第五讲 建筑围护结构节能(2)

T<28℃(夏季) T>18℃(冬季)

甲方要求：夏季不用空调 气温年平均 5.8℃ 土壤恒温层温度7.99℃ 夏季室外设计参数 T=30.5℃
25
一台风冷冷水机组用作特殊工况下的备用设 备
气象参数及节能原理


采暖
区域供热系统＋散热器 采用地道预热室外新风

建筑节能综合关键技术－ 第五讲
1. 墙 体 节 能
离散系统扰量和响应的离散化处理 拉氏变换

1972，z传递函数法 1975, Rudoy & Duran，冷负荷系数简化算法 1997，Spliter，辐射时间序列RTS方法 1981，江亿，状态空间法

建筑节能综合关键技术－ 第五讲 17
1. 墙 体 节 能

现在
建筑节能综合关键技术－ 第五讲
26
3.2主动换热
3.2主动换热
3. 地 下 节 能
长度：150‾250m 一共10根 管径 1.2m

总风量 24.4万m3/h
总风量 34.4万m3/h
送风管 静压箱1 静压箱2 表冷器 送风管
3. 地 下 节 能
地道 地道 地道 接冷水机组
送风管
200kW
4 4 QL w [( xsky x g g )Tw xskyTsky x g gTg4 ]
简化结果

第三类边界 [t ( ) t (0, )] ( x ) t | out z x x 0
13 建筑节能综合关键技术－ 第五讲 14
建筑节能综合关键技术－ 第五讲
18℃
28.6℃ 夏季 t 26℃
冬季： 平均温差=18-（-9）=27℃ 相对波动=4/27=15%； 夏季： 平均温差=28.6-26=2.6℃ 相对波动=4/2.6=154%。
1. 墙 体 节 能
C
衰减
22
24
室内
建筑节能综合关键技术－ 第五讲
3
建筑节能综合关键技术－第五讲 4
1.2 墙体动态传热
建筑节能综合关键技术－ 第五讲 35
直接到室外
新风管
总风量10万m3/h
28
建筑节能综合关键技术－ 第五讲
27
建筑节能综合关键技术－ 第五讲
3.2主动换热
3.2主动换热

3. 地 下 节 能
“泵”是一种可以提高位能的机械设备， 比如水泵主要是将水从低位抽到高位。 “热泵”是一种能从自然界的空气、水或 土壤中获取低品位热能，经过电力做功， 提供可被人们所用的高品位热能的装置。
建筑节能综合关键技术－ 第五讲
23
建筑节能综合关键技术－ 第五讲
24
3.2主动换热 实例：

3.2主动换热 环境控制策略
3. 地 下 节 能

东北某大学内的自然博物馆

3. 地 下 节 能

规模：地上4层，地下1层 用途：多功能展览 室内环境要求

供冷
地道风供冷 机械通风，风机双速调节
3. 地 下 节 能
防 护 措 施
1000
40
个体防护 个体防护
用热泵？
局部降温除湿
3. 地 下 节 能
个体防护
局部降温除湿
集中降温
3.2主动换热
3.2主动换热
3. 地 下 节 能
冬季将水中热量转移到室内 夏季把室内热量转移到水中 全封闭系统, 不会污染地下水资源 冬季，夏季都可达到 COP=4～5以上 一次能源效率远高于燃煤锅炉 省水、省能的最佳解决方案 但受地下水文条件的限制

1. 墙 体 节 能
②
主动改善途径
墙体蓄热特性 导热特性

下面内容

改善墙体蓄热性能的主要途径
6
建筑节能综合关键技术－ 第五讲
5
建筑节能综合关键技术－ 第五讲

Double Skin Facade
1. 墙 体 节 能

物性出现强烈的非线性
cp,m cp,s cp,l
cp(J/(kg·℃)） cp,m

建筑节能综合关键技术－ 第五讲 33
3. 地 下 节 能
抽水井 回灌井
风机盘管
3 1 4
5
8
分户水源 热泵主机 可放室内
建筑节能综合关键技术－ 第五讲
34
3.2主动换热
1. 墙体节能
3. 地 下 节 能 1.2 动态节能—C为主要考虑因素
2. 屋面节能：屋面节能做法 3. 地下节能：直接利用，热泵/制冷机组 利用 下一讲：4. 门窗节能
1. 墙体节能
1.2 动态节能
张 舸
2. 屋面节能 3. 地下节能 4. 门窗节能
1.2 墙体动态传热
稳态——冬季，室内外传热方向单向，可简化

1.2 墙体动态传热
外扰－室内外空气温差变化，太阳能辐射 变化 内扰－室内人员进出、灯光、设备等不连 续运行，造成传热温差变化 R R 室外
电阻性介质：波形不变 容抗性介质：波形有延迟和衰减
延迟

温度(℃)
1. 墙 体 节 能
KA T Q Ext


动态——过渡季节和夏季
35 30 25 20 15 10 5 0 -5 -10 -15 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
－ 9℃ 时间 夏季室内控制温度 冬季室内控制温度 夏季室外气温 冬季室外气温 冬季 t
1.2 墙体动态传热

