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专利名称：一种被动式太阳能采暖建筑的节能性能评价方法
技术领域：
本发明涉及建筑节能领域，具体涉及一种被动式太阳能采暖建筑的节能性能评价 方法。
背景技术：
1、被动式太阳能采暖简介建设节约型社会，大力发展地域性“节能省地型住宅”，以缓解能源紧张趋势，调节 人、建筑与自然环境和资源的和谐关系已成为我国的基本国策。按建设部统计资料，在目前 经济水平下，城镇居住建筑运行能耗已超过全国能源消费总量的25%。我国人口数量巨大， 国土与资源有限，再小的消耗乘上13亿人就是巨大的量，再大的产量和储量被13亿人除就 是很小的量。对于具体的一栋建筑物，其能耗的数量并不大北方地区普通采暖建筑每平方 米的年采暖能耗大约25-40公斤标准煤，但对于全国超过200多亿平方米的采暖建筑，能耗 量是惊人的。具体到每个公民，每年用于建筑中的能耗量也是很有限的，但13亿人的总能 耗量可以占到国民经济总能耗的三分之一。同时，我国幅员辽阔，地区差异十分显著，从南 到北，从东到西，气候条件、地理环境、自然资源、城乡建设与经济发展、生活水平与社会习 俗等都有着巨大的差异，造成了对居住建筑的不同需求。针对不同地域社会经济技术发展 水平、气候与自然环境条件、采暖与降温方式和建筑用能结构，系统地从居住建筑形态、空 间组织、构造体系、技术集成、太阳能等可再生能源利用的途径等方面研究如何通过建筑设 计的方法提高居住建筑热环境质量，实现大幅度节约能耗，是全面提高建筑节能水平的必 由之路，对于提高我国整体节能水平具有极其重要的现实和长远意义。2.被动式太阳能采暖建筑性能评价方法的引入为节约我国北方采暖地区(严寒、寒冷气候区)居住建筑采暖能耗，建设部于1986 年颁布了我国第一部建筑节能设计标准——《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部 分)》(JGJ26-86)，并于1995年12月发布修订稿。其节能目标为“节能50 % ”，是指在1980 1981年当地住宅通用设计的基础上节约50%的采暖能耗。该标准给出了各城市建筑围护 结构应达到的保温水平，在建筑进行设计时应该遵循这些指标。如果建筑某项指标不能达 到标准要求时，可以对建筑的“耗热量指标”以及“耗煤量指标”进行计算，如果建筑的耗热 量指标小于该地区耗热量指标的限制值，即可判断该建筑满足节能50%的要求。在《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》中，建筑“耗热量指标”在一 定程度上考虑了太阳辐射热量对室内环境的影响，例如，针对透明和不透明围护结构，采用 “围护结构传热系数修正系数”对传热系数进行修正。各地区各个朝向的修正系数有不同的 取值。该标准中给出了典型城市不同朝向典型围护结构状况下的修正系数取值表，但是，该 表格仅给出了 8个典型城市两种玻璃类型情况下外墙、屋顶和外窗的修正系数值。这使得 计算结果的准确性受到很大程度的制约。首先，北方地区城市之间气候有显著差异，表中未 列出的其它城市的修正系数值不易确定；另外，随着新材料新技术的不断涌现，玻璃类型也 越来越丰富，对太阳辐射的透过性能也有很大差异，仅给出两种类型玻璃的修正系数会带
4来使用过程中的诸多问题。针对实施过程中面临的各种问题，中华人民共和国住房与城乡建设部对《民用建 筑节能设计标准(采暖居住建筑部分)》(JGJ26-86)进行了修订，并于2010年3月18日发 布了《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》(JGJ26-2010)，原标准同时废止。在这个标 准中，建筑围护结构热工性能的判断仍然是以建筑的“耗热量指标”来评价，只是对“耗热量 指标”的计算方法进行了修正。其中，关于太阳辐射对不透明围护结构(屋顶和外墙)的影 响仍然采用“传热系数修正系数”来考虑；关于太阳辐射对透明围护结构(外窗、外门等) 的影响不再采用传热系数修正系数的方法，而是分别计算通过外窗的温差传热和透过透明 围护结构部分的太阳辐射得热。引入了 “太阳辐射修正系数”来考虑窗户的太阳辐射透过 性能。但是，鉴于太阳辐射透过不同类型玻璃的计算复杂性，标准中仅给出了 3mm标准玻璃 PVC(或木窗)以及铝合金窗的太阳辐射修正系数值，当设计建筑的玻璃及窗框材料与标准 中不同时，难以准确获得通过透明围护结构的太阳辐射量。由此可见，我国现行的节能标准中，关于太阳辐射对室内环境的影响这个问题，处 理方法是比较粗略的。尤其是当建筑采用了一些太阳能集热构件，例如集热蓄热墙和附加 阳光间时，太阳能对室内的贡献更是无法定量获得。然而，在我国大部分地区、特别是北方 地区，有着丰富的太阳能资源，利用太阳能这种可再生能源采暖达到既提高室内热环境质 量，又降低建筑能耗的目的，是一种非常重要的可持续发展策略。当建筑设计人员有意识的 在建筑中设计一些太阳能集热构件并注重相应的保温、蓄热性能时，普通的建筑就可以成 为积极利用太阳能的“被动式太阳能建筑”。设计优良的太阳能建筑，可能仅需要很少量的 其他热源提供的热量，有些甚至能做到不需要常规能源。对于这类建筑的热工性能评价，准 确获得其太阳能的贡献率是首要的前提条件。然而，由前面的分析可知，普通节能建筑的热 工性能评价方法在太阳辐射问题的处理上是比较简单粗略的，不适合用于太阳能建筑的评 价，研究适合太阳能建筑节能性能评价的方法是非常必要和迫切的。

