设计日冷负荷用外窗-遮阳系统日射得热计算模型研究

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我国的建筑节能工作经历了三步走的发展战略,基本的技术路径是通过建筑被动式设计、主动式高效的能源系统及可再生能源的应用,最大幅度的减少建筑能耗,降低建筑碳排放。其中建筑被动式设计是建筑节能设计的基础,而外窗作为建筑外围护结构的薄弱环节,对我国的建筑节能工作具有重要意义。现今建筑节能技术愈加趋向一体化和复合化,建筑外窗也不例外,外窗和遮阳设施的一体化设计可以有效控制夏季进入室内的太阳辐射,降低空调负荷。可将外窗和遮阳设施所组成的一体化系统称为“外窗-遮阳系统”。计算通过不同类型外窗-遮阳系统进入室内的日射得热量是一个十分复杂的过程,外窗-遮阳系统日射得热量的计算是设计日日射得热冷负荷计算的基础。我国现行的《民用建筑供暖通风与空调调节设计规范》(GB 50736-2012)给出了设计日日射得热冷负荷的计算公式,将得热和冷负荷计算合二为一,这种方式虽然方便工程应用,但其中窗户的日射得热采用基于标准玻璃的得热量来计算,这种处理方式与实际过程有一定差别,同时规范中也没有给出不同玻璃和遮阳类型修正系数的数值,实际在计算不同外窗-遮阳系统形成的设计日日射得热冷负荷时无数可依。因此针对我国目前规范中缺少精确的外窗-遮阳系统日射得热计算模型的问题,基于对设计日冷负荷计算方法和外窗日射得热计算模型的研究,建立了外窗-遮阳系统日射得热逐时计算模型,以及计算模型在最新的设计日冷负荷——辐射时间序列法中的应用方法,通过本文的研究将为我国暖通空调设计师、建筑师和相关研究人员提供更符合实际物理条件的外窗-遮阳系统日射得热计算方法,为我国五个热工设计分区主要城市的日射得热及其设计日冷负荷计算参考,从而推动设计日冷负荷计算方法的发展。主要研究工作如下:(1)分析了外窗-遮阳系统日射得热的热传递过程,明确了外窗-遮阳系统日射得热计算所需的参数;对比了设计日冷负荷计算方法及冷负荷计算中窗户的日射得热计算模型,进而对现有的基于标准透光材料和基于太阳得热系数的两种外窗日射得热计算模型进行了对比和分析,得出我国目前基于标准透光材料的日射得热计算模型简化程度过高,而基于不同入射角下透光材料太阳得热系数的日射得热计算模型则更符合实际条件。(2)参考ASHRAE的方法,基于不同入射角下透光材料太阳得热系数,结合现行《民用建筑热工设计规范》(GB 50176-2016)中遮阳构件的直射辐射透射比XD、散射辐射透射比Xd计算方法,建立了外窗-遮阳系统日射得热计算的逐时计算模型,并且给出了计算模型的计算案例及在最新的设计日冷负荷中的应用方法;建立了我国玻璃产品的太阳得热系数数值表,并对数值表进行分析,得到了不同入射角下SHGC的拟合公式;建立了我国五个热工设计分区主要城市的四个朝向逐时太阳入射角表格,方便计算查找使用。(3)用太阳得热系数表征整个外窗-遮阳系统的日射得热性能,进而分析了外窗-遮阳系统太阳得热系数在全年的变化规律,指出外窗-遮阳系统的太阳得热系数是一个动态变化的数值,在建筑外窗节能设计中应从外窗朝向和太阳位置的季节变化考虑太阳得热系数的计算,同时从更宏观的角度来分析外窗-遮阳系统的太阳得热系数,不能简单的将太阳得热系数当作一个固定值;对不同外窗-遮阳系统日射得热对空调负荷的影响进行了研究,分析了太阳得热系数对设计日负荷和全年空调负荷的影响程度。
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