61571.40对应的解为12.6,1.8426,0.1637,0.3,1.5。综上,多目标优化导向的内蒙古西部超低能耗草原民居多能耦合供热系统的研究,有助于优化草原民居供热系统结构,实现采暖能耗、室内舒适度和供热成本三个目标相平衡的目的,为内蒙古西部超低能耗草原民居供热系统的构建提供了参考。

关键词：多目标优化超低能耗草原民居供热系统粒子群算法

基于模拟退火算法的内蒙古西部超低能耗草原民居节能体系构建及优化研究

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基于模拟退火算法的内蒙古西部超低能耗草原民居节能体系构建及优...

作者：任佩瑶内蒙古科技大学

学位级别：硕士

能源消耗严重已经成为全球共同关注的焦点问题,如何在追求经济高质量发展的同时兼顾节约资源、保护环境成为国内外学者研究的热点内容。针对当前存在的能耗问题,各行各业积极响应,一系列节能减排工作有序平稳进行。就建筑领域而言,虽然... 详细信息

能源消耗严重已经成为全球共同关注的焦点问题,如何在追求经济高质量发展的同时兼顾节约资源、保护环境成为国内外学者研究的热点内容。针对当前存在的能耗问题,各行各业积极响应,一系列节能减排工作有序平稳进行。就建筑领域而言,虽然在节能减排方面取得了一定的成绩,但仍存在区域差异。一些地区节能水平仍有待提高,内蒙古西部地区就是其中之一。当地民居围护结构热工性能差,冬天寒冷的时候采暖方式单一,造成环境污染严重且室内热环境较差的局面。因此,合理有效开发利用内蒙古西部地区宝贵的风能资源以及太阳能资源,优化当前围护结构对于内蒙古西部地区节能工作的开展具有一定的现实意义。本文通过查阅相关文献及实地调研,结合内蒙古西部地区气候及自然资源分布特点,初步建立草原民居基本模型。利用Design-Builder能耗模拟软件对于建筑能耗及室内舒适度进行模拟,验证现有民居存在能耗高、室内舒适度差的问题。基于此提出构建内蒙古西部草原民居节能体系,将外围护结构与供热系统进行优化,并在Design-Builder中进行模拟。结果证明在节能体系的构建下,基本可以实现民居的超低能耗目标。但是节能问题不单单只是降低能耗的问题,还需考虑建造成本以及室内舒适度两个方面。因此提出利用多目标优化理论解决当前存在问题。将采暖能耗、采暖成本以及室内舒适度作为三个优化目标,阳光间面积、屋顶传热系数、电散热器功率、南向窗墙比、外墙传热系数、集热器采光面积、外窗传热系数、风力发电机功率作为决策变量。通过正交试验确定组合方案,并将计算模拟得到的数据进行多元非线性拟合,得到节能体系的多目标优化模型。最后,利用多目标模拟退火算法对建立的节能体系优化模型进行多目标优化,得出帕累托解集,通过数据包络分析法得到最优方案。研究结果表明:在传统采暖模式下,该房屋采暖季的平均家里面的空气的温度是16.6℃;冬天供热的时候预期平均热感指数是-0.45,在最寒冷的时候平均值是-0.76;采暖季所需能耗量为7368.13kW·h,采暖热负荷指标为104.78W/m,能耗偏高。在节能体系建立下该民居采暖季的平均家里面的空气的温度是18.86℃;冬天供热的时候预期平均热感指数是0.12,在最寒冷的时候平均值是-0.36。采暖季所需能耗量为2215.346kW·h,采暖热负荷指标为27.64W/m。以静态投资回收期作为节能体系经济性评价指标,依据计算得出投资静态回收期为12年,比参考投资回收期要小,节能体系盈利能力好。

关键词：超低能耗草原民居节能体系多目标优化模拟退火算法