相变材料板用于济南办公建筑节能及相应空调运行策略优化

发布时间：2020-08-31 18:26

　　随着城市化的不断发展建筑能耗也随之增加,在人们对热舒适性的要求越来越高的情况下,如何提高建筑能效成为城市建设所不得不面对的问题。办公建筑作为城市公共建筑中占比较大的建筑形式,对其相关节能性的研究具有较为重要的意义。在《中国建筑节能年度发展研究报告(2017)》的最新统计中,山东省的建筑能耗在全国各省中排名第一,所以对山东省的省会城市济南所做的建筑节能的研究,对于降低山东省的整体的建筑能耗具有积极的作用。相变材料板作为相对较为成熟的建筑节能材料,已经有一部分成熟的商品出现,所以对于其应用于济南地区的建筑节能问题研究具有一定的实践指导意义。本文在建立的办公建筑模型的基础之上,对简化的一维相变墙体传热模型、地板与土壤的三维传热模型以及室内空气的能量热平衡算法进行了介绍。在使用EnergyPlus软件中选择了合适的TARP算法、DOE-2算法,对地板和土壤的传热利用Slab预处理程序进行计算,对相变材料使用后采用的有限差分热传递方法进行了说明。通过济南地区的气象参数条件和基于杜邦公司的Energain系列相变材料板的相关参数,在EnergyPlus中对建立的建筑模型进行夏天的制冷负荷和冬天的热负荷的模拟,并选择了一套对应的分别控制三个楼层的三个独立的多联机空调系统。对此办公建筑模型在使用不同温度相变材料板后的冷热负荷、耗电量以及全年的用电费用进行了计算对比,发现了使用相变材料板后可以有效提高建筑的节电率,但是相变材料温度的进一步提升对于建筑耗电量的影响较小。对在同等质量的相变材料板只安装在建筑外墙内侧、只安装在建筑内墙以及外墙和内墙都安装的情况进行了模拟分析,发现只安装在内墙可以一定程度继续优化建筑的节能表现,但是也因为在EnergyPlus设置时默认内墙结构是对称设置,所以是通过减小相变材料板厚度、增加相变材料板安装面积的方式来实现,使得最终在内墙安装增加了安装费用。在使用不同厚度的相变材料板安装在建筑外墙内侧时,随着厚度的增加,相变材料的储能总量有所增加,因而使得建筑全年的耗电量降低,但是节约能耗的比例并不会随着厚度增加有更加显著的提高。当相变材料的相变温度在当日的室温波动范围内的时候,材料因为相变吸放热对室内温度产生影响,可以使得室温在相变温度区间内维持一定时间;当相变材料的相变温度区间不在当日的室温波动范围内,相变材料将始终处于液态或固态,只能通过本身的显热较小地影响室内的温度波动。针对山东省的“峰谷”电价和“尖峰”电价,通过调整空调的运行策略,研究了在冬季和夏季夜间利用较低电价开启空调进行提前蓄热和蓄冷来降低白天的能耗,最终降低全年的用电量和电费支出。最终选定了只在夏季夜晚开启空调进行低负荷工作,温控点为27℃时候全年运行具有最少的耗电量。通过查阅济南地区工商业用电价格,对使用新的空调运行策略和相变材料板的经济性进行分析,在济南气象参数条件下模拟的办公建筑中相变材料板的安装费用可以通过节约用电的费用在第二年收回成本。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TU831
【部分图文】：

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逦第二章济南地区办公建筑模型与围护结构传热模型的建立逡逑第二章济南地区办公建筑模型与围护结构传热模型的建立逡逑２．１办公建筑模型介绍逡逑为了分析到各种传热情况，首先将山东地区常见的办公建筑进行简化。根据逡逑建筑所处的边界条件，可以把这一类建筑简化成地上三层的建筑。通过这样的简逡逑化后最上层建筑屋顶外是室外环境，地板是下一层的屋顶；第二层建筑上下都是逡逑建筑内部的环境；一楼的屋顶是上一层的地板，地板直接与外部土壤接触进行传逡逑热。高层建筑也是由这样的不同边界环境的三类建筑单元构成，所以这样的抽象逡逑建模较为合理，这样的研宄也相对比较全面。逡逑

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山东大学硕士学位论文逡逑图２－１到图２－６给出了建筑结构的外形图，并分别给出了单层建筑的布局图逡逑和线框图。建筑的长宽高分别为４０ｍｘｌ６ｍｘｌ0．８ｍ，总共三层，每一层３．６米。逡逑三层的结构一致，为了后续建立空调系统进行室温变化分析，我们将整体建筑分逡逑为２８个热分区，具体房间的功能和热分区如表２－１所示，热分区的分布如图２－７逡逑到图２－９所示、建筑结构热物性见表２－２逡逑表２－１房间功能和热分区逡逑房间功能逦热分区代号逦房间具体尺寸逡逑大厅逦３逦８ｍＸ６ｍＸ３．６ｍ逡逑小办公室逦１、２、８、１０、１１、１２、１７、逦８ｍＸ６ｍＸ３．６ｍ逡逑１９、邋２０、邋２１、邋２６逡逑大办公室逦４、９、１３、１８、２２、２７逦８ｍ邋Ｘ邋６ｍ邋Ｘ邋３．６ｍ逡逑走廊逦５、１４、２３逦４０ｍＸ４ｍＸ３．６ｍ逡逑楼梯间逦２８逦８ｍ邋Ｘ邋６ｍ邋Ｘ］邋０．８ｍ逡逑厕所逦６、７、１５、１６、２４、２５逦４ｍＸ６ｍＸ３．６ｍ逡逑正南逡逑—搂热分区示意逡逑图２－７邋—楼热分区示意图逡逑正南‘面逦ｉｔ邋南面逡逑．後热分Ｒ示，￡逦，：楼热分（ＵＳ逡逑图２－８二楼热分区示意图逦图２－９三楼热分区示意

【参考文献】