建筑節(jié)能中熱力法的分析應(yīng)用 建筑節(jié)能

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建筑節(jié)能中熱力法的分析應(yīng)用

建筑節(jié)能中熱力法的分析應(yīng)用1建筑各子系統(tǒng)的分析分析是以系統(tǒng)的平衡原理為根基的，為了建立過程和系統(tǒng)的平衡方程，對于代表不成逆過程耗散和系統(tǒng)對環(huán)境排放損失的消耗的計算是很重要的。平衡關(guān)系的一般方程式可表示為[6]：輸入－輸出＝消耗（1）建筑的能量供給鏈可被分為多個子系統(tǒng)，包括圍護(hù)布局、室內(nèi)空氣、采暖/制冷末端、調(diào)配系統(tǒng)和產(chǎn)能系統(tǒng)等。這里主要針對建筑的采暖工況，分別對相應(yīng)各子系統(tǒng)的平衡關(guān)系舉行分析議論，得到對應(yīng)的公式來指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)計。1.1產(chǎn)能系統(tǒng)產(chǎn)能系統(tǒng)輸入的量值會比全體子系統(tǒng)熱量的需求量更大，這是由于在實際的系統(tǒng)里，總有一片面的量會不成制止地被損失掉。由于這里議論的是建筑的采暖工況，所以就以鍋爐作為對象舉行分析。鍋爐的輸入和輸出可分別表示為[7]1.2采暖/制冷末端這里以空氣加熱器作為研究對象舉行分析，其輸入和輸出可分別表示為：1.3室內(nèi)空氣室內(nèi)空氣的輸入和輸出可分別表示為：1.4圍護(hù)布局建筑圍護(hù)布局的輸入可表示為：Exe,in=Exa,out（8）對于建筑系統(tǒng)的分析，可做進(jìn)一步的簡化，即圍護(hù)結(jié)構(gòu)的輸入可完全被視為消耗。由于當(dāng)墻體外側(cè)溫度逐步變?yōu)榄h(huán)境溫度T0時，其輸出最終會等于零，也就是不再具有值[6]，即Exe,out=0（2）在上述公式中，下標(biāo)“b”、“h”、“a”、“w”和“e”分別表示鍋爐、空氣加熱器、室內(nèi)空氣、熱水和圍護(hù)布局，下標(biāo)“in”和“out”分別表示輸入和輸出，下標(biāo)“0”表示參考環(huán)境狀態(tài)。

2實例計算為了能更明顯地掌管分析方法在建筑節(jié)能中的應(yīng)用，現(xiàn)以采暖工況下的房間作為研究對象舉行分析。該房間長為8m，寬為6m，高為3.2m，有一面外墻。外墻的墻體面積為13.6m2，窗戶面積為12m2。供給電力的發(fā)電廠和供給熱量的鍋爐都以液化自然氣（LNG）作為燃料，其能質(zhì)系數(shù)（即其化學(xué)與其最高熱值之比）為0.94，發(fā)電廠的熱效率（即其發(fā)電量與其最高熱值之比）為0.35。房間室內(nèi)空氣的設(shè)計溫度為20℃，室外空氣溫度為0℃，并以室外空氣溫度作為系統(tǒng)的參考溫度。在計算過程中，空氣的定壓比熱為1005J/kgK，空氣密度為1.2kg/m3，水的定壓比熱為4183J/kgK。為對比建筑圍護(hù)布局熱工性能與鍋爐效率對建筑節(jié)能的影響程度，分四種工況加以研究。工況2與工況1的區(qū)別是鍋爐熱效率由0.75提高到0.95，其他參數(shù)不變；

工況3與工況1的區(qū)別在于，墻體和窗戶的傳熱系數(shù)分別由2.67W/(m2K)降低到1.14W/(m2K)和6.2W/(m2K)降低到3.6W/(m2K)，換氣率有0.8h-1裁減到0.4h-1，風(fēng)機(jī)和水泵的功率也分別由30W裁減到16W和23W減少到17W。工況4與工況3的區(qū)別也僅在于鍋爐熱效率由0.75提高到0.95，其他參數(shù)都一致。上述四種工況的熱工參數(shù)和設(shè)備參數(shù)如表1所示。

3結(jié)果分析為了將模型計算結(jié)果更形象直觀的顯示，圖1和圖2分別表示建筑各子系統(tǒng)熱量的傳遞處境和量的消耗處境。由于采用的是穩(wěn)態(tài)傳熱分析，所以圖中空氣加熱器送風(fēng)的熱量、室內(nèi)空氣傳遞給圍護(hù)布局的熱量及圍護(hù)布局傳遞到室外空氣的熱量都是相等的。由于建筑熱工性能一致，工況1和工況2、工況3和工況4的建筑熱負(fù)荷是分別相等的；

但由于鍋爐效率不同，所以鍋爐消耗的能量分別不同，且效率高的能量消耗少。雖然熱量在空氣加熱器、室內(nèi)空氣、圍護(hù)布局和室外空氣之間舉行穩(wěn)態(tài)傳遞時，數(shù)量是一向保持不變的，但其能質(zhì)系數(shù)是在不斷降低的，到室外空氣側(cè)下降為零。這個變化在熱量傳遞過程是無法查看到的，而只能通過表示能質(zhì)系數(shù)的量消耗處境加以分析。由此，圖2很明顯地表示出量在鍋爐、空氣加熱器、室內(nèi)空氣、圍護(hù)布局和室外空氣中被消耗的變化處境。工況1和工況2由于熱工性能一致、鍋爐效率不同，所以鍋爐側(cè)的量消耗不同，但隨后各子系統(tǒng)的量消耗處境相同。同理，工況3和工況4的量消耗處境與其規(guī)律一致。由工況1和工況2、工況3和工況4的對比分析可知，提高能源利用設(shè)備即鍋爐的效率可裁減量的消耗。同時，由工況1和工況3、工況2和工況4的對比分析可知，圍護(hù)布局熱工性能的提高也可裁減量的消耗。并且，從模擬計算的數(shù)據(jù)結(jié)果可知，因圍護(hù)布局熱工性能的提高而裁減的量要大于因鍋爐的效率提高而裁減的量。這既說明要實現(xiàn)真正的建筑節(jié)能，首先應(yīng)盡量采用被動式方法來降低建筑能耗的需求，然后再選用能源利用效率高的主動式設(shè)備供能；

同時也說明分析方法是深入剖析建筑節(jié)能內(nèi)在熱力學(xué)本質(zhì)的重要手段。圖3表示了四種工況下建筑能源系統(tǒng)鍋爐、水泵和風(fēng)機(jī)等用能設(shè)備的量消耗處境。鍋爐的；

量消耗既與建筑供熱需求量有關(guān)，也與其自身效率有關(guān)。工況3和工況4由于熱工性能提高、換氣率裁減，使得它們的建筑供熱需求量大幅降低，所以選配的水泵和風(fēng)機(jī)的功率也隨之下降，由此它們的量消耗也相應(yīng)裁減。

4結(jié)論通過以上分析研究可知，在建筑節(jié)能設(shè)計過程中，要降低建筑各用能設(shè)備的能耗，其根本是要裁減建筑本身的冷熱負(fù)荷需求，而提高圍護(hù)布局熱工性能、自然通風(fēng)、自然采光等被動式的設(shè)計方法是實現(xiàn)此目標(biāo)的重要手段，這是我們在舉行設(shè)計時