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关于非平衡保温在河南地区高层住宅建筑中的可行性研究

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建筑节能（中英文） 2024年第8期52卷 108-114页

作者：芦伟(指导) 李中义辽宁工程技术大学建筑与交通学院辽宁阜新123000

为了探究非平衡保温在河南地区高层住宅建筑中的可行性,对河南地区的太阳能特征进行了研究分析,发现该省大部分区域均满足GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》所要求的非平衡保温设计条件,并以郑州市为例,基于非平衡理论及相关规范... 详细信息

为了探究非平衡保温在河南地区高层住宅建筑中的可行性,对河南地区的太阳能特征进行了研究分析,发现该省大部分区域均满足GB 50176—2016《民用建筑热工设计规范》所要求的非平衡保温设计条件,并以郑州市为例,基于非平衡理论及相关规范和文献计算了该地区高层住宅建筑各朝向外墙的有效传热系数。以郑州市晖达新领地东区4号楼为研究对象,计算了该建筑各朝向外墙的传热系数限值,并以该限值对建筑外墙进行了优化设计。通过软件模拟的方法对比研究了该建筑在原始、平衡保温和非平衡保温下的能耗、室内温度及耗材量的差异,并基于以上结果确定了屋面保温层的最佳厚度。结果表明,对建筑进行非平衡保温后,其室温在全年范围内都会有所上升,其中供暖期室温上升幅度较为明显为2.10~3.30℃,而供冷期只有0.30~0.50℃,并且对建筑进行非平衡保温后,其全年室内温度的均衡性也比原始及采用平衡保温时有所提高。在节能性方面,非平衡保温可以在更节省保温材料的情况下达到与平衡保温相同的节能效果。两种保温结构的屋面最佳保温层厚度无明显差别,通过计算可取60 mm的挤塑聚苯板。

关键词：非平衡保温高层住宅节能优化太阳能

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太阳能富集地区居住建筑非平衡保温研究——拉萨市非平衡保温传热系数限值研究

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建筑科学 2011年第8期27卷 56-60,86页

作者：李恩刘加平张卫华西安建筑科技大学建筑学院西安710055

在有供暖需求的太阳能资源富集地区,由于太阳辐射强烈,居住建筑各朝向外墙,尤其是南北向外墙接收的太阳辐射量差异巨大,为了更有效地利用太阳能及降低保温成本,这种差异应表现在建筑围护结构保温设计中。本文通过对拉萨市标准年气象数... 详细信息

在有供暖需求的太阳能资源富集地区,由于太阳辐射强烈,居住建筑各朝向外墙,尤其是南北向外墙接收的太阳辐射量差异巨大,为了更有效地利用太阳能及降低保温成本,这种差异应表现在建筑围护结构保温设计中。本文通过对拉萨市标准年气象数据库的分析,得到了其居住建筑各朝向外墙供暖期内获得的太阳辐射量;通过对各朝向外墙有效传热系数的分析,得到了各朝向外墙净热损失比例以及基于现行传热系数限值的非平衡保温传热系数限值。新旧传热系数限值的对比证明了非平衡保温具有现实工程意义。

关键词：非平衡保温围护结构有效传热系数太阳辐射当量温度传热系数限值

太阳能富集地区住宅建筑非平衡保温研究——拉萨市供暖期太阳辐射分析与室内热环境测试

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建筑科学 2011年第4期27卷 36-41页

作者：李恩刘加平张卫华西安建筑科技大学建筑学院西安710055

在有供暖需求的太阳能资源富集地区,由于太阳辐射强烈,住宅建筑各个朝向外墙,尤其是南北向的外墙所接收的太阳辐射量差异很大,为了更有效地利用太阳能并降低保温成本,这种差异应表现在建筑围护结构保温性能的设计中。本文通过对拉萨市... 详细信息

在有供暖需求的太阳能资源富集地区,由于太阳辐射强烈,住宅建筑各个朝向外墙,尤其是南北向的外墙所接收的太阳辐射量差异很大,为了更有效地利用太阳能并降低保温成本,这种差异应表现在建筑围护结构保温性能的设计中。本文通过对拉萨市标准年气象数据库的分析得到了其住宅建筑各朝向外墙供暖季内获得的太阳辐射量。与内地城市相比,拉萨市太阳能资源丰富且朝向差异很大,非平衡保温具有一定的实际意义。另外,冬季现场测试表明无供暖建筑的南北朝向房间热环境有所不同,南向房间测试周期内基本处于人体舒适范围内,而北向房间始终偏冷,远离人体热舒适区域,有供暖需求。

