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夏热冬冷地区建筑中庭通风节能研究

夏热冬冷地区建筑中庭通风节能研究

作者：季群峰武汉理工大学

学位级别：硕士

中庭因其建筑美学及自然采光和供暖的特性深受人们的欢迎。但是,中庭建筑有不同于一般建筑的特点：空间高、体量大以及大面积的玻璃屋顶或玻璃幕墙引起的中庭空间内复杂的热环境,其能耗状况引起广大业主和建筑师的重视。本文结合CFD软件... 详细信息

中庭因其建筑美学及自然采光和供暖的特性深受人们的欢迎。但是,中庭建筑有不同于一般建筑的特点：空间高、体量大以及大面积的玻璃屋顶或玻璃幕墙引起的中庭空间内复杂的热环境,其能耗状况引起广大业主和建筑师的重视。本文结合CFD软件(Computer Fluid Dynamic) Fluent与能耗模拟软件energyplus相结合进行计算模拟,通过对比分析、定量分析等途径,对中庭空间的通风、能耗等方面问题作了一定深度的探讨。本文主要分以下部分：首先,通过对本课题研究现状的简要概述,梳理了目前国内外学者与中庭相关的建筑技术领域的研究。通过进一步查阅中庭通风相关文献,了解影响中庭通风、节能的影响因素。其次,通过对武汉地区某教学楼中庭进行现场实测,获得中庭内的温度场,速度场以及室外气候参数等,为以下的模拟提供相应参考。然后,根据实际中庭建筑特征,建立适合中庭空气动力特性数学、物理模型,采用通用商业CFD软件Fluent在分别考虑中庭顶层玻璃开启与关闭的情况下,对建筑中庭内速度场与温度场进行模拟计算,将三维计算温度场与实测温度场进行对比,并进行相关分析。最后,利用Designbuilder建立建筑中庭能耗计算模型,分别在考虑中庭温度分层与忽略温度分层的情况下,利用Energy Plus对中庭建筑区域热平衡进行计算,并对计算结果进行归纳分析,得出温度场对中庭通风的影响。重点分析了中庭空间的气流组织、温度分布与顶部玻璃窗开启对中庭本身通风的影响,这对建筑中庭通风、节能以及提高其热舒适度具有一定的参考价值。

关键词：中庭 Fluent energyplus 通风温度场

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冷屋顶对铁路客运站用能特性影响的研究

冷屋顶对铁路客运站用能特性影响的研究

作者：程佳中南大学

学位级别：硕士

在对长沙南站候车大厅热环境和光环境舒适性参数进行实地调研的基础上,发现长沙南站的热环境存在温度偏低、湿度偏高,光环境存在白天照度值偏高、夜间照度值偏低、区域照度值差异大、候车大厅入口处光线不足等问题,说明我国铁路客运站... 详细信息

在对长沙南站候车大厅热环境和光环境舒适性参数进行实地调研的基础上,发现长沙南站的热环境存在温度偏低、湿度偏高,光环境存在白天照度值偏高、夜间照度值偏低、区域照度值差异大、候车大厅入口处光线不足等问题,说明我国铁路客运站太阳能利用存在不合理性。其次,通过研究太阳能对建筑屋顶传热过程的影响原理,以长沙南站实测数据为原型,利用建筑能耗模拟软件energyplus建立了铁路客运站太阳能利用模型,并对模型进行检验和校正。第三,以铁路客运站太阳能利用模型为基础,研究多种因素共同作用下冷屋顶对铁路客运站屋顶传热量、空调机组装机容量、空调冬夏能耗、照明能耗、候车大厅室内舒适度的影响,得出了虽然冷屋顶能有效的减少铁路客运站夏季的能耗,但对客运站全年能耗的影响却随多种影响因素变化,因此冷屋顶应用要根据当地的自然气象条件和铁路客运站自身特性进行针对性设计的结论,并给出了适用于我国不同地区的铁路客运站的冷屋顶最佳方案。最后,对比分析了铁路客运站分别采用冷屋顶和光伏发电后的节能潜力,并通过进行经济性分析,得出了虽然光伏发电技术比冷屋顶具有节能优势,但冷屋顶经济性远优于光伏发电技术的结论,从而验证了冷屋顶应用推广的潜力。

