气候变化对我国不同建筑气候区建筑节能气象参数及能耗的影响

发布时间：2020-03-28 22:59

【摘要】：近年来,我国楼宇经济迅速发展,每年新增建筑面积18-20亿平方米,而且每年建设部有近亿平方米的既有建筑节能改造任务。如何使新建建筑建设和既有建筑的改造更加节能,尤其是采暖空调系统能够充分利用有利的气候条件,避免能源浪费,同时提高建筑环境的舒适度,其中非常重要的一点就是要准确把握我国不同建筑气候区的气候变化特征,充分考虑气候变化开展建筑节能,为政府决策和建筑设计部门节能设计提供依据。本文选取全国五种建筑气候区(严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区、温和地区、夏热冬暖地区)的典型城市(哈尔滨、天津、上海、昆明和广州)办公建筑作为主要研究对象,根据国家气象信息中心1961—2010年每年的8760个(365d×24h/d)气象要素(干球温度、相对湿度、太阳辐射、风速、风向)的逐小时数据和与能耗相关的建筑参数(包括围护结构的传热系数、建筑物的室内设计温度、湿度和空气交换率、室内荷载强度、窗墙比等)这两类初始数据,利用TRNSYS(Transient System Simulation Program)软件完成能耗的模拟。利用MIROC5模式的逐月输出结果(要素包括温度、相对湿度和辐射,通过温度和相对湿度计算得到湿球温度)得到未来(2011年-2050年)和(2011年-2100年)气候预估数据,并结合主成分分析等统计方法,将影响能耗的逐月干球温度、湿球温度和太阳总辐射数据进行整合,研究了气候变化对建筑采暖和制冷能耗以及室外气象参数的影响,预估了未来气候条件下建筑采暖和空调能耗。本文主要研究结果如下:(1)严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区各城市建筑供热负荷均主要受干球温度的影响,在气候变暖的背景下,各气候区建筑供热负荷均呈显著下降趋势;各气候区建筑制冷负荷对气候/气候变化的响应模式明显不同,从北方严寒地区到南方夏热冬暖地区,影响制冷负荷的主要要素从干球温度变为湿球温度。气候变暖的背景下,受干球温度影响的哈尔滨制冷年负荷呈升高趋势,天津和上海(受湿球温度影响)制冷年负荷没有显著变化趋势,而广州(受湿球温度影响)年制冷负荷呈弱的显著下降趋势。(2)受气候变暖影响,建筑节能设计气象参数发生了明显的改变,不同建筑气候区有明显差异,且冬季影响明显大于夏季。通过计算设计负荷,发现仅考虑气候变暖的影响,总体上冬季能耗的降低大于夏季能耗的升高,对建筑节能有利。夏季空调室外计算温度的升高不仅增加夏季空调能耗,也使空调运行风险加大,在极端高温天气应当注意空调系统的安全运行。(3)夏季空调期日平均温度和室外逐时温度近20年来在不同城市均表现出上升趋势,但不同城市一日内差异最大值出现时段明显不同。哈尔滨和天津最大值出现在凌晨,此时温度升高对日最大负荷影响不大。广州和上海在午后时段,温度均有升高,由于该时段空调运行负荷最大,也是一日中的高温时段,所以温度的变化将对空调最大负荷产生显著影响,使负荷理论值小于实际值,不但影响下午空调运行的效果,也对空调运行安全产生一定的影响。(4)在冬季,各城市通风室外计算温度上升明显,从而使通风负荷下降;而在夏季,其通风室外计算温度升高,将增加通风负荷。但总体来看,冬季升温幅度要大于夏季,全年通风负荷降低,对通风节能是有利的。(5)应用主成分分析法,并结合过去50年(1961-2010年)TRNSYS模拟结果以及未来90年(2011-2100年)两种排放情景下气候预估数据,共计140年逐月的干球温度、湿球温度和太阳辐射数据,推算出不同气候区典型城市办公建筑制冷和采暖能耗。受未来气候变化影响,不同气候区代表城市热负荷均呈现下降的趋势,而冷负荷则呈现上升的趋势。但不同气候区变化幅度明显不同,应该在新建建筑节能设计和既有建筑节能改造中充分考虑未来气候情景下能耗特征,做好气候变化应对和适应。(6)在气候变暖的背景下,2011-2050年和1961-2010年相比,在低排放情景和中等排放情景下,哈尔滨平均总能耗降幅分别为1.93%和1.85%,2011-2100年平均总能耗降幅分别为2.16%和2.72%。而天津和上海总能耗增加,天津2011-2050年平均总能耗相比1961-2010年两种排放情景下增幅分别为1.32%和2.07%,2011-2100年平均总能耗相比1961-2010年两种排放情景下增幅分别为2.78%和2.56%;上海2011-2050年平均总能耗增幅分别为1.76%和0.91%,2011-2100年平均总能耗增幅分别为4.30%和4.24%。广州总能耗即为夏季制冷能耗,因此2011-2050年平均总能耗增幅分别为4.31%和1.97%,2011-2100年平均总能耗增幅分别为8.76%和6.90%。
【图文】：

研究对象

不同气候区及代表城市
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P467;TU111.195

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