天津地区零能耗住宅设计研究

天津地区零能耗住宅设计研究ResearchonDesignofZero-energyResidentialBuildingforTianjinArea一级学科：建筑学学科专业：建筑技术科学研究生：房涛指导教师：高辉教授天津大学建筑学院二零一二年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日中文摘要随着世界能源短缺问题的日益突出，建筑节能逐渐成为全球各国共同关注的研究主题。目前，欧美日等发达国家在建筑节能研究方面走在了世界前列，这些国家在低能耗建筑设计的标准规范、技术策略、政策支持等方面均取得了较大的发展，在此基础之上零能耗建筑逐渐成为未来的主要发展趋势。近些年，我国通过建筑“三步节能”的发展取得了较大的成就，但在零能耗建筑的基础性研究方面仍处于起步阶段，特别是针对严寒和寒冷地区的零能耗住宅设计研究基本处于空白状态。基于以上原因，本文从天津地区气候特点和可再生能源利用现状两方面入手，对天津地区住宅运行能耗的影响因素进行了深入分析，并以分析结论为基础建立了天津地区零能耗住宅低能耗设计指导原则。将低能耗设计指导原则与可再生能源适用技术的整合、集成与优化相结合，进行了天津地区零能耗住宅可行性的研究与实践。本文首先以零能耗住宅为居住者提供舒适健康的室内居住环境为出发点，对天津地区零能耗住宅的用能季节与时段进行了划分，确立了以一年为周期的采暖、制冷、通风和除湿四个用能季节及相应时段。其次，从分析国内外零能耗住宅实例和能量平衡的角度限定了天津地区零能耗住宅的建筑类型，结合《天津市居住建筑节能设计标准》（DB29-1-2010）建立适宜于天津地区零能耗住宅设计研究用的基础模型。再次，利用能耗模拟软件DesignBuilder对影响基础模型运行能耗的外因和内因进行模拟计算，通过对计算结果进行统计分析后，确立了天津地区零能耗住宅设计的最佳朝向、外围护结构的构造形式、热工性能的参数选择、适宜窗墙比及外窗遮阳形式等。然后，通过对天津地区可再生能源适用技术的选择、集成与优化，建立天津地区零能耗住宅实验室的多能源供能系统，在此基础上对天津地区零能耗住宅的可行性进行了分析研究并作出了初步评价。最后，建立零能耗实验室室内环境监测系统，通过近一年的室内环境参数监测记录，对零能耗实验室无辅助冷热源情况下的室内热环境舒适度进行了评价分析，验证了天津地区零能耗住宅低能耗设计原则的可靠性。关键词：零能耗住宅舒适健康低能耗设计集成与优化可行性ABSTRACTWiththeincreasinglyprominentworldwideenergyshortage,buildingenergyefficiencyhasbecomeacommonconcernedresearchtopic.Today,Europe,USA,Japanandotherdevelopedcountriestakealeadingpositioninbuildingenergysaving.Theyallmakeagreatprogressinlowenergyconsumptionbuildingresearchsuchasstandardandcode,techniquestrategyandpolicysupport.Onthisbasis,zeroenergybuildinghasgraduallybecomeamainfuturetrend.Inrecentyears,Chinahasachievedgreatsuccessinenergyefficiencyby”3-step”plan,butstillintheinitialstageinbasicresearchofzeroenergybuilding.Especially,theresearchofzeroenergyresidentialbuildingsincoldandseverecoldregionisalmostinablankstate.Basedontheabovereasons,fromtheperspectiveofTianjinclimatefeatureandrenewableenergypotentialuse,thethesismadeadepthanalysisontheinfluencefactorsofoperationalenergyconsumptioninTianjinresidentialbuildingandonthebasisofanalysisconclusiondevelopedadesignguideofTianjinzeroenergyresidentialbuilding.Fromtheguideoflowenergydesign,bytheintegrationandoptimizationofrenewableenergyapplicabletechnologies,thethesisperformedaresearchandpracticeoffeasibilityofTianjinzeroenergyresidentialbuildings.Firstly,fromthepointofprovidingcomfortableandhealthyindoorenvironmentforoccupier,thethesismadeadivisionofenergyconsumptionseasonandperiodofTianjinresidentialbuilding,anddevelopedfourenergyconsumptionseasonsandperiodsofheating,cooling,ventilationanddehumidificationinoneyear.Secondly,fromtheperspectivesofanalysisontheworldwidesamplesofzeroenergyresidentialbuildingsandenergybalance,thethesisprescribedthetypesofzeroenergyresidentialbuildingsinTianjindistrict,anddevelopedbasicmodelapplicabletothedesignofzeroenergyresidentialbuildinginTianjinbyintegratingTianjinBuildingEfficiencyDesignStandardofResidentialBuilding.ThirdlyusingtheenergysimulationsoftwareDesignBuilder,thethesismadeasimulationofinnerandouterfactorswhichinfluencetheoperationalenergyconsumptionofthebasicmodel,anddevelopedaseriesofguidelinessuchasthebestorientation,shellfabricformsandthermalperformanceparameters,suitablewindow-to-wallratio,windowsun-shadingformsandetc.Fourthly,throughtheselection,integrationandoptimizationofapplicablerenewableenergytechnologiesinTianjin,thethesisdevelopedmulti-energyprovidingsystemofTianjinzeroenergyresidentialbuildingexperimentplatform,madeananalysisonthefeasibilityofTianjinzeroenergyresidentialbuilding,andmadeapreliminaryevaluation.Finally,thethesisestablishedanindoorenvironmentalmonitorsystemofzeroenergylaboratory.Throughtheindoorenvironmentalparametersrecordinoneyear,thethesismadeananalyticaljudgmentonindoorcomfortabledegreeofzeroenergylabwithoutassistantcoolingorheatingsourcesandverifiedthereliabilityoflowenergyconsumptiondesignguideofzeroenergyresidentialbuildingsinTianjindistrict.KEYWORDS：Zeroenergyresidentialbuilding,comfortableandhealthy,lowenergyconsumptiondesign,integrationandoptimization，feasibilityi目录第一章绪论.......................................................11.1研究背景及目的...........................................................................................11.1.1研究背景............................................................................................11.1.2研究目的............................................................................................41.2国内外研究概况及发展趋势......................................................................41.2.1国外研究及发展概况........................................................................51.2.2国内研究及发展概况......................................................................101.2.3发展趋势..........................................................................................121.3主要研究内容................................................................