关键词：铁路客运站冷屋顶反射系数 energyplus 建筑能耗

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地埋管地源热泵模拟分析

地埋管地源热泵模拟分析

作者：曹学明华中科技大学

学位级别：硕士

近年来随着资源和环境的问题日益严重,在满足人们健康、舒适要求的前提下,合理利用自然资源,保护环境,减少常规能源消耗,已成为暖通空调行业需要面对的一个重要问题。地源热泵空调系统作为一种利用可再生能源的高效节能、无污染的、既... 详细信息

近年来随着资源和环境的问题日益严重,在满足人们健康、舒适要求的前提下,合理利用自然资源,保护环境,减少常规能源消耗,已成为暖通空调行业需要面对的一个重要问题。地源热泵空调系统作为一种利用可再生能源的高效节能、无污染的、既可供暖又可制冷的新型空调系统,在国外已成为一种广泛采用的供热空调方式,而在国内正处于研究和应用推广阶段,有着巨大的发展潜力。垂直深埋U形管式地源热泵以其占地而积少、可用范围广、灵活性较高、换热效率高、维护费用低等众多优势,日益流行。本文主要运用energyplus模拟软件,以武汉某办公建筑为例,建立建筑模型,通过对该建筑描述及负荷计算,运用地埋管计算软件GS2000对该建筑进行垂直地埋管换热器设计,设置不同的埋管深度,计算建筑所需的地埋管长度。在energyplus中通过改变埋地换热器的设计参数,本文主要考察了埋管深度和管内循环液体流量这两个因素,对地源热泵系统进行模拟,分析了埋地换热器进出水温度对换热器换热性能及机组性能的影响,对优化地埋管换热器设计参数提供有价值的参考。然后根据确定的设计参数对地源热泵系统进行全年模拟,计算出埋管出水温度变化情况,最后提出在冬暖夏热地区宜采用混合地源热泵的建议。

关键词： energyplus 地源热泵埋地换热器埋管深度管内流量模拟

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基于BIM技术的建筑节能设计软件系统研制

基于BIM技术的建筑节能设计软件系统研制

作者：冯妍清华大学

学位级别：硕士

建筑能耗长期以来在社会总能耗中占据相当大的比例。随着经济的快速发展,人们对建筑的舒适性提出了更高要求,建筑节能的重要性便日益凸显出来。建筑节能设计是建筑节能至关重要的环节。我国目前的建筑节能设计软件对现阶段的建筑节能设... 详细信息

建筑能耗长期以来在社会总能耗中占据相当大的比例。随着经济的快速发展,人们对建筑的舒适性提出了更高要求,建筑节能的重要性便日益凸显出来。建筑节能设计是建筑节能至关重要的环节。我国目前的建筑节能设计软件对现阶段的建筑节能设计起到了重要的辅助作用,但由于设计理念和技术的局限,仍然存在着种种问题,例如大量的重复建模、模型修改造成的工作效率低下、容易出错等。这些问题制约了建筑节能设计工作在我国的开展。随着BIM(Building Information Modeling,建筑信息模型)技术的迅速发展,有必要研究基于BIM技术的建筑节能设计软件系统,解决目前建筑节能设计软件存在的缺陷,从而提高建筑节能设计工作的效率。本研究是基于BIM技术的建筑节能设计软件系统研究的中后期工作,目标是在分析了我国建筑节能设计软件需求的基础上,对系统进行详细功能设计,并进行系统开发。首先,基于建筑节能设计的信息需求,探讨了BIM的主流数据标准IFC(Industry Foundation Classes,工业基础类)标准对建筑节能设计所需信息的表达方法及完备性,并建立了基于IFC标准的建筑节能设计信息模型。结果表明,IFC标准总体上可实现对建筑节能设计信息的表达,所建立的信息模型是具有一般性的建筑节能设计信息模型。第二,探讨了能耗模拟内核energyplus所需的IDF数据表达建筑节能设计信息的方法,建立了基于IDF数据格式的建筑节能设计信息模型,并建立了IFC数据与IDF数据之间的转换机制。第三,依据实际情况,本研究对之前已有的基于BIM技术的建筑节能设计软件的工作流程以及系统模型进行了修改和调整,并以功能模型为基础,对系统进行了细化设计。最后,依照系统设计,结合实际工程项目的IFC数据,进行了系统开发。上述研究成果解决了基于BIM技术的建筑节能设计软件系统研究中的诸多关键性问题,为工作的进一步开展奠定了坚实的基础。

