夏热冬冷地区热桥对低层建筑能耗的影响研究

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热桥对建筑能耗有着重要影响,研究夏热冬冷地区热桥对建筑能耗的影响对推进实施《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》,实现《建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划》中相关目标都有着重要的意义。本文根据等效传热系数法和热湿耦合分析法,利用DesignBuilder和WUFI Plus分别计算了有、无热桥下的整体建筑能耗,在考虑土壤温度、辐射换热以及热湿耦合作用等因素影响下,分析热桥对整体建筑能耗的影响。首先,通过THERM建立二维稳态热桥传热模型,考虑土壤温度以及辐射换热对能耗影响,基于有限元法得出墙体的温度分布情况及热流密度,在此基础上得出墙体的传热系数值。利用控制变量法进一步研究了土壤温度和辐射换热对平均传热系数的影响。根据等效传热系数法将该传热系数作为墙体的平均传热系数代入Design)Builder中计算整体建筑设计日的冷、热负荷和年总能耗。将上述计算结果与不考虑热桥时的建筑负荷和能耗结果进行对比,得出等效传热系数法下热桥对建筑负荷和能耗的影响。以夏热冬冷地区四个典型城市南昌、成都、武汉、上海为例,分析了某二层居住建筑中热桥对低层建筑能耗的影响。模拟结果表明:采用等效传热系数法时,THERM和DesignBuilder的计算结果相比无热桥时,墙体年平均传热系数增大27.02%~30.28%,年能耗增大1.62%~3.04%。其中制冷期墙体平均传热系数增大27.02%~30.28%,冷负荷增大3.36%~4.63%,能耗增加0.09%~1.08%;供暖期墙体平均传热系数增大20.81%~25.00%,热负荷增大6.49%~7.76%,能耗增大3.56%~5.99%。同一季节与城市下DesignBuilder计算的建筑负荷变化与墙体平均传热系数变化成正相关。相同变化量下土壤温度对墙体平均传热系数的影响大于室外空气温度的影响。其次,为了分析考虑热湿耦合作用时热桥对整体建筑能耗的影响,本文利用WUFI Plus软件分析了等效传热系数法下热桥对整体建筑的年能耗的影响。为了验证WUFI Plus模拟的准确性,搭建了整体建筑热湿试验测试平台,将实验值与WUFI Plus的模拟值进行对比,结果表明模拟值与实验值吻合良好,温度参数的绝对误差在2℃以内,相对湿度参数的相对误差在5%以内。模拟结果表明:在不考虑热桥时,WUFI Plus计算整体建筑年能耗比DesignBuilder的计算结果增加1.15%~2.2%。其中制冷期能耗增加 1.30%~2.06%,供暖期能耗增加1.00%~2.82%。在通过等效传热系数法计算热桥能耗时,WUFI Plus计算整体建筑年能耗比DesignBuilder增加约2.75%~3.81%,其中制冷期能耗增加2.88%~3.84%,供暖期能耗增加2.63%~3.67%。最后,利用WUFI Plus建立三维热桥传热模型,计算整体建筑年能耗,与不考虑热桥以及等效传热系数法时的建筑能耗结果进行对比研究。模拟结果表明:利用三维热桥模型计算整体建筑年能耗比无热桥时增加24.50%~28.14%,其中制冷期能耗增加19.67%~22.10%,供暖期能耗增加29.46%~32.57%。利用等效传热系数法计算年能耗比无热桥时增加约3.23%~4.29%,其中制冷期增加2.01%~2.40%,供暖期增加5.45%~6.10%。利用三维热桥模型计算整体建筑年能耗比等效传热系数法增加20.56%~23.02%。其中制冷期增加17.31%~20.89%,供暖期增加22.26~29.94%。三维热桥对热桥能耗的计算精度远高于等效传热系数法。
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