建筑热湿环境调节及节能措施

建筑热湿环境调节及节能措施姓名单位YanchengInstituteOfTechnology摘要纵观人类建筑发展历史，人类利用大自然赋予的力量，从洞穴居住发展成为今天的现代化建筑，创造了今天辉煌的建筑文明。但是在发展过程中也伴随着不可避免的耗能问题，特别是20世纪中叶兴起的通过空调及人工照明构造的全封闭式高层建筑，使建筑耗能成为继工业耗能、交通耗能之外的又一耗能大户。众所周知，建筑可以为人类提供舒适的生存环境和生活工作所需的各项功能，已成为社会生产和生活发展的一部分，解决建筑能耗问题，关键在于满足各项生产生活需要的同时想办法降低建筑的相关能耗。因此，人类提出了绿色建筑的理念，即在建筑的全寿命周期内，最大限度地节约资源，保护环境和减少污染，为人们提供健康，适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑关键词：绿色建筑，热湿环境，暖通空调，节能AdjustmentofbuildingheatandhumidityenvironmentandenergysavingmeasuresThroughoutthehistoryofhumandevelopment,humanbeingsusethepowergivenbynature,fromtheholeCavedwellinghasdevelopedintotoday'smodernarchitecture,creatingtoday'sbrilliantarchitecturalMing.Butinthedevelopmentprocessisalsoaccompaniedbytheinevitableproblemofenergyconsumption,inparticularAllclosedhighrisebuildingwiththeriseofairconditioningandartificiallightinginthemiddleofthetwentiethCenturyBuilding,sothatthebuildingenergyconsumptionhasbecometheindustrialenergyconsumption,energyconsumption,andalargeenergyconsumption.Asisknowntoall,thearchitecturecanprovidethecomfortablelivingenvironmentandthelivingneedsofthepeople.Hasbecomeapartofthedevelopmentofsocialproductionandlife.Consumptionproblem,thekeyistomeettheneedsoftheproductionandlifewhiletryingtoreducethebuildingRelatedenergyconsumption.Therefore,theconceptofgreenbuildingisputforward,thatis,thewholebuildingLifecycle,tomaximizetheconservationofresources,protecttheenvironmentandreducepollution,forpeopleToprovidehealth,applicableandefficientuseofspace,andthebuildingofaharmonioussymbioticnaturekeyword:Greenbuilding,hotandhumidenvironment,HVAC,energysaving建筑热湿环境是建筑与环境的重要组成部分，主要反映在空气环境的热湿特性中。建筑室内热湿环境的形成主要受各种外扰和内扰的作用。外扰主要包括室外气候参数如室外空气温湿度、太阳辐射、风速风向的变化，以及邻室的空气温湿度，都可以通过围护结构使热湿进入室内，对室内热湿环境产生影响。外扰则主要包括照明、人员和室内设备等室内热湿源。随着社会的不断进步，人民生活水平的不断提高，建筑室内热环境成为全社会关注的热点话题。以人体为对象的室内热环境研究，对当前的建筑节能工作及建筑热湿环境标准的建立具有重要意义。建筑热湿环境的营造过程，包含大量的能源转换和能量传递过程。不同的营造方式可以实现同样的热湿环境营造效果，即使采用同样的处理方式，处理过程中各个环节的换热面积、流量等参数也可以有多种组合。这样，如何在获得相同处理效果的情况下实现较优的系统性能，成为营造建筑热湿环境过程中亟需解决的问题。在实际工程中，系统性能的优化可以通过对不同方案实例的比较计算来实现，但计算结果往往只能反映出一个方案的整体效果较优，而该方案中的各个部分是否是优化的呢？是否存在某种系统的结构较优而由于内部换热环节面积分配不合理等造成其性能不够好呢？在热量传递体系中，温度或温差是衡量传递过程效果的有效参数，而在热湿环境营造过程中，涉及到很多热湿传递过程，单独分析温度或温差一种参数很难全面反映整个过程的特征。这就需要利用热学参数来分析描述热湿环境营造过程的特征，根据分析结果指导优化过程。现有建筑节能是社会发展的重点，而建筑空调系统能耗是建筑节能的关键点，其热环境控制系统的换热网络存在输配系统、热泵系统、换热器面积的统一优化及周期性换热过程的换热本质等问题。首先，分析不同显热换热网络的优化准则：对于单热源、单热汇换热网络，性能最优满足等效热阻最小原则；得到串联换热器三股流体的最佳热容量流比公式，并且最佳面积分配为均匀分配，此时等效热阻均匀。对于理想制冷循环过程，系统性能最优满足最小火积增和最小熵产原则；当两侧流体热容量流相等时，最佳面积分配为均匀分配，此时等效热阻均匀。接着，分析换热网络的匹配特，性，对于逆流换热器，两侧流体热容量流不匹配系数相当于等效热阻对对流换热热阻1/KA的放大倍数；当热容量流匹配时，系数为1。并且采用温差方法分析制约单级热管换热器性能的关键因素为制冷剂等温特性导致的热容量流不匹配；采用多级热管换热器可降低热管换热器的不匹配系数，降低等效热阻，提高换热效率。