村镇住宅太阳能利用分区.docx

1、村镇住宅太阳能利用分区村镇住宅太阳能利用分区1. 绪论1.1研究背景1.2国内外研究现状1.3存在问题1.4本文的研究内容与意义2.太阳能利用分析2.1中国太阳能资源分布2.2太阳能采暖设计策略2.3被动式太阳能设计形式2.3.1集热墙2.3.2太阳房2.3.3直接收益式3.被动式太阳能气候分区3.1分区原则及依据3.2被动式太阳能气候分区结果3.2.1设计区一地理位置二气候特点三设计原则：3.2.2设计区一气候特点二所属区域三设计原则3.2.3设计区一地理位置二气候特点三设计原则：3.2.4设计区一地理位置二气候特点三设计原则：3.2.5设计区一地理位置二气候特点三设计原则：3.2.6设计区

2、一地理位置二气候特点三设计原则：4.结论1. 村镇住宅特点2. 3. 研究我国建筑气候设计的分析方.法，提出的适应我国气侯待点的被动式设计分区和相应的指导原则与设计策略，期望对我国建筑节能设计和生态建筑设计的理论和实践研究的发展起到积极的作用。本文的研究目的在于为建筑设计提供以保证热舒适要求为目的的具体分析方法和实用工具，依据我国特有的气候状况探讨舒适节能建筑的设计方法。论文的工作重点是建立一套系统的适应我国城市建筑设计的气候分析方法一一这种分析方法适用于建筑的方案设计阶段，能够有效分析建筑与室内外气候环境之间的关系，使其获得舒适的室内热环境，并节约常规能源。为建筑师在方案设计阶段提供与能耗有

3、关的设计依据和各种技术措施。依据本文建立的分析方法，对我国主要城市气候进行系统分析，明确气候因素对建筑环境的影响。分析我国主要城市的气候特点，科学地提出创造舒适室内气候的设计依据和相应的技术措施，给出指导我国建筑气候设计的被动式建筑设计分区和各分区的设计原则与技术策略。利用气候控制学原理分析各城市的气候伏况，提出建筑节能设计对策。从冬季采暖和夏季降温两个方面同时分析具体设计措施，提出保证获得室内热舒适的气候控制策略，并提出各控制策略的时间利用率。通过作者提出的我国建筑气候设计分析方法，得到适合我国主要城市和地区的气候设计方法和技术措施，以及在我国气候状况下利用被动式建筑设计的潜力。第一次比较系

4、统地分析了我国主要城市在被动式建筑设计方面气候资源的可利用率和气候特点。首次提出被动式建筑设计分区的分类方法和分区的标准。对我国自然地理区域内的被动式设计进行了初步地划分，并以图表的形式体现，方便建筑设计人员参考。适合我国气候特点的建筑设计的气候分析方法和设计策略的研究将推动我国城市居住建筑可持续发展。在总结前人关于建筑气候设计方法和分析工具的基础上，分析我国城市气候，建立我国建筑气候分析的舒适性评价基准。首次建构了适合于我国气候特点的建筑气候设计分析工具-建筑气候分析图。为了明确建筑设计和气候的关系，使建筑师从方案设计的一开始就能够合理运用适宜性被动式气候调控措施，使建筑可以更充分地不佣和适

5、应气候条件，做到因地制宜，合理利用环境资源，本章在前面的工作基础上，利用第三章我国典型城市的气候分析结果，从建筑设计过程中应考虑被动式设计的角度，提出被动式气候设计区划方法和依据，建立设计区划指标。依据建筑气候设计策略的有效性，对我国各地气候作初步区域性划分，并详细论述各设计区的气候设计原则和每个指导原则的具体实施措施。被动式设计分区和相应的设计原则与策略的提出，期望能够对我国生态建筑设计和建筑节能设计起到实质性的指导作用。进行被动式设计分区时，需要同时考虑冬季的太阳能采暖和夏季的被动式降温方式。有效控制室内外气候的被动式设计手段主要为冬季太阳能采暖、夏季自然通风、夜间通风及蒸发冷却四种方式。

6、在建筑设计时根据各地区不同的气候条件，采取相应的被动式设计策略，能够减少主动式系统的负荷，从而在相同舒适度的条件下节能。本文旨在建立一个为建筑师服务的直观、相对精确的设计图则，这个图则应能帮助建筑师判断在全国范围内，何种被动式策略是适用于何种区域的，以及这些措施在不同的区域的有效时间段。这类研究从更宏观的角度研究气候和建筑之间的关系，从气候数据及其分析方法出发，探讨各种技术手段在不同气候条件下的适用性。如西安建筑科技大学杨柳博士的论文建筑气候分析与策略研究（杨柳，2003）。该文的重点是建立一套系统的适应我国城市建筑设计的气候分析方法，这种分析方法适用于建筑的方案设计阶段，能够有效分析建筑与室