关键词：建筑节能设计软件建筑节能设计信息模型 IFC标准 energyplus IDF数据

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遮阳产品对空调能耗影响的参数化研究

建筑科学 2019年第4期35卷 113-119页

作者：谭羽桐彭晋卿李念平丘尔契亚.查理李雪王春磊湖南大学湖南长沙410082 劳伦斯伯克利国家实验室

本文针对不同遮阳产品的参数对住宅建筑空调能耗的影响进行了模拟研究。首先,选取了可能影响卷帘和蜂巢帘性能的9个参数(透射率、反射率、辐射率等),并根据当前同类主流产品的参数范围为每个参数设置高、中、低3个值,对参数进行排列组... 详细信息

本文针对不同遮阳产品的参数对住宅建筑空调能耗的影响进行了模拟研究。首先,选取了可能影响卷帘和蜂巢帘性能的9个参数(透射率、反射率、辐射率等),并根据当前同类主流产品的参数范围为每个参数设置高、中、低3个值,对参数进行排列组合分别得到9 520种和9 072种遮阳产品。然后,以美国制冷和制热为主的两座典型城市为例,利用WINDOW和energyplus软件分别建立窗户模型和典型住宅建筑模型并在energyplus中进行窗户的全年能耗模拟。最后,提出了年能效指标(Annual Energy Performance)以表征不同遮阳产品对建筑能耗的影响并对比分析不同参数下遮阳产品的能耗性能,最终根据对参数的敏感性分析确定了影响不同类型遮阳产品能效的关键参数。研究结果表明:可见光透射率和反射率是影响遮阳产品性能的2个主要因素。

关键词：遮阳产品能耗模拟 energyplus 敏感性分析年能效指标

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夏热冬冷地区地埋管热泵系统的工程优化

中南林业科技大学学报 2010年第11期30卷 167-170页

作者：刘冲侯喜快肖红光湖南湘投控股集团有限公司湖南长沙410012 湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 长沙理工大学湖南长沙410076

以长沙地区某典型办公建筑作为实例,通过energyplus能耗模拟软件对该建筑全年能耗进行分时段、分楼层的动态模拟,得到该建筑相应条件下的能耗分布图,并依据能耗分析结果对地源热泵冷热源部分进行匹配选型。研究发现:在最不利情况下,第6... 详细信息

以长沙地区某典型办公建筑作为实例,通过energyplus能耗模拟软件对该建筑全年能耗进行分时段、分楼层的动态模拟,得到该建筑相应条件下的能耗分布图,并依据能耗分析结果对地源热泵冷热源部分进行匹配选型。研究发现:在最不利情况下,第6层负荷最大,高出楼层平均负荷50%,在各项负荷中潜热负荷占最大比例,为总负荷的32%。同时模拟结果还表明,该建筑夏、冬季每平方米每小时能耗比为1.74∶1,夏、冬季总能耗比为2.89∶1。根据冬、夏季总能耗比计算出所需的经济最优条件下的最小钻孔数目为208目。

关键词：地源热泵冷却塔 energyplus 能耗模拟负荷分析

夏热冬冷地区某居住建筑能耗分析与可再生能源应用研究

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夏热冬冷地区某居住建筑能耗分析与可再生能源应用研究

作者：雷舒尧东南大学

学位级别：硕士

随着我国城镇化速度的加快,建筑业规模不断扩大,导致了建筑能源消耗的增长,在此背景下“近零能耗建筑”因其低能耗、高能效、对环境污染少且人居舒适性好等特点,逐渐成为目前应对建筑节能的关键所在,而方案阶段的建筑设计是实现近零能... 详细信息

