基于被动式设计策略的气候分区研究
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摘要
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。
本文简要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weather tool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性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、建筑的蓄热性+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个月的有效时间值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程度。
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。
To design a building according to the climate by applying different passive strategies can lead to energy saving, because passive design reduces the energy loads of the building.
This dissertation studies systematically on climatic design and its classific mapping, in order to give architects of China a clear design guide of which passive strategy could have effects in different climate zones, and how well could these strategies work.
This dissertation summarized different passive strategies,analysis methods,softwears, and for the first time, by using Weather too(lEcotect), analysised the climatic data of 200 cities in China.
This dissertation inputs the data in GIS (ARCGIS9.2) and by using function interpolation (Kriging) after careful Comparison, outputs the classified maps below: Potential of passive strategies, Capacity of Combined passive strategies, Capacity of Passive Solar Heating, Capacity of Direct evaporative cooling, Capacity of Indirect evaporative cooling, Capacity of Thermalmass effects, Capacity of Thermalmass effects with night purge ventilation, Capacity of Natural Ventilation.
After the classific mapping, this dissertation uses the Standard Deviation and maximum Value of the comgfort pencentege that different passive methods could reach within 12 months to define the real capacity of each passive methods.
To provide convenience to use the results, this dissertation give a real example to illustrate how to use these maps. This dissertation also presents a model for passive design methods classific mapping.
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。
本文简要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weather tool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性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、建筑的蓄热性+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个月的有效时间值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程度。
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。
To design a building according to the climate by applying different passive strategies can lead to energy saving, because passive design reduces the energy loads of the building.
This dissertation studies systematically on climatic design and its classific mapping, in order to give architects of China a clear design guide of which passive strategy could have effects in different climate zones, and how well could these strategies work.
This dissertation summarized different passive strategies,analysis methods,softwears, and for the first time, by using Weather too(lEcotect), analysised the climatic data of 200 cities in China.
This dissertation inputs the data in GIS (ARCGIS9.2) and by using function interpolation (Kriging) after careful Comparison, outputs the classified maps below: Potential of passive strategies, Capacity of Combined passive strategies, Capacity of Passive Solar Heating, Capacity of Direct evaporative cooling, Capacity of Indirect evaporative cooling, Capacity of Thermalmass effects, Capacity of Thermalmass effects with night purge ventilation, Capacity of Natural Ventilation.
After the classific mapping, this dissertation uses the Standard Deviation and maximum Value of the comgfort pencentege that different passive methods could reach within 12 months to define the real capacity of each passive methods.
To provide convenience to use the results, this dissertation give a real example to illustrate how to use these maps. This dissertation also presents a model for passive design methods classific mapping.
引文
1参见新华网http://news.xinhuanet.com/newscenter/2007-12/03/content_7191389.htm
4茅艳.人体热舒适气候适应性研究[博士学位论文].西安,西安建筑科技大学, 2006:106
5曾剑龙.性能可调节围护结构的节能研究[博士学位论文].北京:清华大学建筑技术科学系. 2006
6表格中×表示不适用,☆表示适用,○表示一般适用——作者注
7江亿.用于空调负荷计算的随机气象模型[硕士学位论文].北京:清华大学建筑技术科学系,1980;林文胜.建筑能耗分析用气象数学模型综论[硕士学位论文].重庆:重庆建筑工程学院,1990.
8田胜元.建筑空调能耗分析用气象资料构成方法的研究.全国暖通空调制冷1988年学术年会论文集. 1988.
