随着我国西部地区经济水平的整体提升,村镇居民的居住条件和生活水平得到了显著改善,对冬季室内热环境的要求也越来越高。然而由于村镇建筑存在围护结构热工性能差、现有供暖设施陈旧、供暖系统不完善、潜在供暖能耗高等问题,现有城市的连续无差别集中供暖模式难以直接应用。基于西北村镇居民在客厅、主卧、次卧等主要功能房间活动轨迹规律,以及活动和睡眠昼夜差异化状态,可对西北村镇建筑进行分时间分空间供暖,从而降低供暖能耗,因此开展由粗放型到精细化分时分区供暖的研究具有重要的意义。本文针对精细化分时分区供暖,采用了现场调查、实验测试、理论分析和数值模拟相结合的研究方法对西北村镇建筑分时分区热需求、分时分区供暖系统优化设计展开了研究,具体研究内容和主要结论如下:(1)获得了西北村镇建筑室内分时分区热需求及供暖模式对西北地区村镇建筑室内热环境现状、居民活动轨迹及热环境评价等开展了大规模现场测试调研,掌握了西北村镇建筑居民室内活动状态、着装情况、供暖措施、室内热环境和居民不满意率等现状。通过居民室内热感觉主观评价分析,获得了西北五省各地区村镇居民活动和睡眠状态下室温与居民平均热感觉的线性量化关系,结果表明活动和睡眠状态下室内空气舒适温度范围推荐取值分别为16~18°C和11~13°C。引入马尔科夫链状态转移模型表征居民冬季室内活动轨迹规律,计算得到了各个房间人员在室概率,进而确定了村镇建筑供暖空间及时间的对应关系。综合形成了包含昼夜双时段、功能房-床房双层级空间的分时分区热需求,提出了适宜于西北村镇建筑的分时分区供暖模式。(2)掌握了组合供暖末端不同运行模式下热环境营造和散热特性规律依据主卧昼夜双时段、床房双区域的复杂热需求特征,提出了一种分时分区供暖组合末端形式(炕面和地面),弥补了单一供暖末端难以满足分时分区热需求的缺陷。搭建炕-地组合供暖末端热性能实验分析平台,探究了单独运行、共同运行和交替运行模式下室内热环境营造、末端散热特性和供暖能耗。掌握了不同运行模式下室内空气温度、地面和炕面温度动态变化规律,重点讨论了不同运行模式组合末端相互作用下室内热环境变化特征。实验结果表明组合供暖末端交替运行对于满足分时分区热需求具有明显优势,论证了炕-地组合供暖末端满足主卧复杂热需求特征的可行性。(3)建立了分时分区供暖组合末端耦合建筑动态热过程理论分析模型基于实验研究结果分时分区供暖组合末端交替运行模式对于满足主卧室昼夜分时、床房分区热需求具备的优势,建立了分时分区供暖组合末端耦合建筑交替运行动态热过程理论分析模型;着重阐明了室内环境和被褥环境双空间舒适温度要求边界条件下炕-地组合供暖末端蓄/放热性能的相互影响关系,为组合供暖末端散热性能分析和优化设计提供理论依据。(4)提出了西北村镇建筑分时分区供暖组合末端优化设计策略通过在西北村镇典型建筑中改变组合末端设计参数(盘管间距和填充层厚度)、运行参数(管道入口温度和流量)及运行策略(启闭时间)三方面影响因素,模拟对比分析了室内空气温度、被褥温度和地面温度的动态变化特征,揭示各因素对于热环境营造的响应速度、温度高低以及吻合程度的影响关系。基于分时分区热需求明确了由设计参数到运行参数再到运行策略的优化顺序,形成了炕-地组合供暖末端优化设计策略。本研究获得的分时分区供暖室内设计参数、分时分区供暖组合末端散热特性、优化设计方法及运行策略为西北村镇建筑精细化供暖提供依据,进而达到满足居民冬季室内实际热需求、改善居民生活品质、削减村镇建筑供暖能耗等目的,对于加快西部建设及推行节能减排等方针政策具有一定的积极意义。