7、内外气候环境之间的关系（依据Givoni的气候分析图），使其获得舒适的室内热环境，并节约常规能源。为建筑师在方案设计阶段提供与气候有关的设计依据和各种技术措施。论文取得了比较系统的成果，唯一的瑕疵是论文选取的城市样本数略少（9个）。该论文的研究结果对比相关国际国内的标准热舒适取值范围而言，舒适温度范围宽很多，说明各个气候区的居民对于热舒适有很强的适应性，也说明，我国这样一个地域辽阔，气候特点南北、东西差异都很大的国家来说，采取一样的热舒适标准（制冷、采暖温度）是很不合适的，各地应该根据各地的居民热舒适模型制定相应的规范和政策，这样会更加有利于在舒适的基础上实现节能。一文中根据中国各地的气候特点

8、，以HDD18、CDD26为主要指标，冬季太阳辐射热、夏季相对湿度等为辅助指标提出了中国建筑节能气候分区；论述了各个分区的特点以及所适用的建筑节能技术。研究中国建筑节能气候分区为建筑节能技术的应用提供了一种参考标准。1.3.1本选题的理论价值本文的研究在理论上具有的创新性可以概括为用新的技术方法来可视化、精确的描述在全国的范围内，各被动式设计的策略的有效性。这种描述将更为直观的帮助建筑师、规划师、城市管理者、甚至普通民众了解气候在地理上的差异性，以及我们如何能更有效的利用气候资源。1.3.2本选题的现实意义以气候适应为目标的被动式设计反映了建筑可持续发展的核心思想。良好适宜的被动式设计涉及两个

9、关键问题。第一，需要在设计阶段正确分析气候要素对建筑的影响，掌握室外气候条件和人的生理活动之间的关系；第二，合理运用气候调控策略，并与建筑形式相结合。其中，建筑气候分析是被动式设计最基本的关键问题。如果能在设计阶段能够真正考虑当地的气候资源，不仅能降低建筑能耗，更重要的是它采用与环境被动式的适应策略，可以从一个新的角度阐释了人与自然、建筑与自然的关系，对于城市与建筑的可持续发展设计具有一定的探索意义。本文研究的结果可以方便的应用于建筑师的方案创作初期，帮助建筑师在创作过程中了解地方气候特点和被动式设计策略的适用程度，可以促进被动式策略得到使用，更可以避免不当的措施被运用。此外，被动式对于建筑形

10、式的多样化、人情化、建筑传统的扬弃、地区特色风貌的传承和创新均有较为积极的作用。1.3.3创新点本文简要的总结了各被动式设计策略的内容、设计方法和分析方法，并首次利用气候分析软件Ecotect分析、统计了全国200个城市的气候分析结果，利用相关统计软件进行了验证、定性分析，形成了各气候区内不同被动式设计策略的有效时间排序以及单项设计策略在不同气候区的适用程度排序，本文在此基础上首次利用地理信息系统GIS(ARCGIS9.2)软件的插值功能，在讨论并优选的基础上，用Kriging插值形成了被动式设计的潜力分布、被动式策略的综合有效性、被动式太阳能利用、直接蒸发冷却、间接蒸发冷却、建筑蓄热性能、建

11、筑蓄热性能夜间通风、自然通风的有效时间全国分布图；此外本文还利用各被动式设计策略在一年中12个月有效时间的标准方差和最大值结合的办法来判断各项策略的实际有效时间，对分区图的结果进行修正；最后，本文用实际案例说明了本文研究结果被动式设计适用性判断的方法。并提出了被动式设计策略适用性分区的方法模型。基于此，本文的研究结果的创新点可以归结为以下内容：成果的实用性，本研究直接面向建筑师，结果能直接对设计产生指导作用，便于利用。成果的补充性，作为现有各种节能规范（限制型）的补充，是一种针对气候区的设计导则。成果的描述性，本文的结果将早先研究的模糊概念较为清晰的描述，便于认知。方法的开放性，本文的数据点插

12、值方法作为基本数据基础可以进行多项相关研究。a、国外研究现状建筑气候设计并非一个新课题。国外从生物气候学角度对建筑的研究历史悠久，成果丰富。1.2.2以策略适用性为研究目的这类研究从更宏观的角度研究气候和建筑之间的关系，从气候数据及其分析方法出发，探讨各种技术手段在不同气候条件下的适用性。如西安建筑科技大学杨柳博士的论文建筑气候分析与策略研究（杨柳，2003）。该文的重点是建立一套系统的适应我国城市建筑设计的气候分析方法，这种分析方法适用于建筑的方案设计阶段，能够有效分析建筑与室内外气候环境之间的关系（依据Givoni的气候分析图），使其获得舒适的室内热环境，并节约常规能源。为建筑师在方案设计