随着我国城镇化速度的加快,建筑业规模不断扩大,导致了建筑能源消耗的增长,在此背景下“近零能耗建筑”因其低能耗、高能效、对环境污染少且人居舒适性好等特点,逐渐成为目前应对建筑节能的关键所在,而方案阶段的建筑设计是实现近零能耗建筑的重要途径。本文以南京地区一典型高层居住建筑为例,选取影响建筑能耗的多个围护结构热工参数并确定模拟阈值,利用Sketch Up、Open Studio、energyplus软件对多热工参数进行设计优化研究。根据建筑施工图纸等信息建立基础模型,针对设定阈值范围内的外墙传热系数、屋面传热系数、外窗传热系数、外窗太阳得热系数进行节能优化设计,以围护结构节能率为指标,分析其节能效果;通过敏感性分析确定对建筑能耗影响较大的热工参数,针对参数组合方案进行能耗模拟,选择最节能的方案,并计算其最大节能贡献率。接着,在优化围护结构热工性能的基础上加入光伏系统和地源热泵系统进行建筑整体节能设计,使其满足近零能耗建筑要求。研究表明:(1)外窗太阳得热系数的节能潜力最大,外墙传热系数次之,当外窗太阳得热系数取0.40,外墙传热系数取0.30W/(m·K)时,围护结构节能率为15.73%,空调供暖能耗在建筑全年总能耗中的占比由42.24%下降至38.12%;(2)户式光伏板和屋顶集中式光伏板的最佳安装角度分别为45.21°和33.05°,若均选用最佳安装角度,集中式光伏系统的全年产电量比户式光伏系统高出11.56%,二者全年共可满足建筑7.9万k Wh的用电需求,负担39.5%的照明和设备系统用电需求;(3)若将建筑冷热源系统形式换成户式地源热泵系统,则单位面积供冷能耗可降低23%,单位面积供暖能耗可降低25%,地源热泵系统在夏季运行时制冷性能系数可保持在4左右,在冬季运行时制热性能系数可保持在3左右;(4)经过围护结构热工性能优化、光伏系统设计和户式地源热泵系统设计的优化后模型,其单位面积一次能源消耗总量为51.171k Wh/(m·a),相较于原始建筑模型下降了35.2%,光伏系统能源替代率为23.7%,地源热泵可再生能源贡献率为38.76%,满足国家近零能耗建筑标准。因此,设定合适的围护结构热工性能参数的限值,是降低建筑本体能耗的有效途径,再加以主动节能技术措施提高能源设备与系统的运行效率,充分利用可再生能源,是实现近零能耗建筑乃至零能耗建筑的必要手段。本文的研究为夏热冬冷地区近零能耗居住建筑的设计提供了参考方案,为户式光伏系统和户式地源热泵的推广和应用提供理论支撑,对未来建筑节能和能源节约有积极意义。

关键词：夏热冬冷地区近零能耗居住建筑 energyplus 设计优化

气候变化及建筑节能技术对城市建筑群能耗的影响

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气候变化及建筑节能技术对城市建筑群能耗的影响

作者：彭志文湖南大学

学位级别：硕士

《中国建筑能耗与碳排放研究报告2021》指出,2019年我国建筑全过程总能耗为22.33亿吨标准煤,占全国能源消费总量的45.9%。为了实现碳中和目标,建筑部门有必要进行节能减排工作。而如何在全球气候变暖这个大背景下,实现建筑低排放目标是... 详细信息

《中国建筑能耗与碳排放研究报告2021》指出,2019年我国建筑全过程总能耗为22.33亿吨标准煤,占全国能源消费总量的45.9%。为了实现碳中和目标,建筑部门有必要进行节能减排工作。而如何在全球气候变暖这个大背景下,实现建筑低排放目标是目前建筑节能工作的重点。本文以长沙市城市建筑群为研究对象,考虑未来气候变化和应用建筑节能技术,分析两者对长沙城市建筑群能耗的影响,探究城市建筑群的节能潜力。首先,获取长沙市未来2050年和2080年天气数据。本文采用线性拟合方法分析长沙市近40年年平均气温变化趋势,结果显示,近40年年平均气温随时间推移呈现波动上升趋势;并使用未来天气生成器Weather Morph预测得到长沙市未来低排放情景下2050年和2080年天气文件,结果显示,基准年的年平均气温为18.05℃,2050年和2080年的年平均气温上升了1.72℃和2.48℃。其次,利用Open Studio-Standards建立大型办公建筑基准模型。Open Studio-Standards是由美国国家可再生能源实验室开发的开放源代码库,可以快速生成符合相应建筑节能标准的建筑能耗模型。本文参照《湖南省公共建筑节能设计标准》等节能标准及相关文献,在Open Studio-Standards中重新定义大型办公建筑的基准参数从而生成基准模型,并输入基准年、2050年和2080年天气文件,得到三个年份的全年能耗模拟结果。模拟结果显示:基准模型在基准年的一次能源总能耗为365.93 k Wh/m,2050年和2080年分别为372.99 k Wh/m和374.89 k Wh/m,增幅分别为1.93%和2.44%。进一步,利用建筑能耗模拟软件energyplus建立大型办公建筑节能模型。在大型办公建筑基准模型上,参照《近零能耗建筑技术标准》等节能标准、能源改造分析工具CBES及相关文献,使用energyplus添加4种建筑节能技术和应用可再生能源,建立大型办公建筑节能模型。模拟结果显示:(1)在基准年,应用“围护结构性能优化”、“照明系统优化”、“HVAC系统优化”、“设备系统优化”的建筑模型的一次能源总能耗分别为361.04 k Wh/m、329.10 k Wh/m、306.97 k Wh/m和301.90 k Wh/m,节能率分别为1.34%、10.08%、16.11%和17.50%,其中应用“设备系统优化”的模型节能率最大;“安装屋面太阳能光伏系统”的建筑模型在基准年的单位屋顶面积光伏发电量为63.20 k Wh/m,并用于替代建筑电耗,折合为一次能源的节能率为4.50%。(2)而同时添加4种建筑节能技术和应用可再生能源的“节能模型”在基准年的一次能源总能耗为211.61 k Wh/m,考虑光伏发电量,则节能率可达46.67%。最后,拓展研究对象,对长沙市22种建筑类型共59332栋建筑进行研究,总建筑面积为3539万m。在Open Studio-Standards中开发climate＿scenarios模块;并参照前两章的设置方法,在Open Studio-Standards中定义基准参数和节能参数,生成22种建筑类型的基准模型和节能模型。模拟结果显示:(1)关于气候变化的影响,城市建筑群的基准模型在基准年的一次能源总能耗为7113.02 GWh,2050年和2080年分别为7327.94 GWh和7424.17 GWh,增幅分别为3.02%和4.37%。(2)关于建筑节能技术的影响,以基准年为例,应用4种建筑节能技术,59332栋建筑群在基准年的一次能源总能耗为3870.87GWh,节能率为45.58%。

