夏热冬冷地区近零能耗常规空调住宅建筑室内环境研究外文翻译资料

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夏热冬冷地区近零能耗常规空调住宅建筑室内环境研究

Jiankai Dong a , b , Haixia Lan a , b , Yu Liu a , b , Xiaotao Wang c , lowast; , Chenchen Yu a , b

哈尔滨工业大学建筑学院，哈尔滨

工业信息化部寒冷地区城乡人居环境科学与技术重点实验室，湖南长沙

中国科学院理化技术研究所低温学重点实验室

摘 要：关于夏热冬冷地区近零能耗住宅建筑(NZERB)的研究很少，虽然由于其高的保温性和气密性可以降低建筑的冷负荷，但在夏季仍需要一定的降温。本文研究了三种空调(分体式空调、多联式空调和吊顶辐射式空调)下近零能耗住宅建筑的室内环境。首先，以典型的夏热冬冷地区城市南京为例，建立了近零能耗住宅建筑的模拟模型。其次，研究了室内空气温度和建筑负荷特性随室外空气温度的变化规律。第三，对选定的三台常规空调在夏季的室内环境和能耗进行了模拟。最后，得出结论，提出了一种对流散热和辐射散热相结合的空调。结果表明，在夏热冬冷地区近零能耗住宅建筑中需要打开空调。因为在封闭状态下室内温度在在32°C到36°C之间，这是高于夏季室内设计温度的。但是在所选择的三种传统空调情况下，近零能耗住宅建筑的室内环境并不能同时满足节能舒适的要求。所设计的对流辐射空调具有速度快、运行稳定、节能等优点。本文的研究成果可以为近零能耗住宅建筑积极开展提供技术参考。

关键词:近零能耗住宅建筑；负荷特性；空调室内环境；夏热冬冷地区

1. 介绍

近零能耗住宅建筑(NZERB)因其超低能耗和高热舒适性的特点，越来越受到人们的关注。基于我国建筑节能的发展现状以及根据近零能源技术标准的编制,近零能耗建筑能源消耗在夏热冬冷区域低于住宅建筑节能设计标准60%-75%以上。

目前，我国近零能耗住宅建筑的探索和实践主要集中在寒冷地区。为降低能耗，主要采用了被动式节能技术。在先前的研究，例如Ruizeng等，模拟了我国河南省65%、75%和近零能耗住宅建筑的节能设计标准，零能耗住宅建筑分别实现了23%的冷却节能率和56.4%的热节能率。通过对沈阳等地的近零能耗住宅建筑负荷模拟，得到了近零能耗住宅建筑的技术应用能够节省73.7%的冬季能源消耗和55.2%的年综合能源消耗的结论。此外，崔才等设计了河北省首个中德技术合作办公楼，与普通节能建筑相比，节能率高达90.5%。Yu和Hu模拟了山东省近零能耗办公建筑的负荷变化，得出建筑能耗仅为普通建筑的60%。

此外，吉林建筑科技大学工程培训中心采用先进的建筑节能技术和可再生能源利用技术，实现能耗比普通建筑降低469,144 kWbull;h，标准煤节能168.89 t。

与寒冷地区相比，夏热冬冷区面积大、人口密集，冬夏气候差异明显，不能满足建筑全年的热舒适要求。此外，夏热冬冷地区能源消耗较大，因此研究该地区的近零能耗住宅建筑具有重要意义。然而，目前对夏热冬冷地区的近零能耗住宅的研究很少，研究重点在于确定合适的围护结构，以降低建筑能耗。Dong在前期研究中得出结论，在夏季热区，随着外墙保温材料厚度的增加，近零能耗住宅建筑夏季制冷能耗增加，大于冬季采暖能耗减少，导致建筑能耗增加。志清和卫平得出结论，与其他遮阳方式相比，百叶式室内空调总能耗最小。在无锡尚德研发大厦，建华通过选择合适的玻璃幕墙材料，实现了节省9.78 times; 10 5 kW的制冷量。惠来等通过对外墙、屋面保温、门窗的改造，降低了4710.9 kWbull;h的建筑全年空调采暖能耗，节能率达46%。文婷通过对江苏省丹阳市某实际住宅项目实施具体节能措施，实现了住宅建筑的年能耗低于参考建筑的能耗。蒙西为上海虹桥英杰酒店建筑采用被动式节能空调系统节能，可实现年碳排放不超过25 kgCO₂/ m²的目标。伊周等人在湖南建造了近零能耗住宅建筑，通过优化围护结构和节能设备，综合节能率可以达到76.3%。彭和井明得出，在夏热冬冷地区近零能耗住宅建筑外墙和屋面的最佳传热系数极限值分别为0.179和0.158 W/( m²bull;K)。同样，杨和弈逡得出的结论是0.15-0.17 W/( m²bull;K)是夏热冬冷地近零能耗住宅建筑外壁的最佳传热系数极限。此外，正荣等得出外窗传热系数为2.0 W/(m²bull;K)时，外墙和屋面的传热系数为0.2 W/(m²bull;K)。Gang利用半导体电抗器空调模拟了近零能耗住宅建筑在夏热冬冷地区的室内环境。结果表明，室内空气温度能够满足冬季采暖、夏季降温的要求。以上例子实现了不同的建筑节能率，可以看出，近零能耗住宅建筑在夏热冬冷地区的冷负荷普遍低于常规建筑，这就提出了常规空调是否适合近零能耗住宅建筑的问题。