再者，给出输配系统和热泵系统的统一优化方法：先求出最佳热容量流比和面积比，再求最佳热容量流大小。建筑室内热湿环境形成的最主要原因是各种外扰和内扰的影向，夕卜扰主要包括室外气候参数如室外空气温湿度、太阳辐射、风速、风向变化，以及邻室的空气温湿度，均可通过围护结构的传热、传湿、空气渗透使热量和湿量进入到室内，对室内热湿环境产生影响，内扰主要包括室内设备、照明、人员等室内热湿源［8］。如能在建筑设计阶段充分考虑建筑所在地域气候特征，通过建筑围护结构本身设计，减少夏季热量获取和冬季热量损失，则可以减轻机械采暖空调设备在建筑后期运行的压力，从而通过合理的建筑结构设计营造舒适、健康、节能的绿色建筑。自然资源在绿色建筑上的体现包括冬季保温采暖、夏季隔热降温、自然通风、自然采光等方面。利用自然资源的绿色建筑在建造过程中将产生不可避免的较高投资，但如果能够在日后建筑使用期间合理使用，则在建筑全寿命周期中，相比较普通用能建筑，能够在很大程度上达到节约能源的效果。上述两方面设计都是通过建筑物自身设计来实现最大限度地利用自然资源对建筑物室内热湿环境进行控制。在此基础上，如还不能满足建筑环境要求，则需要借助不可再生能源为建筑提供相应的环境需求量，即采用主动式采暖空调系统。集中式供热或空调系统需要消耗电能、燃料等大量不可再生能源，但只要能够将建筑设计、被动式采暖通风以及主动式供热空调系统相结合，就能够大幅度降低不可再生能源的使用，达到既能节约能源，又能营造舒适室内热湿环境的目的，用最小的成本实现绿色建筑社会和经济效应的最大化。围护结构的耗热量要占建筑采暖热耗的1/3以上，通过改善建筑物围护结构的热工性能，在夏季可减少室外热量传入室内，在冬季可减少室内热量的流失，使建筑热环境得以改善，从而减少建筑冷、热消耗太阳能系统在绿色建筑中分为被动式和主动式太阳能系统两种，被动式太阳能通过建筑围护结构设计以自然方式收集和传递太阳辐射热，主动式太阳能系统则需要通过在建筑上加装的太阳能采集及转换设备来利用太阳能资源。建筑对太阳能的利用主要包括两大方面：1）利用太阳能集热系统，例如提供生活热水、取暖（或制冷）等，其中又以热水供应系统的应用最为广泛；2）太阳能光电系统，即将太阳辐射中的能量直接转化为电能，为建筑的设备系统提供清洁的能源空调系统中一般采用回风循环使用的方法来达到节能效果，即将一部分回风与室外新风混合，经过空调机组处理后送入室内。但当室内空气质量与室外有较大差异不能直接回收利用时，应对排风进行余热回收。室内回风在排至室外以前，先和室外进入的新风经显热回收器进行显热交换，经能量回收后再排到室外，而室外进入的新风则经过显热回收器后夏季温度降低，冬季温度升高，而达到能量回收目的，使用显热回收器在北方寒冷地区应注意防冻问题，一般来讲，显热回收器最大能回收50%左右的能量，而全热回收器则最大能回收80%左右的能量集中供暖是我国北方城市主要的采暖形式。采用热量分户计量，按热量收取采暖费用，能够提高公众的节能意识，使公众积极参与节能活动，响应可持续发展的号召。对于采暖系统间歇性运行的大型建筑，通过分户计量的合理运行管理，能够不需要采暖的时间段大幅度减少能源浪费。对于一个大型供热系统来说，水泵耗电量很大，供热系统分户控制后，由于用户的节能调节而造成的供热负荷的变化，系统除了可以采用质调节的方法调节外，还可以采用变流量调节手段适应负荷的变化，并通过使用变频泵等具体措施减少运行费用建筑为人类提供舒适的人工生活工作环境，建筑人工环境的质量高低直接影响到人类的身心健康和生活质量，随着现代化进程的加快，人类对于建筑的依赖性将越来越大。为倡导可持续发展的战略目标，建设节约型社会，建筑能源的合理开发利用将成为未来建筑行业研究的焦点。在结合我国地理及气候环境特点的情况下适当引进国外先进技术，发展绿色建筑，改造既有建筑，缓解我国能源短缺的问题，实现建筑业的可持续发展。参考文献：GB50378-2006，绿色建筑评价标准[S].张玉菊，汤梦玲，张广峻.国内外绿色建筑发展的研究[J].安徽农业科学，2008，36(36):16064-16065.成志明.我国建筑节能现状及节能措施】J].山西建筑，2011，37(23):189-190.武涌，刘长滨，刘应宗，等.中国建筑节能管理制度创新研究[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.郑洁，黄炜，赵声萍.绿色建筑热湿环境及保障措施[M].北京：化学工业出版社，2007.何晓燕.绿色建筑评价体系及应用[J].工业工程与管理，2008(10):27-29.徐小林，李百战.室内热环境对人体热舒适的影响[J].重庆大学学报(自然科学版)，2005，28(4):102-105.朱颖心.建筑环境学[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.赵真.论建筑节能与暖通空调系统[J].建筑科技与管理，2011(7):60-61.杨俊华，徐玉党.空调冷热源节能技术的现状与进展[J].武汉科技学院学报，2006，19(5):12-14.王世刚.关于集中供热分户采暖热计量的探讨[J].中国高新技术企业，2009(4):124-125.ASHRAEStandard55-1992.Thermalenvironmentalconditionsforhumanoccupancy[S].ASHRAE,Atlanta,1992:1-5.陈滨，彭菲菲,郭丽燕.大连沈阳夏季室内热湿环境实测调查[J].暖通空调，2003,33(4):23-26.刘京,李文琴.高甫生，等.哈尔滨市夏季室内环境实测分析[J].环境科学与管理,2005,30(6):105-107/翁文兵，张忠燕,徐小军.上海市夏季卧室热湿环境实测与分析[J].流体机械,2007,35(10):71-74.王琳，肖益民.重庆市高校学生宿舍夏季热湿环境与能耗现状调查研究[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