关键词：未来气候变化城市建筑群能耗模拟建筑节能技术 energyplus

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建筑节能设计多目标粒子群优化方法研究

建筑节能设计多目标粒子群优化方法研究

作者：袁丽娟中国矿业大学

学位级别：硕士

建筑节能设计是当前能源消耗领域中的一个重要研究课题,也是学术界和工业界急需有效解决的开放性难题。其本质上是一类典型的多目标优化问题,存在建筑能耗和用户不舒适度等多个相互冲突的性能指标。粒子群优化算法由于具有概念简单、收... 详细信息

建筑节能设计是当前能源消耗领域中的一个重要研究课题,也是学术界和工业界急需有效解决的开放性难题。其本质上是一类典型的多目标优化问题,存在建筑能耗和用户不舒适度等多个相互冲突的性能指标。粒子群优化算法由于具有概念简单、收敛速度快等优点已被广泛应用于各类实际问题。但是,现有成果依然存在对惯性权重和学习因子等控制参数取值敏感的不足。更为重要的是,由于需要借助高计算代价的能耗模拟软件来完成对相关参数取值(即优化解)的评价,现有基于进化优化的建筑节能设计方法存在计算耗时的缺陷。如何以较小的计算代价获得优秀的Pareto最优解集,需要提出有效的解决策略。鉴于此,本文研究面向建筑节能设计问题的高效多目标粒子群优化方法。本文的主要研究工作如下:(1)针对粒子群优化算法对控制参数取值敏感的不足,提出一种基于自适应扰动因子的改进多目标骨干粒子群优化方法(BBMOPSO-A)。该方法以多目标骨干粒子群优化算法为基础,通过引入一种全局和个体极值点协同决定的扰动因子,有效提高了算法的全局寻优能力。将所提方法应用于不同地区典型建筑的节能设计,并与现有多目标进化设计算法进行对比,实验结果表明,BBMOPSOA显著提高了所得Pareto最优解集的收敛性和分布性,是一种解决建筑节能设计问题的少控制参数的高效进化优化方法。(2)针对现有建筑节能设计进化优化方法存在计算耗时的缺陷,提出一种低计算代价的代理模型辅助的多目标粒子群优化方法。给出一种双储备集协同引导的变样本规模的代理模型管理策略,用于有效均衡代理模型精度和模型管理代价之间的矛盾。在保证代理模型精度的基础上,该策略可以合理减少个体真实评价的次数,进而降低代理模型的更新代价。在MOEA/D空间分解技术框架下,有效融合所提代理模型管理策略、少参数骨干粒子更新策略和基于拥挤度的种群初始化策略等新算子,给出一种基于分解的代理模型辅助多目标粒子群优化算法(SMOPSO/D)。将所提方法应用于多种类型典型建筑的节能设计,实验结果表明,SMOPSO/D可以在较少计算时间下得到收敛性和分布性均较好的Pareto最优解集。该论文有图31幅,表36个,参考文献121篇。

关键词：建筑节能设计粒子群优化多目标代理模型 energyplus