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被动式设计在亚热带气候区办公建筑中的应用
作 者: 达以仁(Jerome DAMIENS)
导 师: 朱颖心
学 校: 清华大学
专 业: 土木工程
关键词: 自然通风 被动式设计 建筑能耗 亚热带气候 热舒适
分类号: TU243
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
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内容摘要
即将到来的全球能源危机使建筑能耗成为一个众人关注的问题。在中国、巴西这样快速发展的国家,未来二十年将出现大量新建建筑。研究表明,由于更高的环境控制的设备能耗和更高水平的人工照明能耗,这些新建建筑比原建筑的平均能耗更高。混合控制策略的建筑,在全年某些时段应用自然通风策略,在夏季最热月份采用空调控制策略。这种策略可以在保证舒适工作环境的前提下降低建筑能耗。虽然建筑自然通风热舒适标准证明了该策略的可行性,但是实际应用的案例还很少。因此有必要从实例角度进行证明。为了达到这一目的,论文针对深圳(中国南部,靠近广州)一栋办公建筑进行研究。该建筑采用了多种被动技术策略,除了全年最热的夏季月份之外,利用业主控制的窗户实现自然通风策略。论文针对通风策略对应的时段进行案例分析。热舒适调研结果显示工作区域的室内温度绝大多数落在ASHRAE-55适用于自然通风建筑的热舒适范围内,最大的问题在于冬天温度过低。当室内温度高于21oC时,用户的满意率超过80%。夏季空调期时,室内温度在26.5oC周边。常年室内温度超过28oC的工作小时为总数的4.3%。考虑本建筑中办公区域,能耗大约为60.2kWh.m2,与当地57个办公建筑样本数据库相比,该建筑比绝大多数建筑节能(能耗数据比数据库平均值与标准差的差值要低)。与文献中的分项能耗数据比较表明,该建筑能耗低是由于空调部分、照明和插座部分的能耗较低。作为分析比较,建立围护结构封闭的参考模型,模拟分析结果表明,实际建筑的潜热负荷小是由于该建筑全天和整年的空调时间短。分析建筑的显热负荷,各因素对显热负荷的影响差异较小,这些因素除了全天和全年的空调时间长短,还包括建筑屋顶遮阳设施、更高的建筑空调设定温度、由于更好地利用自然采光而导致的更少的人工照明。把公共区域涉及城市外空间是能达到这个效果的一个重要的因素。该研究结果充分证明了混合模式建筑在亚热带湿热气候条件下的可行性和有效性。办公建筑利用自然通风策略,可以兼顾能耗节约和环境舒适。这为建筑师提供了一种联系建筑使用者与外界环境的新思路。
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全文目录
摘要 3-4 Abstract 4-10 第1章 Introduction 10-34 1.1 Main facts and trends regarding non-residential buildings and of offices in China 10-13 1.2 The issue of comfort 13-20 1.2.1 Why comfort? 13-15 1.2.2 The traditional approach to thermal comfort in the built environment 15-18 1.2.3 Natural ventilation and the theory of adaptive comfort 18-20 1.3 The case of subtropical/tropical climates 20-32 1.3.1 Issues specific to subtropical/tropical climates 21-23 1.3.2 Learning from the ancients? 23-28 1.3.2.1 Thermalstrategiesofvernaculardwellingsinthesubtropicalareas of China 23-27 1.3.2.2 A model applicable to the design of modern office buildings? 27-28 1.3.3 Daytime natural ventilation in subtropical climates 28-32 1.3.3.1 Limitations of current natural ventilation standards 28-29 1.3.3.2 Natural ventilation in subtropical areas 29-31 1.3.3.3 Natural ventilation: to what purpose? 31-32 1.3.3.4 Mixed mode buildings as a feasible solution for extreme climates 32 1.4 Purpose and content of the study 32-34 第2章 Presentation of the case building 34-55 2.1 Climate of China and Shenzhen 34-41 2.1.1 Climatic zones of China 34-38 2.1.2 The subtropical climate of Shenzhen 38-41 2.2 Building location and orientation 41-42 2.3 General description of the building 42-48 2.4 Air conditioning system 48-51 2.4.1 System description 48-49 2.4.2 Mode of operation 49-51 2.5 An architectural alternative to the traditional office building 51-55 第3章 Indoor environment and comfort in the office spaces of the building 55-76 3.1 Measurements effected 55-58 3.2 Indoor environment 58-65 3.2.1 Temporal evolution of indoor parameters 58-59 3.2.2 Relationship between indoor and outdoor temperatures during working hours 59-61 3.2.3 Statistics on the physical parameters 61-63 3.2.4 Accordance with the standard ASHRAE 55 63-64 3.2.5 Air velocities in the office room 64-65 3.3 Comfort assessment by occupants 65-72 3.3.1 Structure of the answer set 65 3.3.2 Global comfort and acceptability 65-68 3.3.3 Determinants of acceptability 68 3.3.4 Thermal sensation and expectation 68-69 3.3.5 humidity and wind velocity 69-71 3.3.6 Comfort during the NV autumn period 71-72 3.4 Use of different environment control systems 72-74 3.4.1 Clothing 72 3.4.2 Use of electric fans 72-73 3.4.3 Use of windows 73-74 3.5 Conclusion 74-76 第4章 Electricity consumption of the building 76-105 4.1 Data collection and treatment 77-81 4.1.1 Nature of the source material used 77-78 4.1.2 Data treatment 78-81 4.1.2.1 Use of data from the power bills 78-79 4.1.2.2 Consistency check of the monitoring systems’ data and construc-tion of a reliable composite data set 79-81 4.2 Electricity consumption of the building 81-86 4.2.1 Final data set 81-82 4.2.2 Electricity consumption of the entire building 82-84 4.2.3 Breakdown of AC energy consumption 84-86 4.3 Comparison with other office buildings 86-90 4.3.1 Equivalent office building 86 4.3.2 Comparison of yearly and monthly consumption levels 86-89 4.3.3 Breakdown energy consumption comparison 89-90 4.4 Analysis of the energy saving performance through simulation 90-105 4.4.1 Construction of the DeST model 91 4.4.2 Preparatory on-site investigation 91-101 4.4.2.1 Characteristics of the simplified model 93-96 4.4.2.2 Fine-tuning of the model 96-100 4.4.2.3 Comparison cases 100-101 4.4.3 Results of the simulation analysis 101-105 第5章 Conclusion 105-112 5.1 Background 105-106 5.2 Contents of the work realized 106-107 5.3 Main results 107-109 5.3.1 Indoor environment and comfort 107-108 5.3.2 Electricity consumption and energy saving 108-109 5.4 General conclusion and future work directions 109-112 参考文献 112-116 致谢 116-118 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 118
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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑设计 > 民用建筑 > 行政建筑、办公建筑
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