專利名稱：一種被動式太陽能采暖建筑的節(jié)能性能評價方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及建筑節(jié)能領(lǐng)域，具體涉及一種被動式太陽能采暖建筑的節(jié)能性能評價 方法。
背景技術(shù)：
1、被動式太陽能采暖簡介建設(shè)節(jié)約型社會，大力發(fā)展地域性“節(jié)能省地型住宅”，以緩解能源緊張趨勢，調(diào)節(jié) 人、建筑與自然環(huán)境和資源的和諧關(guān)系已成為我國的基本國策。按建設(shè)部統(tǒng)計資料，在目前 經(jīng)濟水平下，城鎮(zhèn)居住建筑運行能耗已超過全國能源消費總量的25%。我國人口數(shù)量巨大， 國土與資源有限，再小的消耗乘上13億人就是巨大的量，再大的產(chǎn)量和儲量被13億人除就 是很小的量。對于具體的一棟建筑物，其能耗的數(shù)量并不大北方地區(qū)普通采暖建筑每平方 米的年采暖能耗大約25-40公斤標(biāo)準(zhǔn)煤，但對于全國超過200多億平方米的采暖建筑，能耗 量是驚人的。具體到每個公民，每年用于建筑中的能耗量也是很有限的，但13億人的總能 耗量可以占到國民經(jīng)濟總能耗的三分之一。同時，我國幅員遼闊，地區(qū)差異十分顯著，從南 到北，從東到西，氣候條件、地理環(huán)境、自然資源、城鄉(xiāng)建設(shè)與經(jīng)濟發(fā)展、生活水平與社會習(xí) 俗等都有著巨大的差異，造成了對居住建筑的不同需求。針對不同地域社會經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展 水平、氣候與自然環(huán)境條件、采暖與降溫方式和建筑用能結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)地從居住建筑形態(tài)、空 間組織、構(gòu)造體系、技術(shù)集成、太陽能等可再生能源利用的途徑等方面研究如何通過建筑設(shè) 計的方法提高居住建筑熱環(huán)境質(zhì)量，實現(xiàn)大幅度節(jié)約能耗，是全面提高建筑節(jié)能水平的必 由之路，對于提高我國整體節(jié)能水平具有極其重要的現(xiàn)實和長遠(yuǎn)意義。2.被動式太陽能采暖建筑性能評價方法的引入為節(jié)約我國北方采暖地區(qū)(嚴(yán)寒、寒冷氣候區(qū))居住建筑采暖能耗，建設(shè)部于1986 年頒布了我國第一部建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)——《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑部 分)》(JGJ26-86)，并于1995年12月發(fā)布修訂稿。其節(jié)能目標(biāo)為“節(jié)能50 % ”，是指在1980 1981年當(dāng)?shù)刈≌ㄓ迷O(shè)計的基礎(chǔ)上節(jié)約50%的采暖能耗。該標(biāo)準(zhǔn)給出了各城市建筑圍護 結(jié)構(gòu)應(yīng)達(dá)到的保溫水平，在建筑進行設(shè)計時應(yīng)該遵循這些指標(biāo)。如果建筑某項指標(biāo)不能達(dá) 到標(biāo)準(zhǔn)要求時，可以對建筑的“耗熱量指標(biāo)”以及“耗煤量指標(biāo)”進行計算，如果建筑的耗熱 量指標(biāo)小于該地區(qū)耗熱量指標(biāo)的限制值，即可判斷該建筑滿足節(jié)能50%的要求。在《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑部分)》中，建筑“耗熱量指標(biāo)”在一 定程度上考慮了太陽輻射熱量對室內(nèi)環(huán)境的影響，例如，針對透明和不透明圍護結(jié)構(gòu)，采用 “圍護結(jié)構(gòu)傳熱系數(shù)修正系數(shù)”對傳熱系數(shù)進行修正。各地區(qū)各個朝向的修正系數(shù)有不同的 取值。該標(biāo)準(zhǔn)中給出了典型城市不同朝向典型圍護結(jié)構(gòu)狀況下的修正系數(shù)取值表，但是，該 表格僅給出了 8個典型城市兩種玻璃類型情況下外墻、屋頂和外窗的修正系數(shù)值。這使得 計算結(jié)果的準(zhǔn)確性受到很大程度的制約。首先，北方地區(qū)城市之間氣候有顯著差異，表中未 列出的其它城市的修正系數(shù)值不易確定；另外，隨著新材料新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，玻璃類型也 越來越豐富，對太陽輻射的透過性能也有很大差異，僅給出兩種類型玻璃的修正系數(shù)會帶
