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《建筑物理论文-北方地区冬季太阳辐射对居住建筑节能贡献研究》指导老师：陆凤华教授学生姓名：曹亚柏班级：建筑学0601学号：05001627日期：2010.10太原理工大学建筑物理论文1北方地区冬季太阳辐射对居住建筑节能贡献研究摘要在我国北方的采暖居住建筑中，一方面较好的围护结构节能设计为建筑物提供了有利的供热节能保障；而另一方面，暖通设计又偏于保守，使得供热能源产生浪费。除此之外其更为直接的原因就是对太阳辐射得热量的估计不足。针对天津地区的太阳能辐射特点，本文旨在从太阳辐射的角度对其计算评估，着重研究天津地区居住建筑中太阳辐射对室内热环境的贡献量，通过试验和计算机模拟等手段量化太阳辐射能及其对室内环境的热作用。在资源供应日趋紧张的今天，本项研究对节约能源，绿色环保具有重要意义。太阳辐射能和住宅热工测试是本文研究的基础，我们持续观测了两年天津地区太阳辐射的状况并针对特定的几户住宅进行了热工测试，并对天津某新建65％节能住宅进行了总热源法的节能评估。通过计算和物理模型的确定，对比研究模型住宅太阳辐射和室内热环境及采暖供热的关系。在此基础上利用模拟软件将实验的结果重新分析，通过几组模拟实验综合的分析了实测结果。利用清华DeST．h模拟软件开放的数据库编辑了天津地区的太阳辐射数据在这个背景下进行各种能耗模拟。模拟实验的结果一方面和物理模型检测结果进行比较也为下一步的结论提供依据。通过太阳辐射观测和分析，我们对新建建筑节能设计提出了指导意见，我们提出了两个标准，一方面对建筑物利用太阳能的优劣做出了评价，另一方面针对目前使用的体形系数指标进行了改进，加入了太阳辐射的因素就能够更全面的反应建筑的节能状况。太阳辐射能分布到每一个住宅内的量虽然不大，但是它源源不断，如果每一个住宅都能依靠太阳能减少一定的能耗，那么住宅建筑就节约出巨大的能源。本文着重研究太阳辐射能在天津地区住宅能耗中的贡献作用，以新的角度来反映天津地区居住建筑采暖耗热量。关键词：太阳辐射能、建筑耗热量指标、计算机模拟、散热面系数太原理工大学建筑物理论文2ABSTRACTIntheresidentialbuildingsforheatinginnorthChina，ontheonehand，betterdesignofenvelopestructureprovidesasafeguardofenergy-efficientforbuilding；ontheotherhand，HVACdesignissomewhatconservative，leadingawasteofheatenergy．Inaddition，thedirectreasonforthisisthattheheatofsolarradiationisunderestimated．ForthecharacteristicsofsolarradiationinTianjin，thispaperaimingatcalculationandassessmentfromtheperspectiveofsolarradiation，focusontheamountofcontributionofsolarradiationontheindoorthermalenvironmentofresidentialbuildingsintheTianjin．Bymeansofexperimentsandcomputersimulation，wequantifiedtheenergyofsolarradiationanditseffectonindoorthermalenvironment．Intoday’Sgrowingtensioninthesupplyofresources，thisstudyhasimportantsignificationtOenergy—efficientenvironmentalprotection．Solarradiationandtemperatureobservationsarethebasisofthisstudy．WehaveobservedcontinuouslythestateofsolarradiationinareaofTianjinfortwoyears．Inaddition，thesituationofafewspecifichouseswereobservedatroomtemperature，andanewdepartmentinTianjinof65％energy-efficientwasassessedwiththetotalheatsourcemethodofenergy-efficient．Atfirst，throughthecalculationanddeterminationofthephysicalmodel，wecancomparetostudytherelationshipamongthesolarradiation，heatingenvironmentindoorandheating．ThenwewillusesoftwareforsimulationtoanalyzetheresulBofexperiments．Thefinalresultwillbegotbyourintegratedanalysisofseveralgroups’．WeusethedatabaseopenedinTsinghuaDeST-hsimulationsoftwaretoeditsolarradiationdataofTianjinregion，andinthiscontextavarietyofenergysimulationshavebeendone．Theresultsofsimulationnotonlycanbeusedtocomparewithtestresultsofphysicalmodel，butalsowillprovidethebasisfortheconclusionsofthenextstep．