全年动态建筑采光与能耗模拟方法研究

发布时间：2017-09-29 09:04

  本文关键词：全年动态建筑采光与能耗模拟方法研究

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【摘要】：太阳能是维持地球生命系统的重要因素,它为地球提供渊源不断的能源,也是人类生产生活中不可多得的可再生能源。太阳的自发光给建筑室内带来天然照明的同时,其太阳辐射产生的热量对室内热环境同样造成了影响。可以理解为,太阳能影响着建筑室内的光环境以及自然光影响下的人工照明、采暖制冷能耗。然而,照明能耗与采暖制冷能耗占据了建筑中能源消耗的绝大多数。因此,在建筑设计阶段应该综合考虑建筑室内的光环境及自然光影响下人工照明、采暖、制冷能耗之间的关系。在设计阶段对方案进行采光与能耗的模拟可以有效避免由于设计缺陷导致的采光不良以及自然光影响下的照明、采暖、制冷能耗过大等不足。在对国内外采光与能耗模拟方法的研究中发现目前的模拟方法存在采光与能耗分平台模拟、模拟时间非全年动态等问题。因此本文针对目前研究中存在的问题,利用文献梳理、计算机模拟、及数据统计等研究手段,提出了全年动态的建筑采光与能耗联合模拟方法,并验证了模拟方法在采光与能耗同平台全年动态模拟、不同地区、模型细化、复杂形体参数化建模等方面的可行性。并且,通过模拟方法在外窗设计及遮阳设计中的应用方法阐述了模拟方法具有应用更广泛,计算更效率、结果更准确的特点。本文的研究目的是为了给建筑的采光与能耗的模拟提供新的手段及方法依据且为今后建筑物理性能模拟提供更多选择。研究过程主要分为五大部分:第一部分绪论,主要对国内外建筑采光与能耗的研究现状进行了文献的整理与主要研究内容的综述。第二部分相关概念解析与基础研究。通过概念进行解析,明确文章中模拟时间为全年8760h、天空光根据气象文件进行动态变化、文中提及的能耗为建筑室内在自然光影响下的照明、采暖、制冷能耗。第三部分方法构建,由于目前采光与能耗的模拟方法均需要借助Radiance和EnergyPlus模拟平台进行模拟与分析,于是本章节在分析了Radiance与Enenrgy Plus软件运行方式及内部算法基础上,指出了目前采光与能耗模拟现存问题的原因在于这两款软件各自在建模及内部计算方面的局限性。选择GH作为将两款软件协同合作的平台,并利用DIVA插件实现协同合作。第四部分通过将模拟方法在不同地区、模型细化、复杂形体建模等方面的应用,验证模拟方法在全年动态采光与能耗模拟、不同地区分析、模型细化影响、复杂形体建模、参数化调整、及遮阳有效等方面的可行性。第五部分将模拟方法应用于外窗的设计及外遮阳构建的设计中,阐述模拟方法在与光相关的外窗及遮阳方面的应用方法。第六部分结论与展望。
【关键词】：全年动态 光环境 能耗 参数化 复杂形体建筑
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU113.5;TU111.195
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 第一章 绪论12-23
• 1.1 研究背景12-13
• 1.1.1 我国建筑能耗现状12
• 1.1.2 天然采光与建筑节能12-13
• 1.2 国内外研究现状及现存问题13-19
• 1.2.1 国外研究现状13-15
• 1.2.2 国内研究现状15-18
• 1.2.3 现存问题分析18-19
• 1.3 研究内容及创新点19-20
• 1.3.1 研究内容19
• 1.3.2 创新点19-20
• 1.4 研究目的及意义20
• 1.4.1 研究目的20
• 1.4.2 研究意义20
• 1.5 研究方法及技术路线20-23
• 1.5.1 研究方法20-22
• 1.5.2 技术路线22-23
• 第二章 相关概念解析与基础研究23-41
• 2.1 相关概念解析23-24
• 2.1.1 全年动态23
• 2.1.2 太阳辐射得热系数（SHGC）23
• 2.1.3 能耗23-24
• 2.1.4 参数化24
• 2.2 基础知识概述24-36
• 2.2.1 地域性光气候24
• 2.2.2 采光评价指标与评价标准24-27
• 2.2.3 天空亮度分布模型27-29
• 2.2.4 采光与能耗计算原理及相关公式29-36
• 2.3 采光与能耗模拟软件综述36-41
• 2.3.1 采光模拟软件综述36-38
• 2.3.2 能耗模拟软件综述38-40
• 2.3.3 采光与能耗模拟软件选择40-41
• 第三章 全年动态采光与能耗模拟方法构建41-59
• 3.1 基于RADIANC的建筑采光模拟方法研究41-45
• 3.1.1 Radiance背景介绍41
• 3.1.2 采光算法与模拟流程41-42
• 3.1.3 性能特点及精确性42-43
• 3.1.4 DAYSIM采光模拟平台43-45
• 3.2 基于EnergyPlus的建筑能耗模拟方法研究45-48
• 3.2.1 背景介绍45-46
• 3.2.2 EnergyPlus负荷算法与模拟流程46
• 3.2.3 EnergyPlus性能特点与精确性46-48
• 3.3 全年动态的建筑采光与能耗模拟方法建立与平台选择48-59
• 3.3.1 目前采光与能耗模拟方法的问题分析48-49
• 3.3.2 全年动态的采光与能耗模拟方法流程建立49-50
• 3.3.3 参数化建模平台选择50-52
• 3.3.4 全年动态采光与能耗模拟平台选择52-59
• 第四章 全年动态的建筑采光与能耗模拟方法可行性研究59-82
• 4.1 研究内容59-60
• 4.2 基于地域性气候的全年动态采光与能耗模拟可行性60-72
• 4.2.1 研究框架60-61
• 4.2.2 模型建立与模型参数设定61-62
• 4.2.3 代表城市选取与气候特点分析62-64
• 4.2.4 模拟结果分析64-72
• 4.3 模型细化对模拟结果影响的可行性72-79
• 4.3.1 研究框架72-73
• 4.3.2 模型建立与参数设定73-75
• 4.3.3 模拟结果分析75-79
• 4.4 复杂形体参数化建模及遮阳有效可行性79-82
• 4.4.1 研究框架79-80
• 4.4.2 物理模型建立及参数设定80-81
• 4.4.3 模拟结果分析81-82
• 第五章 全年动态的建筑采光与能耗联合模拟方法应用性研究82-101
• 5.1 应用性研究思路阐述82-83
• 5.1.1 应用性研究目的82
• 5.1.2 室内光环境与能耗的影响因素分析82
• 5.1.3 应用性研究内容82-83
• 5.2 模拟方法在外窗设计中的应用83-89
• 5.2.1 窗墙比与窗系统性能的选择83-86
• 5.2.2 外窗形式的选择86-87
• 5.2.3 窗台高的确定87-89
• 5.3 模拟方法在遮阳构件设计中的应用89-101
• 5.3.1 遮阳构建的多方案选择89-94
• 5.3.2 遮阳构建的方案优化94-99
• 5.3.3 模拟方法在遮阳构建设计中的应用99-101
• 第六章 结论与展望101-104
• 6.1 结论101-103
• 6.2 展望103-104
• 参考文献104-107
• 作者简介107
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文107-108
• 致谢108-109

【参考文献】

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本文编号：941124