4來使用過程中的諸多問題。針對實施過程中面臨的各種問題，中華人民共和國住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部對《民用建 筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)(采暖居住建筑部分)》(JGJ26-86)進行了修訂，并于2010年3月18日發(fā) 布了《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ26-2010)，原標(biāo)準(zhǔn)同時廢止。在這個標(biāo) 準(zhǔn)中，建筑圍護結(jié)構(gòu)熱工性能的判斷仍然是以建筑的“耗熱量指標(biāo)”來評價，只是對“耗熱量 指標(biāo)”的計算方法進行了修正。其中，關(guān)于太陽輻射對不透明圍護結(jié)構(gòu)(屋頂和外墻)的影 響仍然采用“傳熱系數(shù)修正系數(shù)”來考慮；關(guān)于太陽輻射對透明圍護結(jié)構(gòu)(外窗、外門等) 的影響不再采用傳熱系數(shù)修正系數(shù)的方法，而是分別計算通過外窗的溫差傳熱和透過透明 圍護結(jié)構(gòu)部分的太陽輻射得熱。引入了 “太陽輻射修正系數(shù)”來考慮窗戶的太陽輻射透過 性能。但是，鑒于太陽輻射透過不同類型玻璃的計算復(fù)雜性，標(biāo)準(zhǔn)中僅給出了 3mm標(biāo)準(zhǔn)玻璃 PVC(或木窗)以及鋁合金窗的太陽輻射修正系數(shù)值，當(dāng)設(shè)計建筑的玻璃及窗框材料與標(biāo)準(zhǔn) 中不同時，難以準(zhǔn)確獲得通過透明圍護結(jié)構(gòu)的太陽輻射量。由此可見，我國現(xiàn)行的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)中，關(guān)于太陽輻射對室內(nèi)環(huán)境的影響這個問題，處 理方法是比較粗略的。尤其是當(dāng)建筑采用了一些太陽能集熱構(gòu)件，例如集熱蓄熱墻和附加 陽光間時，太陽能對室內(nèi)的貢獻(xiàn)更是無法定量獲得。然而，在我國大部分地區(qū)、特別是北方 地區(qū)，有著豐富的太陽能資源，利用太陽能這種可再生能源采暖達(dá)到既提高室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì) 量，又降低建筑能耗的目的，是一種非常重要的可持續(xù)發(fā)展策略。當(dāng)建筑設(shè)計人員有意識的 在建筑中設(shè)計一些太陽能集熱構(gòu)件并注重相應(yīng)的保溫、蓄熱性能時，普通的建筑就可以成 為積極利用太陽能的“被動式太陽能建筑”。設(shè)計優(yōu)良的太陽能建筑，可能僅需要很少量的 其他熱源提供的熱量，有些甚至能做到不需要常規(guī)能源。對于這類建筑的熱工性能評價，準(zhǔn) 確獲得其太陽能的貢獻(xiàn)率是首要的前提條件。然而，由前面的分析可知，普通節(jié)能建筑的熱 工性能評價方法在太陽輻射問題的處理上是比較簡單粗略的，不適合用于太陽能建筑的評 價，研究適合太陽能建筑節(jié)能性能評價的方法是非常必要和迫切的。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷或不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種被動式太 陽能采暖建筑的節(jié)能性能評價方法，該方法對建筑進行被動式太陽能采暖性能評價，克服 了現(xiàn)行的建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)節(jié)能性能計算方法中對于太陽輻射考慮粗略的不足，達(dá)到在提 高室內(nèi)熱環(huán)境質(zhì)量的同時降低建筑能耗的目的。首先，本發(fā)明涉及的主要概念術(shù)語如下輔助耗熱量指標(biāo)(Eaux)本發(fā)明采用輔助耗熱量指標(biāo)Eaux作為評價建筑節(jié)能性能的依據(jù)。輔助耗熱量的提 法與我國《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(以下簡稱《節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)》)中的建筑物 “耗熱量指標(biāo)”有相似之處，但具體含義不同。《節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)》中的建筑物耗熱量指標(biāo)的定義是 在采暖期室外平均溫度條件下，為保持室內(nèi)計算溫度，單位建筑面積在單位時間內(nèi)消耗的、 需由室內(nèi)采暖設(shè)備供給的熱量。而本發(fā)明中建筑的輔助耗熱量指標(biāo)指的是建筑物利用被動 式太陽能采暖后，為達(dá)到室內(nèi)設(shè)計溫度由其他輔助供暖系統(tǒng)(如主動式太陽能、集中供暖 等常規(guī)方式)提供的熱量。由此可以看出，該指標(biāo)將太陽能作為采暖方式之一，強調(diào)太陽能 對減少建筑采暖用能的作用。