13、阶段提供与气候有关的设计依据和各种技术措施。论文取得了比较系统的成果，唯一的瑕疵是论文选取的城市样本数略少（9个）。但是，论文作者随后指导（或参与指导）的一系列论文中，逐渐解决了这个问题，以刘加平教授、杨柳博士等为核心的研究团队在设计策略和气候分区这一题目下取得了一系列的成果。如：硕士论文被动式太阳能建筑设计气候分区（谢林娜，2006），硕士论文自然通风降温设计分区研究（董宏，2006）等。其中被动式太阳能建筑设计气候分区一文从建筑与气候的关系出发，分析我国188个城市气候观测点典型气象年中影响被动式太阳能建筑设计的主要外部气象参数，包括室外日平均温度，水平面总辐射日辐照量，水平面散射辐射日辐

14、照量等，为被动式太阳能建筑设计气候分区奠定了数据基础。通过建立被动式太阳房计算模型，应用稳态传热分析方法，结合实测气象数据分析，确定了被动式太阳能建筑设计分区指标一一综合辐射百分比，定量的分析了我国不同程度应用被动式太阳能建筑可行性。利用建筑气候设计原理，结合我国的太阳能资源分布情况，分析了不同气候区室外气候条件与热舒适区关系，建立了不同气候区被动式太阳能建筑设计的边界条件。该文还为了更直观的体现分区结果，方便建筑师采用，结合地理信息系统(GIS)的分析软件，将被动式太阳能建筑设计气候分区进行可视化，并利用被动式太阳能建筑设计气候分区指标及集热效率曲线分析结果，结合各区气候特点，提出了被动式太

15、阳能建筑不同设计分区的优化设计原则。此外，刘加平教授指导的博士论文人体热舒适气候适应性研究（茅艳，2006）则从另一个角度来修正我们关于舒适度的概念。该文针对我国的气候特点，首次在全国主要自然地理区域(包括四个气候区)选取具有典型气候特征和重要经济地理位置的城市(12个)进行实际调查研究，得出了不同气候区城市的室内物理环境参数、主观热感觉、热舒适计算指标等，统计分析了不同气候区人们的热舒适适应性行为，建立了我国不同气候区的人体热舒适气候适应性模型，并在该模型的基础上给出了不同气候区的舒适温度范围，制定了被动式气候设计策略。该文为基于现场研究得到的热适应性舒适基准，对本文的研究起到较大的参考作用

16、，并能够对本文的研究结果起到修正作用（见5.3节）。该论文的研究结果对比相关国际国内的标准热舒适取值范围而言，舒适温度范围宽很多，说明各个气候区的居民对于热舒适有很强的适应性，也说明，我国这样一个地域辽阔，气候特点南北、东西差异都很大的国家来说，采取一样的热舒适标准（制冷、采暖温度）是很不合适的，各地应该根据各地的居民热舒适模型制定相应的规范和政策，这样会更加有利于在舒适的基础上实现节能。重庆大学的黄光德、付祥钊、张慧玲在中国建筑节能气候分区及适用技术一文中根据中国各地的气候特点，以HDD18、CDD26为主要指标，冬季太阳辐射热、夏季相对湿度等为辅助指标提出了中国建筑节能气候分区；论述了各个

17、分区的特点以及所适用的建筑节能技术。论文根据全国336个城市HDD18和CDD26的分布情况，将HDD18划分为4级分别代表冬季温暖01000，冷10002000，寒冷20003800，严寒38008000；将CDD26划分为2级分别代表夏季凉爽050，热50650；再根据辅助指标对336个城市进行分析将全国划分为八个区，即严寒无夏、冬寒夏凉、冬寒夏热、冬冷夏凉、冬冷夏热、冬暖夏热、冬寒夏燥和冬暖夏凉地区。研究中国建筑节能气候分区为建筑节能技术的应用提供了一种参考标准，文中列出了7种主要暖通空调技术在建筑节能气候分区的适用情况，有利于各地区建筑节能技术体系的形成。通过本论文的研究工作确定出夏季