关键词：非平衡保温太阳辐射当量温度壁面温度热舒适

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青海居住建筑非平衡保温墙体内部冷凝分析

建筑科学 2020年第2期36卷 126-132页

作者：宋杰谢静超桑鹏飞崔亚平刘加平北京工业大学绿色建筑环境与节能技术北京市重点实验室北京100124 北京城建设计发展集团股份有限公司北京100037

为准确分析太阳能资源丰富的青海地区居住建筑墙体构造界面冷凝结露情况,以冬至日不同朝向室外综合温度为室外计算温度,采用稳态热湿传递分层分析方法分别对青海平衡及非平衡保温设计下不同保温形式墙体构造界面进行冷凝结露研究。结果... 详细信息

为准确分析太阳能资源丰富的青海地区居住建筑墙体构造界面冷凝结露情况,以冬至日不同朝向室外综合温度为室外计算温度,采用稳态热湿传递分层分析方法分别对青海平衡及非平衡保温设计下不同保温形式墙体构造界面进行冷凝结露研究。结果表明:平衡与非平衡保温墙体构造界面冷凝情况的主要区别在于前者南向内保温不出现界面冷凝,而后者反之。非平衡保温设计下,外保温最不易出现冷凝,内保温最易出现冷凝,南向墙体不易出现冷凝,北向墙体易出现冷凝,东、西向墙体冷凝风险介于南北向之间。青海东、西及北墙不宜采用内保温及夹芯保温,只适合外保温,南墙宜采用夹芯保温。该研究可为青海地区居住建筑围护结构防冷凝构造设计提供指导。

关键词：青海地区太阳能资源富集平衡保温非平衡保温冷凝

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太阳辐射影响下的建筑经济保温厚度计算方法

干旱区资源与环境 2019年第9期33卷 108-115页

作者：何知衡董浩王磊西部绿色建筑国家重点实验室西安710055 西安建筑科技大学西安710055 中建钢构有限公司深圳518000

经济保温厚度的研究是寻找建筑经济性与节能性最优解的过程,但目前经济保温厚度的简化计算方法都忽略了太阳辐射的影响,软件模拟方法耗时费力且专业性要求高。为了集成两种方法的优势,该文总结了目前国内经济保温厚度研究的技术路线与... 详细信息

经济保温厚度的研究是寻找建筑经济性与节能性最优解的过程,但目前经济保温厚度的简化计算方法都忽略了太阳辐射的影响,软件模拟方法耗时费力且专业性要求高。为了集成两种方法的优势,该文总结了目前国内经济保温厚度研究的技术路线与优缺点,分析了将太阳辐射对于建筑经济保温厚度影响的三种途径,基于非平衡保温的思想利用OTTV法建立了全周期费用评价模型,并选取了西安市一栋三层典型居住建筑进行了实例分析,得出该建筑南、北、东西向外墙的经济保温厚度分别为35mm、44mm和40mm。文中最后对比分析了经典模型与改良模型的计算结果,并计算分析了窗墙比变化对经济保温厚度的影响,得出在西安地区改良算法得出的结果比传统算法小12%左右,窗墙比变化对经济保温厚度影响很小。

关键词：经济保温厚度太阳辐射非平衡保温 OTTV法

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基于非平衡理论的青海农村节能住宅热工设计

太阳能学报 2020年第3期41卷 311-318页

作者：桑鹏飞谢静超刘加平刘德慧崔亚平绿色建筑环境与节能技术北京市重点实验室(北京工业大学) 北京100124 青海民族大学建筑工程学院西宁810007

针对青海地区气候条件和当地农村建筑特点,以大柴旦为例,基于非平衡保温理论计算该地区不同朝向传热系数限值,其中,南墙≤0.62 W/(m^2·K),东、西墙≤0.51 W/(m^2·K),北墙≤0.44 W/(m^2·K),并通过谐波反应法计算对比无保温、平衡保温... 详细信息

针对青海地区气候条件和当地农村建筑特点,以大柴旦为例,基于非平衡保温理论计算该地区不同朝向传热系数限值,其中,南墙≤0.62 W/(m^2·K),东、西墙≤0.51 W/(m^2·K),北墙≤0.44 W/(m^2·K),并通过谐波反应法计算对比无保温、平衡保温和非平衡保温墙体的衰减延迟、净失热热流和内表面温度。结果表明,非平衡保温墙体内表面平均温度比无保温墙体高3.14~4.98℃,总体节能率达74.4%。同时非平衡保温墙体总净失热量小于平衡保温墙体,满足标准节能要求,且其各朝向内表面平均温度差异最大仅为0.08℃,小于平衡保温墙体的0.48℃和无保温墙体的1.81℃,可有效降低室内不对称辐射温度差异、增加室内人员热舒适性。