9中国建筑热环境分析专用气象数据集。中国气象局气象信息中心气象资料室,清华大学建筑技术科学系著.北京:中国建筑工业出版社, 2005
10中国建筑热环境分析专用气象数据集。中国气象局气象信息中心气象资料室,清华大学建筑技术科学系著.北京:中国建筑工业出版社, 2005: 3-7
11有学者怀疑数据的准确性和可靠性。认为在定时观测数据的基础上采用插补的方法来获得逐时气象数据,然而由于其源数据的气象站点和气象要素都不全面,且数据来源部门不能保障数据本身的可信性,因此不适宜作为全国逐时气象数据生成的原始依据。参见《中国建筑热环境分析专用气象数据集》序p5,笔者通过对比发现数据差异主要集中在太阳辐射数据上。
12郎四维.建筑能耗分析逐时气象资料的开发研究.暖通空调,2002,32(4):1-5
13张晴原,Joe Huang编著.中国建筑用标准气象数据库.北京:机械工业出版社,2004
17袁世全,冯涛,主编.中国百科大辞典编委会编.中国百科大辞典.北京:华厦出版社. 1990: 904
18刘念雄,秦佑国.建筑热环境.北京:清华大学出版社,2005:36
26刘念雄,秦佑国编著.建筑热环境.北京:清华大学出版社,2005:41
27谢林娜.被动式太阳能建筑设计气候分区[硕士学位论文].西安:西安建筑科技大学,2006:23
28谢守穆,王启欢.国外建筑气候分区情况简介.建筑科学,198805: 75
29谢守穆王启欢.国外建筑气候分区情况简介.建筑科学1988年第5期:76
30详细情况可以参考:http://www1.eere.energy.gov/buildings/residential/climate_zones.html
31参见http://www.yourhome.gov.au/
32茅艳.人体热舒适气候适应性研究[博士学位论文].西安:西安建筑科技大学,2006.:105
35夏伟.居住区规划设计阶段的生态设计策略研究.建筑学报, 200604:26
38席晖,白梅,王首一.低能耗建筑设计中的自然通风.山西建筑. 2007(11):198
40田蕾秦佑国.可再生能源在建筑设计中的利用.建筑学报200602.16
41 [日]彰国社编.国外建筑设计详图图集,被动式太阳能建筑设计.北京:中国建筑工业出版社.2005小玉佑一郎.
42作者根据[日]彰国社编.国外建筑设计详图图集,被动式太阳能建筑设计.北京:中国建筑工业出版社.2005归纳
43 Your home的被动式设计程序参见参见http://www.yourhome.gov.au/
44水利用包括:如何减少用水需求,进行必要雨水收集,废水回用策略,暴雨防备措施,室外用水计划,无水厕所的运用;材料利用包括:材料的蕴能考量,废物排放最小化,室内环境质量,建筑用材(充气混凝土块、夯土、土胚砖、稻草砖、混凝土条状楼板、粘土砖、原木)的计划;能源利用包括:热水供应、太阳能热水、制热和制冷、照明、可再生电能、光伏电池、风力系统、小型水电、电池及转换器等内容。环境影响包括:生物多样性影响、排放控制影响、噪声控制、可持续的景观系统;其他影响包括:街道和社区、交通健康和安全等。详细情况请参阅http://www.yourhome.gov.au/
45诺伯特·莱希纳.建筑师技术设计指南.张利等译.北京:中国建筑工业出版社, 2004
53杨柳.建筑气候分析与设计策略研究[博士学位论文].西安:西安建筑科技大学, 2003:36
54参见http://bbs.topenergy.org/archiver/?tid-8932.html,此工具可以可以在http://www.bph.hbt.arch.ethz.ch/contents/subfolder/software/climatesurf_download.html下载
55关于HEED和SOLAR-5.7的使用介绍和软件下载参见:http://www2.aud.ucla.edu/energy-design-tools/。关于SOLAR5,可以也可以参见诺伯特·莱希纳.建筑师技术设计指南.张利等译.附录G概念性设计阶段可以利用的计算机软件, P585
56关于HEED的详细评述也可以参阅美国能源部网站http://apps1.eere.energy.gov/buildings/tools_directory/software.cfm/ID=382/pagename=alpha_list
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[135]中华人民共和国标准JGJ134-2001.夏热冬冷地区居住建筑节能标准.中国计划出版社,2001
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4茅艳.人体热舒适气候适应性研究[博士学位论文].西安,西安建筑科技大学, 2006:106
5曾剑龙.性能可调节围护结构的节能研究[博士学位论文].北京:清华大学建筑技术科学系. 2006
6表格中×表示不适用,☆表示适用,○表示一般适用——作者注
7江亿.用于空调负荷计算的随机气象模型[硕士学位论文].北京:清华大学建筑技术科学系,1980;林文胜.建筑能耗分析用气象数学模型综论[硕士学位论文].重庆:重庆建筑工程学院,1990.
