湖南地区城市住宅外窗节能及模拟分析研究

【摘要】：外窗是建筑物通风采光的门户,也是房屋内的人与外界沟通接触的桥梁和通道。建筑围护结构的保温隔热性能对建筑整个能耗的影响起着最关键的作用,而与建筑围护结构的其他部分相比,外窗是建筑的围护结构中传热最活跃、最敏感的部位。如果建筑外窗设计不佳,将会大幅增加室内空调的负荷,从而浪费资源。当前,我国的窗户保温隔热性能较差,窗户的单位面积能耗为发达国家的2至3倍,这也是发展节能建筑的瓶颈。因此,针对外窗的能耗控制以及外窗的合理设置进行研究,对控制建筑能源消耗具有非常重要的意义。 论文主要从以下几个方面进行研究并取得一些成果： (1)通过查阅大量的文献资料,了解了城市住宅外窗的国内外相关研究,并在此基础上提出了目前城市住宅外窗存在的一些问题,明确了研究目的、研究内容和研究方法。 (2)用实地调查、资料分析以及理论分析的方法,提出了主要包括外窗材料性能、窗户特性与遮阳形式在内的住宅建筑外窗能耗影响因素。并对三类因素进行具体的归类与分析,进一步讨论了各种影响因素对住宅外窗热工性能的影响与不同影响因素在实际工程中应用的可行性。 (3)通过运用相关热工原理,视外窗的传热方式为一维稳定传热,再结合影响外窗热工性的主要因素,获得外窗整窗传热系数、遮阳系数以及阳光透射比的计算方法,为外窗节能设计,奠定了基础。 (4)为了分析外窗朝向、窗户类型以及遮阳形式等主要因素对(?)建筑能耗的影响,以湖南地区的气候特点为背景,在对湖南长沙地区住宅外窗情况调研的基础上,考虑到现有节能规范的相关要求,以美国能源部的能耗模拟软件Energyplus为计算平台,提出简化的分析模拟模型。通过选取多种工况分别对外窗朝向、外窗选型和外窗遮阳形式的能耗进行模拟计算,分析后得出外窗朝向为南偏西30°至南偏西15°时综合能耗最小；研究得出比较节能的搭配窗型为：彩钢板窗框+中空玻璃、断热铝合金窗框+Low-E玻璃以及铝合金窗框+灰色吸热中空玻璃,并建议推荐为节能外窗类型。同时,针对不同朝向的外窗在不同遮阳形式的能耗模拟,给出了不同朝向外窗的最佳遮阳设计建议,并对模拟结果的实用性进行评价,所得出的结论可对湖南地区城市住宅外窗节能设计提供相关参考。 (5)根据对外窗朝向、外窗类型以及遮阳形式的模拟结果与研究结论,结合工程实例对比分析了不同朝向的房间在不同窗型与遮阳条件下能耗模拟,并用节能验证型软件PKPM节能软件对整体建筑进行能耗检验,验证了采用本文模拟结果与研究结论所做的外窗节能设计方案具有一定的可行性,为进一步在工程实践中推行更好的外窗节能设计做出了良好范例。 (6)在分析研究的基础上,进而从建立健全政策法规、研究发展外窗材料、整合创新外窗类型、提高完善节能标准等四个方面总结归纳出我国外窗节能有待更深入的研究及其发展趋势。 【关键词】：城市住宅外窗 能耗模拟 设计应用 湖南地区
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TU111.4
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-8
• 目录8-11
• 第一章 绪论11-21
• 1.1 研究背景及意义11-13
• 1.1.1 研究背景11
• 1.1.2 研究意义11-13
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势13-18
• 1.2.1 国外相关研究13-15
• 1.2.2 国内相关研究15-17
• 1.2.3 存在的问题17-18
• 1.3 研究目的、研究内容以及研究方法18-21
• 1.3.1 研究目的18-19
• 1.3.2 研究内容19
• 1.3.3 研究方法19-21
• 第二章 住宅建筑外窗影响因素21-39
• 2.1 材料性能影响因素21-30
• 2.1.1 外窗玻璃21-26
• 2.1.2 窗框26-29
• 2.1.3 边缘密封材料及五金件29
• 2.1.4 其他材料29-30
• 2.2 窗户特性影响因素30-34
• 2.2.1 地域环境30
• 2.2.2 体形系数30-31
• 2.2.3 窗墙比31
• 2.2.4 外窗朝向31
• 2.2.5 外窗开启形式及造型31-34
• 2.3 遮阳形式的影响因素34-38
• 2.3.1 构件遮阳34-35
• 2.3.2 其他遮阳35-38
• 2.4 小结38-39
• 第三章 外窗节能热工基本原理39-50
• 3.1 传热方式39-42
• 3.1.1 稳定传热40
• 3.1.2 平板内部传热原理40-42
• 3.2 外窗节能设计指标42-49
• 3.2.1 整体外窗几何描述42-43
• 3.2.2 整窗的传热系计算43-46
• 3.2.3 遮阳系数计算46-48
• 3.2.4 可见光透射比计算48-49
• 3.3 小结49-50
• 第四章 湖南地区城市住宅外窗节能模拟分析50-76
• 4.1 湖南地区节能基本设计要求50-57
• 4.1.1 湖南地区气候特点50-51
• 4.1.2 城市住宅外窗现状51-54
• 4.1.3 建筑外窗节能设计相关规定的要求54-57
• 4.2 外窗模拟分析57-75
• 4.2.1 模拟分析软件介绍57
• 4.2.2 外窗模拟相关设计数据57-61
• 4.2.3 外窗能耗模拟分析61-74
• 4.2.4 模拟结果的实践意义74-75
• 4.3 小结75-76
• 第五章 实际工程案例76-87
• 5.1 项目基本情况介绍76-77
• 5.2 设计策略77-86
• 5.2.1 场地规划布局77
• 5.2.2 单体设计77-78
• 5.2.3 外窗设计78-85
• 5.2.4 建筑整体节能效果85-86
• 5.3 小结86-87
• 第六章 结语与展望87-90
• 6.1 本文的主要结论87-88
• 6.2 展望外窗节能研究发展趋势88-90
• 参考文献90-93
• 附录93-107
• 致谢107-108
• 攻读硕士学位期间论文及参与科研情况108

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