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目前,我国建筑能耗占总能耗的30%左右,是相近气候国家的2~3倍,且污染严重。我国正处于工业化和城镇化建设的快速发展阶段,据统计中国城市目前每年新增8~9亿m2的住宅建筑和公共建筑,且随着城镇化率的不断增长,大量的农业转移人口和其他常住人口在城镇落户,据预计到2020年这一数字将达到1亿左右,所以在可以预见的未来,城镇住宅量需求将会快增长,如果建筑能耗维持现有水平,势必会导致我国建筑能耗高速增长,这必将成为我国经济发展的重大制约因素。为此,必须降低建筑能耗的基本负荷,提高建筑耗能设备的能源使用效率,以缓解我国能源需求紧张的局面。 建筑能耗的变化规律较为复杂,各因素对于建筑能耗的影响不都是线性的,且各因素之间也存在相关性,其中最主要的影响因素就是气候变化。面对全球气候变暖,减缓气候变暖对建筑能源需求产生的影响,不能只考虑全球气候,由于气候变化特征区域性变化较大,所以还需要对建筑物所在的区域性气候特征和其变化趋势进行分析,有针对性的对该区域内的建筑进行建筑节能研究,提出合理的建筑节能设计方法、改造措施和应对策略,才能真正的实现建筑节能。 本文以广东省夏热冬暖区域特征气候区内典型居住建筑为研究对象,以建筑物动态能耗趋势为研究目标。首先,研究用以往50年逐时气候数据分析了建筑能耗规律,根据气候特征把夏热冬暖地区划分为12个研究区域;其次,根据气候区域的划分和气候变化趋势,研究区域内建筑物围护结构的热物性特征在气候作用下的能耗水平,分析建筑能耗变化的关键影响因子;然后,得到建筑能耗显著性影响因子权重系数;最后,建立未来50年气候变化下的能耗预测分析模型,提出节能减排应对策略、制定基于气候变化和区域特征的节能减排技术路线。 1.建筑能耗分析用气候数据统计及预测模型研究 1)统计和筛选广东地区50年历年气象数据,通过三次样条函数插值生成逐时干球温度、相对湿度、风速等气象数据,结合天文辐射和观测的逐日太阳辐射生成逐时太阳辐射,建立夏热冬暖地区50年历年的建筑能耗分析用逐时气候数据库。 2)根据气候区域特征,把夏热冬暖地区划分为12个特征区域;对区域内的建筑物进行分析,建立典型建筑模型;对典型建筑模型进行仿真,并通过与实验测试结果对比,建立围护结构数据库。 3)基于不同的情景模式,利用大气环流模式,通过MIROC3.2模型预测未来50年的建筑能耗分析用气象数据。 2.典型建筑模型全年动态能耗分析及能耗影响因子权重研究 1)采用能量优化分析方法,建立TRNSYS软件平台,使用50年逐时气象数据以及预测模型中的未来气象数据,对典型建筑模型进行全年负荷模拟分析,得出50年内的建筑能耗趋势,并对未来50年气候变化下的建筑能耗进行预测,得出未来50年内的建筑能耗趋势。 2)针对气候变化下建筑能耗变化趋势,对建筑围护结构参数和通风情况进行能耗敏感性分析,如外墙、屋面、外窗等结构的导热系数、热惰性系数、通风量等因素的影响,得到建筑能耗影响因子的权重系数;通过正交对比分析实验室模拟计算数据与实际建筑物能耗测试结果,对计算分析模型进行优化。 3)制定夏热冬暖区域气候时空变迁下建筑节能减排路线。综合气候模型、建筑物模型、动态能耗分析模型分析结果,对典型建筑进行未来气候环境下的能耗趋势预测,分析了广东省东亚季风区下建筑能耗关键影响因子,针对核心问题进行模拟计算和优化分析,提出节能减排路线。 本文的主要创新点在于: 1)本文建立的标准只评估建筑物本体,剥离空调或其他设备的技术革新对建筑物本体能耗的影响; 2)不针对某一单项节能措施,而是综合考虑达到规定的星级标准,包括建筑朝向,结构,材料,窗户的朝向、位置、大小、结构和材料,绝热构造、厚度和材料,遮阳构造和型式,整个建筑的密封形式及性能; 3)气候区域由目前的两个典型区(南区和北区)扩大到12个典型气候区;节能星级标准由目前的三星级扩展到10星级。