本文關鍵詞：高性能建筑圍護結構的應用效果評價與理論體系構建　出處：《中國科學技術大學》2017年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：建筑相關能耗占社會總能耗的40%左右,實行建筑節(jié)能是節(jié)能減排工作的重要組成部分。在建筑運行過程中,超過三分之一的能耗用于調控室內居住環(huán)境;隨著人們對居住環(huán)境要求的提高,該能耗還在持續(xù)攀升。室內環(huán)境調控是為了對抗室外劇烈變化的自然環(huán)境。不受控的室外環(huán)境和受控的室內環(huán)境由建筑圍護結構分隔。圍護結構的性能決定了室外環(huán)境對室內環(huán)境的影響程度,進而從根本上影響建筑能耗。因此,提高圍護結構的節(jié)能性能是降低建筑能耗最有效也是最重要的途徑。學者們廣泛研究了各種節(jié)能材料在圍護結構中的應用效果,希望籍此構建高性能圍護結構。例如,使用相變材料增強圍護結構的儲熱能力,使用隔熱材料增強隔熱能力,使用熱致變色材料調控太陽輻照等。這些研究關注的重點大多是對材料自身的性質提升,對性質與節(jié)能性能之間的關系研究則相對缺乏。對節(jié)能機理的全面認識有助于指明材料研究的正確方向,避免無效嘗試。本論文的研究目標是從現(xiàn)有典型先進節(jié)能材料的應用中總結出底層的節(jié)能機理,為高性能圍護結構的構建方法提供理論指導。為此,開展了下述工作。利用建筑智能節(jié)能測試與示范平臺和建筑能耗模擬軟件,以戶外全尺寸實驗和數(shù)值模擬方法,展示并比較了以定形相變材料為代表的儲熱材料和以膨脹聚苯乙烯為代表的隔熱材料在非透明圍護結構中的應用效果,分析了應用位置、季節(jié)和氣候等因素對應用效果的影響。研究發(fā)現(xiàn):在建筑中使用儲熱材料可顯著增強圍護結構的儲熱能力,有助于降低室內空氣的波動幅度,進而提高熱舒適度;儲熱材料在輕質建筑中的應用效果相比重質建筑更加明顯;隔熱材料在冬季可有效提高室內熱舒適度,在夏季卻會降低熱舒適度�；诘湫筒牧系膽梅治�,進一步總結了材料的隔熱性能和儲熱性能在非透明圍護結構中的節(jié)能機理,揭示了適用于被動建筑和主動建筑的理想墻體材料。結果表明:理想非透明圍護結構中,不同朝向和位置的墻體所需的材料性質是不同的:理想的性質應能夠促進各墻體發(fā)揮其有利作用,并抑制不利影響。在對透明圍護結構的研究中,首先以二氧化釩熱致變色窗為例,探討了窗戶的太陽輻射調控能力對窗戶節(jié)能效果的影響。發(fā)現(xiàn):現(xiàn)有VO2貼膜玻璃的太陽輻射調控能力較弱,僅適用于夏季節(jié)能;調控能力并不能代表節(jié)能能力,調控有可能反而會降低節(jié)能效果。據(jù)此,作者進一步深入探討了調控能力與節(jié)能能力的關系,發(fā)展了熱致變色窗智能調控能力的判斷方法,闡明了智能調控與節(jié)能性能的內在關系�；趯﹂L波熱輻射對建筑節(jié)能影響規(guī)律的認識提出了一種新型雙重智能調控窗,展示了在調控太陽輻射的基礎上進一步調控長波輻射帶來的節(jié)能效果。最后以雙層窗為例,介紹了增強窗戶隔熱性能帶來的降低得熱和阻礙散熱的效果。通過對現(xiàn)有典型先進節(jié)能材料的客觀評價和相應節(jié)能機理的分析,總結出了高性能建筑圍護結構的理想性質:在被動建筑夏季應用中,接收較強太陽輻照的墻體應該具有較強的隔熱能力和儲熱能力,而接收太陽輻照較少的部分則應該在具備一定儲熱能力的同時降低隔熱能力;在主動建筑中,極佳的隔熱性能是理想外墻所應具備的特性,而理想內墻則應同時具備較強的儲熱能力和導熱能力;理想的熱致變色窗應該在20℃C附近發(fā)生相轉變以滿足不同季節(jié)的節(jié)能需求,相轉變帶來的太陽輻射透過率調控幅度需高于30%。本論文的結論可為建筑節(jié)能材料的研究提供參考方向,加速高性能圍護結構的實現(xiàn)。
[Abstract]:Construction related energy consumption accounts for about 40% of the total energy consumption of the society. Building energy conservation is an important part of energy saving and emission reduction. In the process of building operation, more than 1/3 of energy consumption is used to control indoor living environment. With the improvement of people's living environment requirements, the energy consumption continues to rise. Indoor environment control is to combat the natural environment of violent outdoor changes. The uncontrolled outdoor environment and controlled indoor environment are separated by the building enclosure. The performance of the enclosure structure determines the impact of the outdoor environment on the indoor environment, and then fundamentally affects the energy consumption of the building. Therefore, improving the energy saving performance of the enclosure structure is the most effective and most important way to reduce the energy consumption of the building. Scholars have extensively studied the application effect of various energy saving materials in the enclosure structure, hoping to build a high performance envelope. For example, the use of phase change materials to enhance the thermal storage capacity of the enclosure structure, the use of heat insulation materials to enhance the insulation capacity, the use of thermochromism materials to regulate the sun radiation. Most of these studies focus on the improvement of the properties of the material itself, and the relative lack of research on the relationship between properties and energy efficiency. A comprehensive understanding of the energy saving mechanism will help to indicate the correct direction of material research and avoid ineffective attempts. The goal of this paper is to summarize the underlying energy saving mechanism from the application of typical advanced energy-saving materials, and to provide theoretical guidance for building high-performance enclosure structures. To this end, the following work has been carried out. The use of intelligent building energy saving test and demonstration platform and building energy simulation software, the outdoor full size experimental and