太陽能采暖建筑特征參數(shù)(Solar gain，簡稱為SG)太陽能建筑特征參數(shù)是建筑非集熱部件的負(fù)荷情況與太陽能集熱系統(tǒng)面積的比 值，它在一定程度上反映了太陽能得熱量和建筑失熱量之間的關(guān)系。被動式太陽能采暖節(jié)能指標(biāo)(Solar Energy living簡稱為SES)本發(fā)明的方法在獲得建筑輔助耗熱量指標(biāo)的過程中引入了中間變量被動式太陽 能采暖節(jié)能指標(biāo)SES。SES是評判太陽能集熱系統(tǒng)性能的參數(shù)，通過SES可以方便快捷的求 出建筑的輔助耗熱量指標(biāo)，被動式太陽能采暖節(jié)能率SES通過查SG-SES關(guān)系曲線獲得。集熱方式被動式太陽能采暖是指不需要耗能太陽能設(shè)備系統(tǒng)就能運行的太陽能采暖。這種 采暖方式主要是在建筑設(shè)計中利用建筑布局、建筑構(gòu)造與材料的設(shè)計和選用有效吸收、蓄 存和分配太陽能。按照吸收、蓄存和分配方式的不同，被動式太陽能采暖的集熱方式有直接 受益式(direct gain systems)、集熱蓄熱墻式(thermal storage wall systems)禾口附力口 陽光間式(simspace system)三種。其中，直接受益式是一種直接利用南向窗接受太陽輻 射能的被動式太陽能系統(tǒng)；集熱蓄熱墻式是指用設(shè)置帶玻璃外罩的實體墻進行太陽能收集 和蓄存的集熱方式；附加陽光間式是實體墻式和直接受益式集熱方式的混合變形，陽光間 附加在采暖房間外面，分為室外過渡空間和室內(nèi)活動空間，其公共墻是集熱蓄熱墻。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)解決方案一種被動式太陽能采暖建筑節(jié)能性能評價方法，其特征在于，該方法對采用1種 集熱方式的建筑進行被動式太陽能采暖性能評價，包括如下步驟步驟一用常規(guī)方法采集以下基本建筑信息建筑面積Atl，m2 ；建筑體積V，m3 ；各朝向外窗及外墻部位以及具有外太陽能集熱部 件的外圍護結(jié)構(gòu)面積Ai, Hl2 ；步驟二 用常規(guī)方法采集以下基本氣象和節(jié)能計算參數(shù)室內(nèi)設(shè)計計算溫度tn，°C ；采暖期室外平均溫度te，°C ；空氣比熱容Cp，kj/ (kg-0C)；換氣次數(shù)n，次/h;空氣密度P a，kg/m3;有效面積系數(shù)Xm，無量綱常數(shù)建筑；各部 位傳熱系數(shù)Ki, W/(m2· K)；步驟三通過式1計算被動式太陽能采暖建筑特征參數(shù)SG
權(quán)利要求
1. 一種被動式太陽能米暖建筑節(jié)能性能評價方法，其特征在于，該方法對米用1種集 熱方式的建筑進行被動式太陽能采暖性能評價，具體包括如下步驟 步驟一用常規(guī)方法采集以下基本建筑信息建筑面積4，IU2 ；建筑體積K，m3 ；各朝向外窗及外墻部位以及具有外太陽能集熱部件的 外圍護結(jié)構(gòu)面積為，m2;步驟二 用常規(guī)方法采集以下基本氣象和節(jié)能計算參數(shù)室內(nèi)設(shè)計計算溫度G，°C;采暖期室外平均溫度&，°C;空氣比熱容6>，kJ/ (kg-°C)；換氣次數(shù)《，次/ h;空氣密度
全文摘要
本發(fā)明公開了一種被動式太陽能采暖建筑節(jié)能性能評價方法，包括如下步驟用常規(guī)方法采集基本建筑信息、基本氣象和節(jié)能計算參數(shù)；由以上基本信息計算被動式太陽能采暖建筑特征參數(shù)SG；通過建筑能耗動態(tài)模擬等常規(guī)方法得到SG-－SES的關(guān)系曲線，并根據(jù)SG－SES曲線關(guān)系圖，由SG-值查得建筑的被動式太陽能采暖節(jié)能指標(biāo)SES；計算得到被動式太陽能建筑的輔助耗熱量指標(biāo)Eaux。本發(fā)明克服了現(xiàn)行建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)中對太陽輻射的考慮粗略，在太陽能采暖建筑性能評價方面的不足，對于采用若干種集熱方式的建筑進行節(jié)能性能評價，使得評價結(jié)果更加科學(xué)合理。
文檔編號G01K17/20GK102095591SQ20101056806
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月1日
發(fā)明者劉加平, 朱新榮, 楊柳 申請人:西安建筑科技大學(xué)