【摘 要】
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辐射供冷供暖系统具有节能、舒适性高的特点,越来越受人们的重视,在建筑中的应用也越来越广泛。对于辐射供冷供暖空调系统来说,由于其处理室内得热的主要方式已由全空气系统中的对流换热变为长波辐射换热,室内得热向室内冷负荷的转化方式已经发生了变化,开展辐射供冷系统热环境特性研究对于该系统的设计和应用具有重要意义。同时,建筑能耗模拟已广泛应用于包括辐射供冷系统在内的热环境营造系统的设计与运行评价中,国外建筑能
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辐射供冷供暖系统具有节能、舒适性高的特点,越来越受人们的重视,在建筑中的应用也越来越广泛。对于辐射供冷供暖空调系统来说,由于其处理室内得热的主要方式已由全空气系统中的对流换热变为长波辐射换热,室内得热向室内冷负荷的转化方式已经发生了变化,开展辐射供冷系统热环境特性研究对于该系统的设计和应用具有重要意义。同时,建筑能耗模拟已广泛应用于包括辐射供冷系统在内的热环境营造系统的设计与运行评价中,国外建筑能耗模型校准研究众多,尚未有统一的导则或校准方法,缺乏集成的框架以实现辐射供冷系统能耗模型的自动校准。建筑能耗模拟分析及模型校准的可重复性已成为建筑能耗模型研究中需要重点解决的问题之一。本文首先通过理论分析和全尺寸办公环境现场实测,对现有研究中较少涉及却对辐射供冷系统设计运行有较大影响的因素进行了研究,主要包括室内空气温度分层及吊顶风扇对室内温度分层的影响,从周边区到核心的室内温度的变化及其影响因素,空气温度与操作温度在实际辐射供冷系统中的差异及使用空气温度作为辐射供冷系统控制参数的可行性,结果表明:(1)在制冷模式下,嵌入表面式辐射系统的室内空气温度分层明显大于辐射顶板系统。在辐射顶板系统中观测到的最大垂直温度分层为1.7K,不会对人体热舒适造成显著影响。而在嵌入表面式辐射系统中,站姿情况下的空气温度分层最大值为3.4K,已超过ASHRAE 55标准中对于空气温度分层的限值要求,存在引起室内人员热不舒适的风险。使用吊顶风扇可有效减少空气温度分层,有助于在较高的室内温度下营造更舒适的室内热环境。(2)对于辐射顶板供冷系统和嵌入表面式辐射供冷系统,对于南向窗墙比为50%左右且没有遮阳措施的办公房间,可不为靠近南向外窗的区域单独设计分区温度控制。南立面的周边区域空气温度的升高主要由室外太阳辐射驱动,峰值通常在太阳正午后约3小时出现。实测结果显示,南立面周边区域空气温度的升高不超过1.0K,不会对热舒适性产生显着影响。(3)在辐射顶板供冷系统中,操作温度和空气温度之间的差异较小,大部分情况下不超过0.2K,这使得采用室内空气温度作为区域温度的控制变量成为了可能,并可一定程度上降低该系统的初投资。对于嵌入表面式辐射供冷系统,操作温度与空气温度之前的差值大于前者,实测最大值为0.6K。明确了办公建筑空气温度与操作温度在实际辐射供冷系统中的差异及使用空气温度作为辐射供冷系统控制参数的可行性。接着,对建筑能耗模拟由于缺乏可重复性而导致的能耗模拟结果可信度下降的问题,构建了建筑能耗模拟与数据驱动分析的集成框架。该框架通过采用结构化输入和输出格式管理参数化模拟,将模拟结果以整洁数据(Tidy Data)形式展现,实现了Energy Plus建筑能耗模拟核心与R语言数据驱动分析环境之间的无缝集成;并提出了可移植和可复用的建筑能耗模拟及分析计算环境,实现了建筑能耗模拟领域的可重复性研究,使建筑能耗模型的自动化校准成为了可能。最后,针对传统的手动能耗模型校准方法需要手动迭代调整,参数校准过程耗时、易错且难以重复的问题,基于提出的建筑能耗模拟与数据驱动分析集成框架,提出结合Morris敏感性分析和贝叶斯理论的建筑能耗模型自动校准方法。避免传统方法中参数调整过程的不可追溯,同时考虑参数不确定性,简化能耗模型校正流程。
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