发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种被动式太 阳能采暖建筑的节能性能评价方法，该方法对建筑进行被动式太阳能采暖性能评价，克服 了现行的建筑节能设计标准节能性能计算方法中对于太阳辐射考虑粗略的不足，达到在提 高室内热环境质量的同时降低建筑能耗的目的。首先，本发明涉及的主要概念术语如下辅助耗热量指标(Eaux)本发明采用辅助耗热量指标Eaux作为评价建筑节能性能的依据。辅助耗热量的提 法与我国《严寒和寒冷地区居住建筑节能设计标准》(以下简称《节能标准》)中的建筑物 “耗热量指标”有相似之处，但具体含义不同。《节能标准》中的建筑物耗热量指标的定义是 在采暖期室外平均温度条件下，为保持室内计算温度，单位建筑面积在单位时间内消耗的、 需由室内采暖设备供给的热量。而本发明中建筑的辅助耗热量指标指的是建筑物利用被动 式太阳能采暖后，为达到室内设计温度由其他辅助供暖系统(如主动式太阳能、集中供暖 等常规方式)提供的热量。由此可以看出，该指标将太阳能作为采暖方式之一，强调太阳能 对减少建筑采暖用能的作用。
太阳能采暖建筑特征参数(Solar gain，简称为SG)太阳能建筑特征参数是建筑非集热部件的负荷情况与太阳能集热系统面积的比 值，它在一定程度上反映了太阳能得热量和建筑失热量之间的关系。被动式太阳能采暖节能指标(Solar Energy living简称为SES)本发明的方法在获得建筑辅助耗热量指标的过程中引入了中间变量被动式太阳 能采暖节能指标SES。SES是评判太阳能集热系统性能的参数，通过SES可以方便快捷的求 出建筑的辅助耗热量指标，被动式太阳能采暖节能率SES通过查SG-SES关系曲线获得。集热方式被动式太阳能采暖是指不需要耗能太阳能设备系统就能运行的太阳能采暖。这种 采暖方式主要是在建筑设计中利用建筑布局、建筑构造与材料的设计和选用有效吸收、蓄 存和分配太阳能。按照吸收、蓄存和分配方式的不同，被动式太阳能采暖的集热方式有直接 受益式(direct gain systems)、集热蓄热墙式(thermal storage wall systems)禾口附力口 阳光间式(simspace system)三种。其中，直接受益式是一种直接利用南向窗接受太阳辐 射能的被动式太阳能系统；集热蓄热墙式是指用设置带玻璃外罩的实体墙进行太阳能收集 和蓄存的集热方式；附加阳光间式是实体墙式和直接受益式集热方式的混合变形，阳光间 附加在采暖房间外面，分为室外过渡空间和室内活动空间，其公共墙是集热蓄热墙。为了达到上述目的，本发明采用如下的技术解决方案一种被动式太阳能采暖建筑节能性能评价方法，其特征在于，该方法对采用1种 集热方式的建筑进行被动式太阳能采暖性能评价，包括如下步骤步骤一用常规方法采集以下基本建筑信息建筑面积Atl，m2 ；建筑体积V，m3 ；各朝向外窗及外墙部位以及具有外太阳能集热部 件的外围护结构面积Ai, Hl2 ；步骤二 用常规方法采集以下基本气象和节能计算参数室内设计计算温度tn，°C ；采暖期室外平均温度te，°C ；空气比热容Cp，kj/ (kg-0C)；换气次数n，次/h;空气密度P a，kg/m3;有效面积系数Xm，无量纲常数建筑；各部 位传热系数Ki, W/(m2· K)；步骤三通过式1计算被动式太阳能采暖建筑特征参数SG
权利要求
1. 一种被动式太阳能米暖建筑节能性能评价方法，其特征在于，该方法对米用1种集 热方式的建筑进行被动式太阳能采暖性能评价，具体包括如下步骤 步骤一用常规方法采集以下基本建筑信息建筑面积4，IU2 ；建筑体积K，m3 ；各朝向外窗及外墙部位以及具有外太阳能集热部件的 外围护结构面积為，m2;步骤二 用常规方法采集以下基本气象和节能计算参数室内设计计算温度G，°C;采暖期室外平均温度&，°C;空气比热容6>，kJ/ (kg-°C)；换气次数《，次/ h;空气密度
全文摘要
本发明公开了一种被动式太阳能采暖建筑节能性能评价方法，包括如下步骤用常规方法采集基本建筑信息、基本气象和节能计算参数；由以上基本信息计算被动式太阳能采暖建筑特征参数SG；通过建筑能耗动态模拟等常规方法得到SG-－SES的关系曲线，并根据SG－SES曲线关系图，由SG-值查得建筑的被动式太阳能采暖节能指标SES；计算得到被动式太阳能建筑的辅助耗热量指标Eaux。本发明克服了现行建筑节能设计标准中对太阳辐射的考虑粗略，在太阳能采暖建筑性能评价方面的不足，对于采用若干种集热方式的建筑进行节能性能评价，使得评价结果更加科学合理。
文档编号G01K17/20GK102095591SQ20101056806
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月1日 优先权日2010年12月1日
发明者刘加平, 朱新荣, 杨柳 申请人:西安建筑科技大学