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太阳城官方网HVAC太阳能富集区域修造的等效体形系

文章来源:未知    时间:2019-09-22
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  分析了体形系数用于只需供暖的太阳能富集地区建筑围护结构热工设计时存在的问题,提出了等效体形系数的概念,并给出了其物理意义与计算方法。等效体形系数应表述为建筑物与室外空气直接接触的外表面积扣除有效得热面对应的等效面积后与其所包围的体积的比值;与体形系数相比,等效体形系数与外围护结构单位体积耗热量指标的相关性较高,相关系数大于0.90;采用等效体形系数代替传统体形系数指导建筑围护结构热工设计,可起到引导设计师优化建筑朝向、增加得热面窗墙面积比的作用。

  体形系数是表征建筑热工特性的一个重要指标,目前广泛应用于我国建筑节能标准中,其大小与围护结构热损失及建筑造型、平面布局、采光通风等密切相关。我国节能规范针对不同类型建筑提出了相应的体形系数限值要求,在标准中以强制性条文出现,用以控制建筑设计产生过于复杂的体形及过多的凹凸面,减少围护结构热损失,实现节能。

  但对于只需供暖的太阳能富集地区的建筑,传统体形系数不区分不同朝向的外表面,因而并未考虑南向围护结构的得热作用,造成在实际工程应用中存在缺陷,为此本文对只需供暖地区建筑体形系数的精确表述开展研究。

  GB50189—2015《公共建筑节能设计标准》明确指出:严寒、寒冷地区建筑体形系数S的变化直接影响建筑供暖能耗,建筑体形系数越大,单位建筑面积对应的外表面积越大,热损失越大。S≤0.30时,屋面与外墙的传热系数限值分别为0.28W/(m2•K)与0.38 W/(m2•K),外窗或幕墙则根据不同窗墙面积比给定传热系数限值;S>0.30时,对各围护结构提出了更严格的限值要求。

  实践表明,太阳能富集地区若采用南向条形建筑,虽然体形系数大于方形点式建筑,但可通过加大窗墙面积比,充分利用太阳能集热,提高室内温度,减小热负荷需求,实现建筑节能。这与现行标准所述的建筑物耗热量随体形系数的增大而增加并不一致。

  本节以2个典型案例对体形系数在太阳能富集地区的建筑中应用出现的不适应性进行论述。

  采用位于太阳能资源富集的严寒地区四川省理塘县的2栋南向典型建筑进行全年逐时负荷计算,主要建筑参数见表1,围护结构传热系数按当地节能标准取限值,建筑模型见图1。2栋建筑的建筑面积与体积均相同。

  本例计算表明,典型建筑热负荷指标未随体形系数的增大而增大,反而呈现出与现行规范所述相反的趋势。条形建筑虽然具有较大的体形系数,但其适合被动太阳能利用的体形可有效减少建筑热负荷。

  仍以上述典型建筑为例进行分析,计算其不同朝向时建筑单位面积累计热负荷,结果见图2。

  可见,即便对于同一形态建筑,在体形系数及其他热工参数均相同的前提下,朝向不同时单位面积累计热负荷也会出现大辐度波动。体形系数应用在太阳能富集地区围护结构热工性能设计上,适应性较差。

  体形系数是现有建筑节能设计标准制定的重要基础,其定义为:建筑物与室外空气直接接触的外表面积与其所包围的体积的比值,不包括地面和不供暖楼梯间内墙的面积。

  从S的定义可以看出,其代表了单位建筑体积对应的透明与非透明围护结构面积大小。

  各节能标准对犛与围护结构限值建立关联的解释较为一致:严寒、寒冷地区建筑体形的变化直接影响建筑供暖能耗,S越大,单位建筑体积对应的外表面积越大,能耗也越高。

  太阳能富集地区建筑热负荷很大程度上取决于太阳能利用情况,与建筑进深、南向窗户面积、建筑朝向、透明围护结构设计策略等因素密切相关,本文进一步讨论如何综合考虑各因素影响,对现有体形系数进行合理修正。

  现行规范中体形系数越大,规定的围护结构限值越严格。而在太阳能丰富的严寒、寒冷地区,条形建筑进深小、体形系数大,但在太阳能利用上优于体形系数小、进深大的方形点式建筑,使得体形系数与围护结构损失的单位体积热(冷)量的相关性进一步变差。

  JGJ26—2010《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》中提出建筑物宜朝南或接近朝南,但并未将体形系数及围护结构的传热系数限值与朝向有效联系起来加以规定。建筑朝向对建筑热负荷影响很大。

  从前述体形系数定义可知,其与外围护结构单位体积耗热量Qv成正比,而太阳得热使得部分失热的围护结构转变成了得热的围护结构,使得两者不再呈线性相关,本节提出的等效体形系数S′旨在对体形系数进行合理修正,使得两者再次呈现较好的相关性。

  S′定义为:建筑物与室外空气直接接触的外表面积扣除有效得热面对应的等效面积后与其所包围的体积的比值,不包括地面和不供暖楼梯间内墙的面积。

  图4对位于理塘和拉萨的典型建筑1典型周内的墙体热流量进行了分析,室内供暖温度为18℃。理塘和拉萨分别代表了太阳能资源富集的严寒和寒冷地区。

  图5针对室内供暖温度分别为18,24℃时,南向窗在典型周内的得失热情况进行了统计。

  图6为不同建筑朝向下,室内供暖温度为18℃。

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