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能源是社会发展的重要资源,是人民物质文化生活水平的重要支撑。我国是一个人均资源贫乏的国家,在社会终端能源消耗中,建筑能耗量约占36%,随着中国人口增加,城市化进程加快,全球气候变暖,建筑能耗的增加必然会更加剧烈。对建筑能耗进行研究,既是对发展能源生产和能源消费政策的积极响应,也是推进节能减排、应对气候变化和进行生态文明建设的重要体现。 本文主要以夏热冬暖地区民用建筑应对气候变化的被动节能措施为研究目的。首先,选用三种不同类型的民用建筑进行实际能耗测试/监测,按照实体建筑物性参数在TRNSYS建筑动态能耗仿真平台上搭建模型,并根据建筑的实际能耗值校核建筑模型,使仿真能耗值与实际能耗值的平均百分比误差介于±10%之间;其次,分析各类民用建筑围护结构对空调总能耗的敏感性,根据敏感性大小对建筑进行优化改造,并从能耗和经济性的角度对各改造方案进行正交分析,寻求最优改造方案;最后,以广州市和肇庆市为夏热冬暖地区代表城市,通过统计降尺度方法预测出两个地区的未来气候变化情况,并对各类民用建筑的外围护结构进行优化,使民用建筑在2020年、2050年及2080年的气候条件下维持现有的能耗水平。本文的主要研究工作有: 1、建筑能耗仿真平台搭建 1)对三种民用建筑的实际能耗进行测试/计算,包括办公建筑、居住建筑及酒店建筑的能耗水平,分别测试广州某一实体办公建筑空调系统制冷机组冷冻水进出口水逐时温度、流量,计算建筑的逐时能耗,并分析实验数据的不确定度,验证实验数据的可靠性;根据《JG175-2012夏热冬暖地区典型居住建筑设计标准》的能耗水平取定能耗值;根据酒店建筑能耗监测系统监测值计算建筑的空调实际运行能耗。 2)根据实体建筑物理特征,在TRNSYS动态能耗仿真系统中建立建筑模型,计算出仿真能耗值,并根据实测能耗值校核模型,完成建筑动态能耗仿真平台的搭建。 2、围护结构改造方案分析 1)对三种民用建筑进行能耗仿真,研究空调全年总能耗对于各围护结构要素的敏感性情况,按照敏感性权重对围护结构展开不同程度地优化。 2)从能耗和净现值(NPV)动态经济性的角度分析各种改造方案,分析建筑运行时间内改造方案的节能情况、经济性,定量地评价改造方案的优劣,筛选出最优节能改造方案。 3、民用建筑应对气候变化的节能措施 1)根据统计降尺度(Morphing)方法,对于夏热冬暖地区的未来气候进行预测,并根据预测的气象数据计算出办公建筑、居住建筑及酒店建筑在未来时间节点2020年、2050年及2080年的逐时动态能耗水平。 2)为实现民用建筑在未来气候变暖条件下的节能规划,使建筑在未来条件下保持现有节能设计标准所要求的能耗水平,对于各建筑提出了相应的改进强化措施。 本文的创新点主要在于: 首先,研究建筑本体结构对于空调能耗的敏感性,根据建筑围护结构敏感性权重大小进行综合改造,与常规的“一把抓式对标”改造方法相比,本研究具有更高的灵活性和经济性;其次,采用NPV经济评价模型,对于各改造方案进行经济性评价,可以定量地分析单体、综合改造模式的经济性,寻取最优改造方案,提高建筑生命周期内的节能评估准确度;此外,采用统计降尺度方法对未来气候变化情况进行预测,计算未来气候下的的建筑能耗水平,并制定应对未来气候下的具体节能方案,对于政府规划和决策部门具有重要的理论指导意义。