基于量质分析的夏热冬冷地区住宅热环境营造技术优化研究

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1、基于量质分析的夏热冬冷地区住宅热环境营造技术优化研究重庆大学博士学位论文学生姓名：何玥儿指导教师：刘猛教授彭世尼教授专业：供热、供燃气、通风及空调工程学科门类：工学重庆大学城市建设与环境工程学院二0一七年十一月Quantity-quality-basedoptimizationofindoorthermalenvironmentforresidentialbuildingsinhotsummerandcoldwinterclimatezonesAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfill

2、mentoftheRequirementforDoctor’sDegreeofEngineeringByHeYueerSupervisedbyProf.LiuMengProf.PengShiniSpecialty:Heating,Gassing,VentilationandAir-conditioningEngineeringFacultyofUrbanConstructionandEnvironmentalEngineeringofChongqingUniversity,ChinaNov.2017中文摘要摘要夏热冬冷气候区涉及以长江流域为主的16

3、个省市，人口稠密，经济发达，其国民生产总值达到全国48%。与经济快速发展不平衡的是该地区气候条件所导致的恶劣的室内热环境尚未得到有效改善。随着城镇化进程的推进，人们生活水平的提升，夏热冬冷地区热环境改善的需求日益上涨，从而进一步引发了该地区能源高效利用的问题。论文针对夏热冬冷地区住宅如何综合考虑自运行条件下热环境和热舒适的问题、如何综合评价常见热环境技术营造过程中热量传递、能量转换的问题，通过调查研究、理论分析与建模、案例应用，深入开展了基于热舒适评价的自运行建筑用能需求分析、基于耗散和㶲损失的常见技术能源利用效率评价、热环境营造的能效优化以及经济

4、性能分析。在自运行建筑用能需求方面，本研究通过分析自运行建筑的能量流动过程，基于预计热适应平均热感觉指标，构建了夏热冬冷地区住宅自运行环境下的负荷预测与能量分析动态模型。该模型量化了室内热舒适、冷热负荷与气候条件、建筑设计要素之间的关系，实现被动式优化设计。论文以夏热冬冷地区的典型房间为例，应用该模型对被动式设计策略的节能效益进行了分析，结果显示，当示例房间围护结构热工性能满足《居住建筑节能65%（绿色建筑）设计标准》DBJ50-071-2016限值要求，若进行以南向开窗为主的自然通风优化设计，且窗墙比达到35%时，可使室内热舒适满足《民用建筑室内

5、热湿环境评价标准》（GBT50785-2012）I级要求的累计时间比达到31.8%，全年累计热负荷平均降低12%，全年累计冷负荷平均降低41%；若围护结构热工性能在此基准上整体优化10%，对比仅采用南向开窗的节能效果，满足I级热舒适要求的累计时间比基本维持不变，全年累计热负荷将进一步降低7%，全年累计冷负荷进一步降低4.8%。在对常见热环境营造技术的能效评价方面，基于“”和“㶲”分析理论，建立了夏热冬冷地区热环境营造常见技术的热量传递和热功转换的能效评价模型，提出基于“量”和“质”综合评价的室内热环境营造优化方法。首先，通过基础调研、Python分

6、析、热舒适评价确定夏热冬冷地区住宅合理的热环境营造需求；其次，设定符合该地区现状的住宅热环境营造基准技术方案，应用-㶲量化方法得到基准技术方案营造过程中的耗散和㶲损失，作为能效评价基准值；第三，将常见技术作用下的耗散、㶲损失与基准值进行对比，定义相对节率、相对节㶲率，实现基于耗散和㶲损失的常见技术能源利用效率评价。最后，应用上述模型并结合全生命周期经济性评价，对夏热冬冷地区住宅热I重庆大学博士学位论文环境营造的典型技术进行了定量化分析。由于夏热冬冷地区夏季制冷方式已经比较统一，冬季供暖方式还未达成共识，论文设定了以3级能效定频空调作为主动式调控方法

7、的住宅热环境营造基准技术方案，-㶲能效评价模型对夏季使用变频空调器制冷，冬季使用变频空调器、空气源热泵地面辐射、燃气壁挂炉地面辐射、燃气壁挂炉散热器和电取暖等方式进行了能效评价，从提高能效的角度建议夏热冬冷地区住宅夏季采用变频空调制冷、冬季采用空气源热泵地面辐射供暖系统。若同时考虑经济因素，可在冬夏季均采用更高能效等级的变频空调器。冬季采用空气源热泵地面辐射供暖系统虽然年运行费最优，但由于初投资和设备更新费用过高导致生命周期费用过高；但除了热负荷很小的情况，其生命周期费用仍然优于目前夏热冬冷地区住宅广泛采用的电取暖器。关键词：自运行建筑，动态热舒适

8、，耗散，㶲损失，热环境营造II英文摘要ABSTRACTHot-summer/cold-winter(HSCW)climat