Throughtheobservationandanalysisofsolarradiation，wewillputforwardsometOenergy—efficientdesignofnewbuildings．therewillbetwocriteriaareproposed，whichmakeanevaluationoftheuseofsolarenergy，andalsoamendtheindicatorsofshapecoefficient．Byaddingthefactorofsolarradiationtheenergy-efficientsituationofonebuildingwillbereflectedmorecomprehensively．AlthoughdistributionofsolarradiationtothehouseiSnothuge．itcomescontinuously．Ifeveryhousecouldbeabletousesolarenergytoreduceenergyconsumption，thentremendousenergywillbesaved011theresidentialbuilding．Thisarticlefocusesoncontributionofsolarradiationincity’SresidentiaIenergyconsumptionintheregionofTianjin，inwhichallewpointofviewtOcalculatetheheatconsumptionofheatinginTianjinwillbeused．KEYWORDS：Solarradiation。Indexofheatlossofbuilding，ComputerSimulation，Coolingsurfaceindicator太原理工大学建筑物理论文3第一章绪论I．I研究背景第一章绪论随着我国由农业大国向工业现代化国家的转变，对各种能源的需求也日益强烈到现阶段国内已经不能满足各种矿物或非矿物能源的自给自足，大规模依赖进口，给各种发展带来了沉重的成本压力，并且常规能源的大量使用必将对环境造成不利影响。太阳能作为一种重要的可再生能源，取之不尽用之不竭，不会对环境造成污染．是目前最有潜力的可持续能源之一。我国属于太阳能资源丰富的国家，天津位于华北平原，位于资源较丰富带。天津的日照时数属于全国最长的地区之一，年日照3000～3200h，这意味着其太阳能资源在全年相对平均。方便控制和使用。1．1．1天津的气候地理特征天津位于中纬度欧亚大陆东岸，面对太平洋，季风环流影响显著，冬季受蒙古冷高气压控制，盛行偏北风：夏季受西太平洋副热带高气压左右，多偏南风。天津气候属暖温带半湿润大陆季风型气候，有明显由陆到海的过渡特点：四季明显．长短不一}降水不多．分配不均；季风显著，日照较足；地处滨海，大陆性强。年平均气温12．3℃。7月最热，月平均气温可达26℃：1月最冷，月平均气温为_4℃。年平均降水量550～680毫米，夏季降水量约占全年降水90％。太原理工大学建筑物理论文4天津市的年太阳辐射总量属于较丰富地区(图1．1)，在经济较为发达的中国东部地区太阳辐射量并不是很丰富，天津是个例外，从这张图中可以看到。天津市一方面具备开展太阳能节能工作的经济基础，又有丰富的太阳能资源可利用。1．1．2利用太阳辐射能对建筑节能的潜力和意义1．1．2．1节约矿物能源清洁无污染我国目前城市化水平约在30％左右，根据发达国家的经验，将在30年左右的时间内迅速达到60％70％的城市化水平。这直接表现为城市目前的大规模的建设活动，城市就如同一个大工地。从节能因素考虑，这是挑战，更是机遇。太阳辐射不仅带来热量，也带来采光。这两个方面都是现代建筑不可或缺的因素，一般来说，对于公共性建筑，仅照明就占日常能耗的40％.。太阳能对于室内热环境的贡献正是本文要讨论的命题，从日常生活中我们都知道冬季朝南的房间要比朝北的房间更温暖。在夏天受季风的影响，一般南向的房间夜晚通风更好，这从热舒适角度也一定程度减低了空调的制冷能耗。这些说明只要我们精于计算，合理设计，就能最大限度的降低人们使用矿物能源的频率，达到节能减排的目的。1．1．2．2太阳光综合改善人们生活条件，包括采光，健康，对心理的影晌人类经过数千万年的演变，人类机体最适应的物理环境就是自然条件下物理环境，比如春夏秋冬的变化，每一天早中晚的气温变化。另外人类的眼睛最适应的光源就是自然光，在自然光下人眼可以接受更大的照度值范围，达到更高的视觉功效。太阳光对于人类的生命健康有极为重要的关系，日光的照射有助于预防各种疾病的发生。根据对比试验，目光照射下成长的小自鼠比人工光照射下的小白鼠明显成长速度更快，并且机体合成某些生命物质的能力更强。另外，充足的阳光对于室内的工作人员的精神心理有相当的作用，明朗的阳光让人精神振奋，情绪乐观；透过窗户的美景也有助于工作疲惫的迅速缓解。一天的阳光在持续不断的变化，它的强度、方向和频谱随着时间和天气的变化而变化。这带给人以时间性，让人们的生物钟跟随它变化，这本身就是生理需求的一部分。1．2太阳辐射理论及太阳辐射的研究应用进展1．2．1太阳辐射热太阳辐射热是地表大气热过程的主要能源，也是对建筑物影响较大的一个参数。日照和遮阳是建筑设计中的重要因素，这都是针对太阳辐射的。特别是太阳能的建筑设计，必须仔细考虑作为能源使用的太阳辐射能。【2】1．2．1．1直射辐射、散射辐射和总辐射当太阳的射线到达大气时，其中一部分能量被大气中的臭氧、水蒸气、二氧化碳和尘埃等吸收；另一部分被云层中的尘埃、冰晶、微小水珠及各种气体分子等反射或折射而形成漫反射，这一部分辐射能中的一部分回到宇宙中去，另一部分到达地面。我们把改变了与原来方向而到达地面的这部分太阳辐射称为散射辐射，其余未被吸收