夏热冬冷地区室内滑雪馆运营时段冷负荷分析与节能优化研究

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2022年北京冬奥会带动了全国的冰雪热潮,冰雪运动参与人数大幅上升,我国滑雪馆数量快速增长。室内滑雪馆属于高大空间建筑,内部环境温度较低(-8℃~-1℃),这使得滑雪馆建筑冷负荷容易受不同因素影响,导致建筑能耗增大。同时我国室内滑雪馆多数分布在夏热冬冷地区,该地区制冷需求较大。而现有研究多聚焦于滑雪馆室内环境控制系统设计,缺乏对室内滑雪馆冷负荷影响因素的研究。本文受企业重点科技项目“滑雪场馆节能设计与运营关键技术研究与应用”的支持,对室内滑雪馆运营时段冷负荷主要影响因素及其对滑雪馆的影响结果展开研究,并提出针对性的节能措施。首先对滑雪馆建筑特征、平面布局以及夏热冬冷地区滑雪馆室外气候参数特点进行总结分析,并结合实地调研明确了滑雪馆运营时段冷负荷主要影响因素为热风渗透、暖区及围护结构。其次通过对比分析滑雪馆与一般高大空间建筑(中庭、机场、车站等)渗透特点,结合滑雪馆与商业综合体中庭的渗透实测,发现滑雪馆与一般高大空间建筑在垂直温度分层、出入口渗透风速分布方面存在差异,明确了建筑整体热压与局部热压对滑雪馆建筑渗透的综合作用,提出了滑雪馆出入口渗透风速分布模型。随后基于夏热冬冷地区滑雪馆测试,分别探究了热风渗透、暖区及围护结构对滑雪馆建筑热环境以及冷负荷的影响,具体结果包括:1)热风渗透导致局部区域温度增大2.4℃~5.5℃,绝对湿度增大23.6%。热风渗透所造成的冷负荷占新风负荷比例在8.9%到46.1%之间;2)大体量的暖区所造成冷负荷占内热损失的11.1%。同时导致局部温度升高2.4℃~3.3℃,绝对湿度增大18.4%;3)滑雪馆围护结构局部热桥会导致空气不畅区域温度升高1.2℃~5.4℃,此外滑雪馆保温板固定方式所导致的热桥造成滑雪馆围护结构传热增加11.5%。最后利用CFD(Computational Fluid Dynamics)、De ST能耗模拟方法,针对热风渗透、暖区以及围护结构,研究不同改善措施对滑雪馆内部环境温度以及冷负荷的影响。发现采用门帘遮挡66%出入口面积使热风渗透量降低21.5%~27.8%,设置门斗使热风渗透量降低14.1%;暖区应布置在滑雪馆下部区域并尽量减少其建筑体量;建筑保温系统应避免形成热桥,采用无热桥保温系统使围护冷负荷降低12.9%,半包围或者全包围式围护结构能使围护结构冷负荷分别降低8.8%、11.9%。但采用半包围式围护结构形式时应注意建筑保温性能的统一。
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