如前所述，目前对近零能耗住宅建筑的研究主要集中在寒冷地区。然而，在夏热冬冷地区，对建筑围护结构和减冷热负荷的研究较多。一直以来，对近零能耗住宅建筑的室内环境缺乏重视。因此，由于与传统建筑相比，近零能耗住宅建筑具有较低的热/冷负荷的优势，因此有必要对配备传统空调的近零能耗住宅建筑室内环境进行研究。针对上述问题，本文建立了中国夏热冬冷地区典型城市南京的近零能耗住宅建筑模型。模拟分析了近零能耗住宅建筑非空调工况下室内空气温度和负荷特性的变化，以及三种常规空调的室内环境和负荷特性。然后，根据仿真结果，讨论了对流辐射空调的假设，并给出了初步的仿真结果。

2.近零能耗住宅建筑建模

利用Energy Plus研究了夏热冬冷地区近零能耗住宅建筑的室内环境和负荷特性。基于近零能耗技术标准，建立了夏热冬冷地区典型城市南京近零能耗住宅建筑的仿真模型。

表1 各方向窗墙比

表2 各房间的地板面积

2.1住宅建筑的几何模型

该建筑是按照近零能耗技术标准和《夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准》建造的。围护结构、设备功率密度、各房间新风量等参数的确定均依据近零能耗技术标准限值。对于近零能耗技术标准中未提及的建筑窗墙比限值，根据夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准确定。房间的布局以中国南京的奉尚国际公寓为基础，这是一个几乎零能耗的示范公寓。因此，在该模型中建立了一套6层3米高、两户一梯、人均居住面积30 m2、总建筑面积1240 m2的居民楼。建筑结构为框架剪力墙结构，楼板为现浇混凝土，是典型家庭的住房类型。标准住宅建筑布局如图1所示。每个房间每个方向和面积的窗墙比分别如表1和表2所示。使用Sketch Up with Open Studio作为插件，建立住宅几何模型，如图2所示。

2.2主要的参数设置

参数设置如表3所示。

目前，根据实际情况，分体式空调主要以间歇运行和连续运行为主。对这四种模式进行了模拟，其中设置了三种间歇时间模式用于间歇运行。多联式空调和顶棚空调均可作为常用空调。空调类型的详细描述见表4。

3.负荷特性

在第二章建立的基本模型的基础上，对非空调条件下的近零能耗住宅建筑进行模拟，分别得到夏季7月18日至7月24日(室外温度峰值)一周内的室内空气温度和负荷。夏季通常考虑遮阳。角度设置为45°，从上午8点到下午4点的遮阳开放时间。考虑到夏季室内空气温度高于室外，关闭热回收装置，将新鲜空气直接送入室内。以标准层西门为例，研究室内空气温度变化情况，如图3所示。以标准层西门为例进行室内环境分析。图3分别为7月18日至7月24日不降温时室内空气温度的变化。

图1住宅楼标准平面

(a)俯视图 (b)立体图

图2住宅建筑几何模型

表3室内外参数

图表显示室外空气温度在7月18日下午12点开始上升，经过十五个小时从26.3°C上升到35.4°C 。室内温度经过二十一小时从32.6℃上升到最高值。在整个过程中，室外温度六十四小时后达到最高值36.8℃，一百二十七小时后到达最低值25.0℃。室内温度六十九小时后达到最高值35.7℃，五小时后到达最低值32.5℃。由于坡口结构的温度延迟效应，室内温度峰值一般比室外温度峰值晚3 ~ 5 h。由此可见，虽然考虑了遮阳和直接新鲜空气，但在夏热冬冷地区近零能耗住宅建筑室内气温变化受室外气温影响较大。室内空气温度仍维持在32.5℃至35.7℃的高水平，需要使用空调来降低室内空气温度。此外，室温过高会导致夏季空调能耗增加。因此，本研究也模拟了冷负荷的变化。

表4空调的式样

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