8田胜元.建筑空调能耗分析用气象资料构成方法的研究.全国暖通空调制冷1988年学术年会论文集. 1988.
9中国建筑热环境分析专用气象数据集。中国气象局气象信息中心气象资料室,清华大学建筑技术科学系著.北京:中国建筑工业出版社, 2005
10中国建筑热环境分析专用气象数据集。中国气象局气象信息中心气象资料室,清华大学建筑技术科学系著.北京:中国建筑工业出版社, 2005: 3-7
11有学者怀疑数据的准确性和可靠性。认为在定时观测数据的基础上采用插补的方法来获得逐时气象数据,然而由于其源数据的气象站点和气象要素都不全面,且数据来源部门不能保障数据本身的可信性,因此不适宜作为全国逐时气象数据生成的原始依据。参见《中国建筑热环境分析专用气象数据集》序p5,笔者通过对比发现数据差异主要集中在太阳辐射数据上。
12郎四维.建筑能耗分析逐时气象资料的开发研究.暖通空调,2002,32(4):1-5
13张晴原,Joe Huang编著.中国建筑用标准气象数据库.北京:机械工业出版社,2004
17袁世全,冯涛,主编.中国百科大辞典编委会编.中国百科大辞典.北京:华厦出版社. 1990: 904
18刘念雄,秦佑国.建筑热环境.北京:清华大学出版社,2005:36
26刘念雄,秦佑国编著.建筑热环境.北京:清华大学出版社,2005:41
27谢林娜.被动式太阳能建筑设计气候分区[硕士学位论文].西安:西安建筑科技大学,2006:23
28谢守穆,王启欢.国外建筑气候分区情况简介.建筑科学,198805: 75
29谢守穆王启欢.国外建筑气候分区情况简介.建筑科学1988年第5期:76
30详细情况可以参考:http://www1.eere.energy.gov/buildings/residential/climate_zones.html
31参见http://www.yourhome.gov.au/
32茅艳.人体热舒适气候适应性研究[博士学位论文].西安:西安建筑科技大学,2006.:105
35夏伟.居住区规划设计阶段的生态设计策略研究.建筑学报, 200604:26
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40田蕾秦佑国.可再生能源在建筑设计中的利用.建筑学报200602.16
41 [日]彰国社编.国外建筑设计详图图集,被动式太阳能建筑设计.北京:中国建筑工业出版社.2005小玉佑一郎.
42作者根据[日]彰国社编.国外建筑设计详图图集,被动式太阳能建筑设计.北京:中国建筑工业出版社.2005归纳
43 Your home的被动式设计程序参见参见http://www.yourhome.gov.au/
44水利用包括:如何减少用水需求,进行必要雨水收集,废水回用策略,暴雨防备措施,室外用水计划,无水厕所的运用;材料利用包括:材料的蕴能考量,废物排放最小化,室内环境质量,建筑用材(充气混凝土块、夯土、土胚砖、稻草砖、混凝土条状楼板、粘土砖、原木)的计划;能源利用包括:热水供应、太阳能热水、制热和制冷、照明、可再生电能、光伏电池、风力系统、小型水电、电池及转换器等内容。环境影响包括:生物多样性影响、排放控制影响、噪声控制、可持续的景观系统;其他影响包括:街道和社区、交通健康和安全等。详细情况请参阅http://www.yourhome.gov.au/
45诺伯特·莱希纳.建筑师技术设计指南.张利等译.北京:中国建筑工业出版社, 2004
53杨柳.建筑气候分析与设计策略研究[博士学位论文].西安:西安建筑科技大学, 2003:36
54参见http://bbs.topenergy.org/archiver/?tid-8932.html,此工具可以可以在http://www.bph.hbt.arch.ethz.ch/contents/subfolder/software/climatesurf_download.html下载
55关于HEED和SOLAR-5.7的使用介绍和软件下载参见:http://www2.aud.ucla.edu/energy-design-tools/。关于SOLAR5,可以也可以参见诺伯特·莱希纳.建筑师技术设计指南.张利等译.附录G概念性设计阶段可以利用的计算机软件, P585
56关于HEED的详细评述也可以参阅美国能源部网站http://apps1.eere.energy.gov/buildings/tools_directory/software.cfm/ID=382/pagename=alpha_list
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