建筑能耗模拟用典型气象年研究

发布时间：2018-06-15 17:41

  本文选题：建筑能耗 + 气象数据　； 参考：《西安建筑科技大学》2016年博士论文

【摘要】：气象参数对指导地区的建筑设计标准及能耗模拟评估起着基础、直接的作用,建筑设计的关键为室外气候条件,室外气候条件的确定依赖于长期的气象数据记录和科学的气象参数处理方法。我国自建国以来,气象数据的记录存在着不完善、不全面的状况,尤其是经济高速发展的二十年,对气候变化规律已经产生了而且还将会继续产生影响;而目前建筑能耗用室外气象参数的分析方法尚未形成系统研究,直接影响建筑能耗准确性的评价及建筑设计方法的应用。建立合理的室外气象参数计算模型,并确定建筑能耗模拟用典型气象年全年8760小时的分析处理方法是建筑节能的基础工作。本文立足我国典型气候区代表城市的气象数据,借用国内、外现有的气象参数分析方法,以三十年为周期进行研究,给出用于指导建筑设计的量化气象条件,建立了系统的、合理的、科学的适用于我国的建筑能耗模拟用典型气象年的分析处理方法,并探讨了气候变化下逐时气象数据的生成方法。本研究将为反应出全国建筑气候的地域性表征,建立起一套指导建筑设计的量化气象条件标准作好理论准备。论文主要进行了以下几个方面的研究:(1)对比了建筑能耗模拟用典型年的统计方法。典型年的挑选方法,国际上通用的是Finkelstein-Schafer统计方法、标准偏差方法和主成分分析法,挑选方法的不同导致典型年挑选结果的不同,直接影响建筑能耗模拟的准确性。对不同的典型气象年挑选方法:美国Sandia国家实验室方法,日本筑波大学学者张晴原先生在《建筑用标准气象数据手册》(称为CTYW)和清华大学与中国气象局气象信息中心气象资料室合著的《中国建筑热环境分析专用气象数据集》(称为CSWD)中提到的典型年生成方法,及主成分法(称为TPCY)进行了对比,并用能耗模拟的手段进行验证。论文还对典型年中涉及到的气象参数包括一般气象参数和太阳辐射的逐时化方法进行了系统的梳理;并且从气象参数的质量控制、挑选典型年的计算方法,直到作为建筑能耗模拟格式的气象数据转化的全过程的处理方法进行了系统地整合。(2)建筑能耗模拟用典型年中气象参数权重因子的选择方法。在建筑能耗模拟用典型年的挑选中,传统的Finkelstein-Schafer统计方法对气象参数赋予了固定的权重因子,但有关研究表明,由于地域间气象资源不同,气象参数权重因子的固化有待商榷。论文选取了同属热工分区中寒冷气候区、但气侯条件有着明显差异的两个的典型城市北京和拉萨,用权重因子固化与否的两种方法进行了典型年的挑选、典型气象参数的对比以及能耗模拟手段的验证,进行了典型年挑选方法的地域性适用研究。(3)针对建筑能耗模拟用气象参数缺测时挑选典型年的处理方法。挑选典型气象年至少需要30年以上的连续的气象参数,但由于建国以来,气象数据的观测值不全面,特别是中小城市或县级镇,缺乏长期全面的历史记录。在建筑能耗模拟用典型年挑选时,建立缺测气象参数的处理方法是亟需解决的问题。首先,论文基于主成分法在选取典型年中的简化性优势,结合气象参数之间的变量聚类,发现气象参数之间存在高相关性和信息重叠,研究结果表明在与北京有相似气候资源的区域,即使缺少太阳辐射参数也可生成典型气象年。其次,对于露点温度缺测、漏测或者不易直接获取的状况,利用纯水平液面和冰面饱和水汽压及环境水汽压的计算公式,得出露点温度与已有气象参数的关系;用相对湿度及大气压代替露点温度选取了典型年并分析了对挑选结果的影响。(4)气候变化下未来逐时气象数据的生成方法与建筑能耗的定量化分析。气候是影响建筑能耗的关键因素,过量排放的温室气体导致气候显著变暖,这必将对建筑能耗产生重要影响。如何结合未来气候变化对建筑进行合理的设计或改造,使建筑既满足现阶段的要求,又能在生命周期内经受住未来气候变化的考验,降低其整个运营周期的能耗,已经成为国内外建筑技术科学研究中一项极其受到关注的工作。现行建筑能耗的预测分析,无论是基于度日法的稳态计算,还是动态模拟技术,都是基于过去30年长期平均气候状态下室外计算条件,未能反映气候变暖对建筑能耗的影响。一方面是缺少大范围、长时间序列的气象资料;另一方面是未能建立未来气候变化趋势背景下,预测建筑能耗的气象数据文件。论文研究了国际上通用的未来气候变化预测方法并利用气象参数之间的相关计算,以典型年为基准并结合未来气候预测数据,得到了未来逐时气象数据的生成方法,用动态模拟的手段定量的分析了我国五大气候区代表城市现阶段建筑的未来能耗。(5)室外气象参数在建筑设计及能耗模拟中的应用研究。室外气象条件的研究是建筑气候学的基础研究工作之一,利用科学方法寻求当地气象资源的本质特征,是以服务于建筑设计领域为目的。论文以西安地区为例,分析了气象参数中不同气象要素在建筑设计中的应用,结合生物气候图,介绍了在建筑设计中的应用设计策略;并对比了静态能耗计算方法和动态能耗计算方法的异同,对不同气象参数对分项建筑能耗的影响进行了量化的分析。研究表明,窗户得失热、渗透得失热与干球温度、太阳辐射的相关性明显,利用主成分法可得到表征室外气象条件的综合值。本文在调研获取详实可靠的气象数据基础上,基于我国气象数据的状况,针对我国的建筑能耗模拟和设计应用需要,建立了适于我国典型气象年的挑选方法及逐时气象参数的处理方法,通过在建筑设计初期对室外气象参数的基础研究,为建筑师提供准确的建筑能耗评判的科学依据;通过对未来气候变化的定量研究,进行了气候变暖趋势下建筑能耗的预测与评价的基础工作,为中国低能耗地域建筑可持续发展、减少建筑物CO2排放和适应气候变暖的低能耗优化技术提供了研究支持。
[Abstract]:In this paper , we have made a systematic research on the meteorological data of building energy consumption in China , and established a reasonable and scientific method of meteorological data for building energy consumption in China . In this paper , based on the simplified superiority of meteorological data and the quantitative analysis of atmospheric moisture pressure in the past 30 years , it is found that the climate is a key factor affecting the energy consumption of buildings . ( 5 ) The application of outdoor meteorological parameters in building design and energy consumption simulation . The research of outdoor meteorological conditions is one of the basic research work of building climatology . The paper analyzes the application of different meteorological elements in architectural design by using scientific method .
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU111.195
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本文编号：2022914