关键词：青海地区农村建筑非平衡保温热舒适新型民居

建筑太阳辐射作用下围护结构的传热计算优化研究

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建筑太阳辐射作用下围护结构的传热计算优化研究

作者：张佳明西安建筑科技大学

学位级别：硕士

太阳辐射是建筑从室外获取的主要热源,对围护结构传热产生的重要影响,现阶段在建筑围护结构热工设计、采暖与空调负荷设计以及建筑能耗计算中考虑太阳辐射的影响通常是采用室外综合温度以及传热系数修正系数这两种方法进行围护结构传热... 详细信息

太阳辐射是建筑从室外获取的主要热源,对围护结构传热产生的重要影响,现阶段在建筑围护结构热工设计、采暖与空调负荷设计以及建筑能耗计算中考虑太阳辐射的影响通常是采用室外综合温度以及传热系数修正系数这两种方法进行围护结构传热计算。其中采暖区建筑采暖设计中,常用传热系数修正系数计算建筑物耗热量指标,从而权衡建筑的节能效果,但是现行规范中明确规定了采暖区主要城市的传热系数修正系数推荐值,该值对太阳辐射的考虑是在稳态传热条件下,具体环境状况的考量较为粗糙,如何提高考虑太阳辐射热在采暖计算的准确度显得尤为重要。针对上述问题,作者开展了以下研究。首先简要介绍了建筑围护结构导热、对流以及辐射三种基本传热方式,表面热转移、结构本身传热两种传热过程。同时了解太阳辐射的基本性能,重点阐述了太阳辐射在非透明围护结构以及透明围护结构中的传热影响,对室外综合温度以及传热系数修正系数两种太阳辐射作用下围护结构传热的理论计算方法进行公式推导,并详述其参数使用方法。其次以实测数据中的外表面温度和通过围护结构的热流强度为标准,比较采用室外综合温度和传热系数修正系数这两种考虑太阳辐射作用的理论方法计算出的结果,与实测数据的差异。研究发现:西安地区南向外墙采用室外综合温度以及修正系数时的外表面温度平均值分别比南向外墙实测平均温度值低2.7℃和7.7℃;昆明地区则分别低3.5℃和9.2℃。西安地区南向外墙采用室外综合温度以及修正系数时的热流强度平均值分别比南向外墙实测热流强度平均值低31%和52.7%;昆明地区则分别低50.7%和68.3%。结果分析得出在表面换热系数取定值的情况下,采用室外综合温度计算围护结构传热相较于修正系数更加接近实测值的结论,并简要分析两种理论计算结果差异性的原因。最后,通过对比室外综合温度和修正系数两者理论计算结果与实测的差异,采用非稳态传热考虑太阳辐射对围护结构的热作用,来优化采暖建筑外墙的传热系数修正系数,并对比优化前后修正系数的差异。结果表明采用优化后的传热修正系数可以减少围护结构的传热耗热量,使得采暖供热量进一步减少,有效地节约能源。不同朝向外墙传热系数修正系数推荐值对优化值有不同程度的偏差,其中南向偏差最大。与此同时将优化后的修正系数用于能耗计算以及建筑非平衡保温设计,能够有效提高太阳辐射在能耗计算以及建筑非平衡保温设计中对围护结构热作用的准确率。

关键词：太阳辐射室外综合温度传热系数修正系数能耗计算非平衡保温

陕北地区居住建筑朝向及太阳得热与低能耗建筑设计研究

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陕北地区居住建筑朝向及太阳得热与低能耗建筑设计研究

作者：郑卓欣西安建筑科技大学

学位级别：硕士

随着低能耗建筑的发展,对太阳辐射的研究尤其是针对建筑如何利用太阳辐射得热研究已成为各学术界共同关注的一个问题。太阳辐射主要通过两个方面对建筑得热产生影响:一是建筑的主要朝向,主要朝向的改变会对建筑整体的太阳得热量产生影响... 详细信息