1.2 墙体动态传热

线性叠加原理
将气象与室内气温的影响与其它部分分离 通过围护结构的得热及长波辐射辐射部分 ->第三类边界条件

非均匀板壁的不稳定传热
t 2t a( x) t a( x) x x x2
太难求解了！
1. 墙 体 节 能
t t1 t2
1. 墙 体 节 能 计算方法－焓法，积分 ( c p T) H ( k T )
t
1. 墙 体 节 能

t
建筑节能综合关键技术－ 第五讲
9
建筑节能综合关键技术－ 第五讲
10
1.2 墙体动态传热

1.2 墙体动态传热

墙体传热途径
外表面的吸热（放热） 围护结构结构本身的导热 内表面的放热（吸热）
22
3.2主动换热
主要设备：泵/风机+换热器 示意图： 3. 地 下 节 能 3. 地 下 节 能
3.2主动换热
布置方式：竖井布置/水平布置 考虑因素：可用地表面积，当地土 壤类型以及钻孔费用。 受可利用土地面积的限制，实际工 程多采用竖井布置。 连接方式：串联/并联，同程/异程 考虑因素：管道阻力，施工费用。
气象与室温决定部分
室内长波辐射造成的增量
1. 墙 体 节 能
第三类边界条件和初始条件： t w [t w t (0, )] | x 0 x t w [t ( , ) t n ] | x x
t ( x ,0) f ( x )
建筑节能综合关键技术－ 第五讲

3. 地 下 节 能
Fra Baidu bibliotek
地源热泵系统
地源热泵系统
建筑节能综合关键技术－第五讲 29 建筑节能综合关键技术－第五讲 30
3.2主动换热
局部降温和集中降温是深井采矿的前提条件 井深(m) 100 温度(℃) 湿度(%) 20 90 通风 通风 通风 2000 60 通风 3000 80 100
建筑节能综合关键技术－第五讲 31 建筑节能综合关键技术－ 第五讲 32
t z t air

out

1. 墙 体 节 能
同时受室温、室内辐 射热源和其它表面温 度影响 内表面辐射对传热量 的影响复杂

in [t ( , ) t in ( )] Ql Qsh ( x )
t | x x

角系数和各表面温度
out

1.2 墙体动态传热 准确分析预测
空调系统负荷计算－设计、配置，运行管理 墙体非稳态传热分析

得热与负荷
得热—围护结构得热 负荷—除得热外还包括新风、室内人员设备负荷。

①
1. 墙 体 节 能

负荷与能耗的关系
能效比COP：制冷或热泵系统所能实现的制冷 量（制热量）和输入功率的比值。 能效比EER：在额定（名义）工况下，空调、采 暖设备提供的冷量或热量与设备本身所消耗的 能量之比。

建筑节能综合关键技术－ 第五讲
18
1.
2. 屋 面 节 能
外保温屋面 保温置于屋面外侧 其外侧
防水层 保护层

4.
种植屋面

植被茎叶遮阳作用 植物光合作用消耗 太阳能 植被基层土壤或水 体蒸发
2.
倒置式屋面

3.
防水层在保温层与 屋面之间 通风屋面
2. 屋 面 节 能

cp(J/(kg· ℃))
1. 墙 体 节 能
0
Tm-
Tm+
T (℃)
相变材料比热与温度的一般关系
cp,l cp,s 0
ΔT TmTm+ T (℃)
相变材料比热与 相变材料比热与温度的简化关系
建筑节能综合关键技术－ 第五讲 7 建筑节能综合关键技术－ 第五讲 8

布置方法——应放置于室内侧

采暖用－太阳能或电热
11
建筑节能综合关键技术－ 第五讲
1.2 墙体动态传热
太阳直 射辐射
1.2 墙体动态传热
对流 换热

综合外温

大气长 波辐射
太阳辐射当量温度
太空散 射辐射

1. 墙 体 节 能
t z t air

aI
环境长波辐射
壁体得热
out
QL
地面长 波辐射 地面反射辐射
天空及周围物体表面长波辐射
aI

求解域简化：空间一维

x=0
x= Qenv
足够准确、可解析求解、突出主要矛盾
t 2t a( x ) t a( x ) x2 x x
out [t out ( ) t (0, )] Qsolar Q L ( x ) t | x x 0

建筑节能综合关键技术－第四讲 建筑节能综合关键技术－第四讲
19 19
建筑节能综合关键技术－第四讲
20
3.1被动换热

3.1被动换热 Lib in Delft Tech University

窑洞－西方住宅
3. 地 下 节 能
3. 地 下 节 能
建筑节能综合关键技术－ 第五讲
21
建筑节能综合关键技术－ 第五讲
1. 墙 体 节 能

围护结构蓄热特性对衰减延迟的影响
1. 导热方程 墙 体 边界条件 节 能
初始条件
in [t ( , ) t in ( )] Ql Qsh ( x )
t | x x
t x, 0 f x
12
如何简化边 界条件？
建筑节能综合关键技术－ 第五讲
15
建筑节能综合关键技术－ 第五讲
16
1.2 墙体动态传热

1.2 墙体动态传热 60年代末

计算机技术和控制论
积分变换求解微分方程 1967, Stephenson & Mitalas，反应系数法

Carrier，美国，当量温度，稳态计算 美国：DOE-2、BLAST、EnergyPlus、NBSLD 英国：ESP 日本：HASP 中国：DeST 瑞典：COMSOL