18、各个城市利用自然通风进行被动式降温时可利用程度的大小，形成直观的图表。从而为建筑师在方案设计阶段，决定是否能够在建筑中采用自然通风技术，以达到被动式降温的效果以及采用何种通风降温方式提供参考和依据。首先，深入分析了自然通风降温的原理与方法，找出对自然通风降温效果起控制性作用的气象因素。再以这些气象要素为研究对象，采用统计学中的聚类分析与传统的人体热舒适研究相结合的方法，系统地对在建筑中进行自然通风降温的可利用程度进行了全国的分区研究。提出了以“舒适日增加量，为指标，将各地的利用度进行了量化，最终形成了直观的设计分区图。1.2研究现状从1953年美国的olgyya兄弟第一次提出气候设计的概念和方

19、法时起，建筑气候设计从之前的建筑师个人设计行为转变成一种系统的理论分析过程。其后，众多的建筑师与工程师对此进行了不断的完善和发展。1976年Givoni结合空调工程师设计用的温湿度图发展了健筑气候设计分析图”用以进行辅助设计。1983年认值tson发展了Givoni的方法，将设备调控与气候调节综合到一张分析图上，以进行分析和决策。.oKoenigsbegrer等于1971年提出了Mhanoye列表法以进行建筑气候设计。J.EvnaS于2000年提出了针对被动式建筑设计的温度波动与人体热舒适的关系的分析方法“热舒适三角图”法。2003年西安建筑科技大学杨柳博士在其论文中首次给出了我国室外平均温度

20、与中性温度的关系式，并以此作为我国建筑气候分析的舒适性评价基准。利用中性温度确立的舒适区结合直观的空气温湿图表，建构了适合我国气候特点的建筑气候设计分析工具建筑气候分析图。鉴于建筑气候设计中，气候状况成为确定设计的重要因素。因此利用划分气候分区的方法展开研究成为一条重要思路。德国人wldeimriKoppne和他的学生RudolphGeiger在1928年提出了K6ppne气候区划标准。按照基于年和月的平均温度及降水，将世界气候分为六个区。每个区中又根据不同的温度和降水分为14个子区。这也是目前世界上使用最为广泛的气候区划标准。其它的气候区划方法还有:Lippsmeier按照基本气候要素将世界

21、气候分为五个主要气候区和两个子气候区;Mllier以温度和降水为指标将气候分为4个不同的气候区等等。与建筑相关的气候区划主要有1987年sozkolya从人体热舒适的角度出发，以空气温度、湿度、太阳辐射等为指标，将气候分为四个气候区。并对不同的气候区的建筑设计提出了相应的指导原则和建议。我国的建筑气候区划标准(GB50178一93)以1月平均气温、7月平均气温、7月平均相对湿度为主要指标;以年降水量、年日平均气温低于或等于5C的日数和年日平均气温高于或等于25的日数为辅助指标，将全国分为7个一级区。各一级区内，分别选取能反映该区建筑气候差异性的气候参数或特征(1、7月平均气温、7月平均气温日较

22、差、最大风速、年降水量、冻土性质等)作为二级区区划指标，将全国分为20个二级区。民用建筑热工设计规范(GB50176一93)从建筑热工设计的角度出发，以最冷月和最热月的平均温度为主要指标，以日平均气温小于5和大于25的天数为辅助指标，将全国分为5个区。除了以上各种综合性的气候区划外，还有很多研究者针对某项具体的内容进行不同的设计分区。李元哲等人在被动式太阳房热工设计手册中从被动式太阳能利用的角度，以垂直南向太阳辐射总量与采暖度日数的比值为指标将我国分为3个区。张肠以南向垂直面上的平均辐射温差比指标做了全国太阳能应用分区。杨柳在其研究中以冬季太阳能利用率为指标将全国分为5个区，又以夏季不舒适热指

23、数和不舒适湿指数为指标将全国分为了9个二级区。以上这些研究设计分析方法和分区研究成果都成为本研究的主要参考。于是，从建筑设计的根本目的(给人提供舒适的室内生活环境)出发，通过分析建筑采用自然通风与否对其中使用者热舒适性的影响，来定量地确定各个不同的类在自然通风降温方面的可利用程度。.6研究意义首先，第一次将统计学中的聚类分析法与传统的人体热舒适研究相结合，系统地对自然通风这种建筑气候设计中的被动式降温技术的可利用度进行了全国范围的分区研究。其次，通过本文研究所得到的自然通风降温设计分区图，可以清楚、直观地得到全国各个地区在利用自然通风进行被动式降温设计上的可利用度。回答了建筑师对自然通风这种被动式降温方法在特定地区是否有利用价值以及能不能用、效果好不好的疑问。为建筑设计师在设计的方案阶段提供有力的理论支持。这一研究使建筑气候设计的基础性研究工作又向前迈出了一步，必将对建筑节能工作起到推动作用，从而为建筑的可持续性发展创造有利条件。