随着低能耗建筑的发展,对太阳辐射的研究尤其是针对建筑如何利用太阳辐射得热研究已成为各学术界共同关注的一个问题。太阳辐射主要通过两个方面对建筑得热产生影响:一是建筑的主要朝向,主要朝向的改变会对建筑整体的太阳得热量产生影响,在北方寒冷地区传统民居中一直沿用坐北朝南的建筑气候设计策略,体现了建筑朝向在被动利用太阳辐射技术措施的重要性;二是不同朝向的建筑外围护结构之间会产生太阳辐射得热差异性,这种差异性在太阳辐射资源优越的地区表现更为明显,随着建筑节能标准的提高以及建筑外墙的保温性能的提高,不同朝向外墙采用相同的热工设计并不利于太阳辐射被动利用,所以对太阳辐射资源丰富地区的低能耗高层居住建筑进行非平衡保温设计对进一步细化墙体热工以及充分被动利用太阳辐射有一定的意义。深化研究朝向与太阳辐射得热的关系,可以促进建筑向被动式低能耗方向发展,这不仅有利于实现“双碳”目标下建筑行业的高质量发展,更有利于应对能源危机以及提高城市居住质量。本文以陕北地区的城市高层居住建筑为主要研究对象,选择其代表城市延安市及榆林市。首先通过对城市高层居住建筑不同朝向外墙所获得太阳辐射得热不同为切入点,量化建筑主要朝向的改变对陕北地区城市低能耗高层居住建筑太阳辐射得热的影响来得出建筑朝向与太阳辐射得热的关系。其次利用延安市及榆林市不同朝向外墙太阳辐射得热的存在差异性导致不同外墙之间传热不平衡性的特点,以低能耗高层居住建筑平衡保温建筑为参考,基于非平衡保温的设计原理,对低能耗高层居住建筑的外墙进行优化设计,进一步得出适用于陕北地区城市低能耗高层居住建筑非平衡外墙保温设计的方案。根据上述研究得出延安市最有利于太阳辐射得热的朝向为正南至南偏西10度,榆林市最有利于太阳辐射得热的朝向为正南至南偏东10度。以正南向为基准,陕北地区低能耗高层居住建筑朝向每偏离正南10度,建筑总体太阳得热量减少1.4%～26%,偏离正南向越多,减少越大。与低能耗平衡保温居住建筑相比,延安市非平衡低能耗高层居住建筑南墙传热系数限值为提升了20%;东墙降低5%;西墙提升了4%;北墙降低了13.8%。榆林市非平衡低能耗高层居住建筑南墙提升了20%;东西墙无变化;北墙降低了10%。非平衡保温进行评价分析结果表明非平衡保温优化设计有助于不同朝向建筑外墙内表面温度以及净热损失量趋向均匀,形成更均匀的室内热环境。

关键词：太阳得热陕北地区建筑朝向低能耗设计非平衡保温

太阳能富集地区居住建筑墙体节能分析与构造优化

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太阳能富集地区居住建筑墙体节能分析与构造优化

作者：李恩西安建筑科技大学

学位级别：硕士

太阳能属于可再生绿色能源,是“取之不尽”的能源。在太阳能富集地区建筑设计中充分利用太阳能,可以减少常规能源的使用,提高室内热舒适性,有利于节能减排工作的进行。如何在太阳能富集地区实现居住建筑墙体对太阳能更好的利用,以促进... 详细信息

太阳能属于可再生绿色能源,是“取之不尽”的能源。在太阳能富集地区建筑设计中充分利用太阳能,可以减少常规能源的使用,提高室内热舒适性,有利于节能减排工作的进行。如何在太阳能富集地区实现居住建筑墙体对太阳能更好的利用,以促进建筑节能节资,是既有学术意义又有应用价值的研究课题。本文对此进行了理论分析、实地测试和数值模拟。本文的主要工作如下: 针对我国现行设计标准对于在以拉萨为例的太阳能富集地区节能建筑设计存在的不足和问题,如对于外墙传热系数的修正系数的规定不够完善等问题,提出了非平衡保温的概念、原理、和适用范围,并给出了计算非平衡保温条件下传热系数限值的原则。根据冬季现场考察测试结果,验证了拉萨强太阳辐射对建筑节能有突出的有利影响。同时,详尽分析了拉萨典型年气温和太阳辐射资料,研究了日照对采暖期能耗影响的根本因素及理论依据,并和同属寒冷区的内地典型城市西安、北京进行了对比,总结出了拉萨的气象特点和当地居住建筑不同于内地城市的热工特性。通过研究传热系数与有效传热系数之间的关系,计算得出在考虑太阳辐射的条件下等效于现有传热系数限值的非平衡保温传热系数限值。弥补现行标准不能充分反映当地气候条件的不足;打破了节能采暖居住建筑按照平衡保温设计,仅在计算耗热量指标时针对朝向修正的热工研究模式。为今后的相关研究,相关规范标准、相关设计计算起到有益的参考作用。在上述研究的基础上,对拉萨的外墙保温构造进行优化,提供非平衡保温条件下的各向外墙构造形式。

关键词：太阳能富集地区非平衡保温节能建筑建筑采暖能耗围护结构传热系数限值