东北严寒地区乡村民居节能优化研究.pdf

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1、博士学位论文东北严寒地区乡村民居节能优化研究THEENERGY-SAVINGOPTIMIZATIONFORRURALHOUSEINNORTHEASTSEVERECOLDREGIONS邵腾哈尔滨工业大学2018年4月国内图书分类号：TU241.4学校代码：10213国际图书分类号：72.02密级：公开工学博士学位论文东北严寒地区乡村民居节能优化研究博士研究生：邵腾导师：金虹教授申请学位：工学博士学科：建筑学所在单位：建筑学院答辩日期：2018年3月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TU241.4U.D.C:72.02DissertationfortheDoctor

2、alDegreeinEngineeringTHEENERGY-SAVINGOPTIMIZATIONFORRURALHOUSEINNORTHEASTSEVERECOLDREGIONSCandidate：ShaoTengSupervisor：Prof.JinHongAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：ArchitectureAffiliation：SchoolofArchitectureDateofDefence：March,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstitu

3、teofTechnology摘要摘要我国乡村地域广阔、人口众多，伴随着乡村经济发展和改善自身居住条件的需求，乡村居民对居住环境质量提出了更高要求，随之而来的是建筑能耗增长，乡村建筑节能已成为我国建筑节能系统工程中不容忽视的重要一环。东北严寒地区冬季气候条件恶劣，采暖期长达半年，加之极寒气候频繁发生，建筑高能耗问题更为突出。同时不容忽视的是，乡村经济基础薄弱、农民节能意识差，乡村民居仍延用自筹自建的方式，这些因素给乡村民居节能技术的推广带来了阻力。如何在满足室内舒适的前提下，充分利用建筑自身特点，以经济可行的方式推动乡村民居节能设计是值得探索的问题。本文以调研和测试为基础，围绕东北严寒地乡

4、村民居采暖能耗的主要影响因素，从建筑学的视角开展乡村民居节能优化研究。通过对东北严寒地区4个省42个村落进行系统调研，从被访家庭特征、建筑形态特征、围护结构特征、采暖系统特征和节能理念导向5个方面入手，进行问卷调查结果分析；针对不同建筑形态特征、围护结构构造的乡村民居，进行冬季室内热环境分析，从而找出乡村民居及节能设计中存在的问题。结合能耗计算理论模型和调查研究结果，提炼出乡村民居节能优化的3类关键要素，即：室内外计算参数、建筑形态要素、围护结构要素，进而对乡村民居节能优化展开逐一深入研究。首先，以适应气候变化和严寒气候为目标，基于哈尔滨历年气象数据，采用Gumbel分布函数生成不同概率

5、低温的室外气象数据，为节能设计拓展室外计算参数；基于热舒适调研数据，运用统计学方法分析受访者对热环境的主观反应和热舒适投票等，得出东北严寒地区乡村民居的热舒适温度区间，为节能设计提供合理的室内计算参数。其次，以交互作用为导向，采用控制单因素变量的方法，选择建筑形态要素作为主变量，分别结合围护结构热工性能、室内计算参数、室外计算参数等辅助变量，运用DesignBuilder模拟软件分析了交互作用下建筑形态要素与能耗的量化关系；并采用正交试验法研究了建筑形态要素对能耗的敏感性。再者，以成本导控为目标，引入全生命周期成本理论，选择围护结构要素作为主变量，分别结合全寿命周期年限、室内计算参数、室

6、外计算参数等辅助变量，基于外墙、屋面、地面及围护结构整体的全寿命周期成本函数，运用构建的GenOpt-EnergyPlus优化平台得出能耗和成本共同作用下全寿命周期成本最小时围护结构要素的最优化参数，并探究了与变量之间的响应关系；同样基于正交试验法研究了围护结构要素对能耗的敏感性。最后，提出东北严寒地区乡村民居节能综合优化方法，包括建筑与环境信息集成、优化变-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文量预判与设置、优化目标函数的构建、建筑节能的优化实施4个流程；并以工程实践案例为载体，对综合优化方法进行了过程分析，运用GenOpt-EnergyPlus节能优化平台，得出以全寿命周期成本最小为目标

7、的设计要素的最优化参数组合，为东北严寒地区乡村民居节能优化设计提供参考。论文的创新性成果如下：提出了基于气候变化的东北严寒地区乡村民居节能计算参数；揭示了交互作用下乡村民居建筑形态要素与能耗的量化关系，并确定各要素的敏感性；提出了能耗和成本共同作用下全寿命周期成本最小时围护结构要素的最优化参数，以及与变量之间的响应关系，并确定各要素的敏感性；提出了东北严寒地区乡村民居节能综合优化方法，实现建筑设计要素的协同优化。本研究能够为设计人员