numerical simulation methods, the effect of thermal storage materials with shape stabilized phase change material as the representative and heat insulation materials to expanded polystyrene as a representative in non transparent envelope in comparison and analysis of the impact of display, location and application the seasonal and climatic factors on the effect of application. The study found that: the use of thermal storage materials in the building can significantly enhance the heat storage capacity of the retaining structure, helps to reduce volatility of indoor air, thereby improving thermal comfort; application of thermal storage materials in lightweight construction than in heavy construction is more obvious; insulation materials can effectively improve the indoor thermal comfort in winter. In the summer, it will reduce the thermal comfort. Based on the application analysis of typical materials, the energy saving mechanism of material's heat insulation and heat storage performance in non transparent enclosure structure is further summarized, and the ideal wall material suitable for passive building and active building is revealed. The results show that the material properties of the wall with different orientations and positions are different in the ideal non transparent enclosure structure: the ideal properties should be able to promote the advantages of each wall and suppress the adverse effects. In the research of transparent enclosure structure, firstly, taking two vanadium thermochromic windows as an example, we discussed the influence of solar radiation regulation ability of windows on energy saving effect of windows. It is found that the solar radiation control capability of the existing VO2 film glass is weaker, which is only suitable for energy saving in summer. The regulation ability does not represent the energy saving capacity, and the regulation may reduce the energy saving effect. Accordingly, the author further explores the relationship between regulation ability and energy saving ability, develops the judgement method of intelligent control ability of thermochromic windows, and expounds the inherent relationship between intelligent control and energy saving performance. Based on the understanding of the influence rule of long wave thermal radiation on building energy efficiency, a new dual intelligent control window is proposed, which shows that the energy saving effect of long wave radiation is further regulated based on the regulation of solar radiation. At last, taking double window as an example, the effect of reducing heat and preventing heat dissipation caused by enhancing the insulation performance of windows is introduced. Through the analysis of the objective evaluation of the existing typical advanced energy saving materials and the corresponding energy saving mechanism, summed up the ideal properties of high performance building envelope in passive building in summer application, receiving strong solar radiation wall should have strong ability of heat insulation and heat storage capacity, and solar irradiation with fewer parts should reduce insulation have a certain ability in the heat storage capacity at the same time; in active construction, excellent insulation performance is the necessary characteristics of the ideal wall, and the ideal inner wall should also have a strong heat storage capacity and heat capacity; ideal thermochromic window should change to meet the energy demand in different seasons near 20 DEG C, the transmittance is higher than 30% for modulating the amplitude of phase transition caused by solar radiation. The conclusion of this paper can provide reference for the research of building energy saving materials and accelerate the realization of high performance envelope.
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU111.195;TU111.4

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