复杂山区建筑围护结构热性能及能源系统适用性研究

  本篇论文是一篇建筑硕士论文范文，环境风速对建筑有多方面影响，特别是当建筑位于风速较大的山区区域时影响更为显著。冬奥会延庆赛区所处区域和建筑风格理念等与往届冬奥会差异明显。由于山区环境往往较为恶劣，地处具有复杂气候条件的山区建筑面临着风速大、气温低与热负荷大等问题，因此有效降低建筑周边风速对建筑热性能的影响十分关键。

  第 2 章 复杂山地地区气候参数与地质条件研究

  5.2 复杂山地冬季供暖能源供给形式与技术方式适用性研究

  5.4 供暖技术方式经济性分析

  结论与展望

  本文结合北京冬奥会冬季供暖需求背景，针对冬奥会延庆赛区冬奥村所处海坨山区气候特点与平原地区差异明显及冬奥村将采用与海坨山环境相融合的石笼结构围护结构现状，在对海坨山区气候、气温、风速与地热能情况进行详细研究的基础上，采用数值模拟方法对正常冬季、大雪寒潮与大风寒潮三种工况下石笼结构对建筑表面对流换热系数、建筑表面风压、建筑基础室温和建筑负荷等热工性能的影响进行研究，同时对赛区冬季供暖能源供给形式与技术方式适用性进行分析。主要结论如下：（1） 延庆赛区所处海坨山区域冬季正常日气温变化情况为典型的单峰单谷型，且日出前为谷值，午后为峰值，日平均温度为-10.4℃，日平均风速为 2.99m/s；在大雪寒潮天，海坨山区日平均气温-21.09℃，日平均风速为 5.58m/s；在大风寒潮天，海坨山区日平均气温-27.81℃，日平均风速为 9.06m/s，此工况海坨山区最低达到-29.79℃。海坨山区地热能条件较好，热储量随深度增加而增加，同时各个地层受到花岗岩侵入，地热能利用情况受到影响。（2） 不同天气工况下，增加石笼结构均可以显著降低建筑外围护结构外表面对流换热系数，在寒潮天工况下效果更好，且石笼结构削弱建筑外围护结构外表面对流换热系数值效果在大风寒潮天比大雪天更为显著。大雪寒潮天中建筑外围护结构外表面对流换热系数平均值降低了 11.373W/(m2·K)，但在大风寒潮天中，建筑外围护结构外表面对流换热系数平均值降低了 18.530W/(m2·K)。（3） 不同天气工况下，通过设置石笼结构，可以明显改变建筑物表面风压分布，使建筑物表面风压分布由既有正压区又有负压区的情况变为均为负压区，降低建筑表面最大风压差，正常冬季降低 4.283Pa，大雪寒潮发生时降低 9.186Pa，大风寒潮发生时降低 31.410Pa，较大雪寒潮降低建筑表面最大风压差效果更为明显，能够有效削弱冬季冷风渗透对建筑能耗的影响，同时能够有效削弱风致噪声给建筑带来的影响。（4） 通过设置石笼结构可以提高整个供暖季房间基础室温。设置石笼结构的房间基础室温均高于未设置石笼结构时房间基础室温，设置石笼结构后整个供暖季房间基础室温平均值增加了 2.02℃，能够降低建筑供暖季最大热负荷与建筑供暖季累计热负荷，设置石笼结构的建筑供暖季最大热负荷减少了 10.6%，并且供暖季累计热负荷减少了 24.8%，建筑供暖能耗降低，同时增强了建筑对室外不友好环境的适应能力。（5） 冬奥会延庆赛区冬奥村适用性较好的能源供给形式主要有电能和地热能，同时适用性较好的供暖技术方式主要有蓄热式电暖气、低温空气源热泵、CO2 空气源热泵及中深层地埋管地源热泵。在平均环境温度为-10℃正常供暖季，CO2 空气源热泵技术方式所需运行费最高，但与低温空气源热泵技术方式相比能够适应更低环境温度工况，可以有效保障寒潮时供暖的效果与稳定性，且一次能源消耗量与碳排放量较低，节能性高，但面临设备费昂贵，初投资大等问题，两种供暖技术方式一次能源消耗量与碳排放量均表现良好，有较好的节能性，同时两者均需考虑建筑预留设备间与室外机安置区域、室外机与延庆赛区整体设计理念是否相融合等事宜。蓄热式电暖气与中深层地埋管地源热泵这两种供暖技术方式主要设备运行时几乎不受环境气温影响。蓄热式电暖气设备体积小，无需为其设计单独的设备间，其供暖季所需运行费较低，初投资较低，经济性较好，适宜作为空间小的房间的冬季供暖设备，但其一次能源消耗量与碳排放量较高，节能性较差。中深层地埋管地源热泵技术方式对海坨山区域地下中深层地热能进行无干扰换热，其一次能源消耗量与碳排放量低，对环境影响小，节能性优异，同时其地埋管换热器孔径小，占地面积少，使用年限长，不用考虑回灌。四种适用的技术方式中，中深层地埋管地源热泵技术方式所需运行费最低，需占用一定空间设置专用机房，采用此供暖技术方式需考虑由于海坨山区地质多坚固级别高的花岗岩带来的地热井钻井难度增加，伴随埋管侧初投资大幅度增加。北京冬奥会逐渐临近，各赛区的建设与相关配套基础设施的建设也逐渐接近尾声，与场馆冬季供暖相关的研究即将进入下一阶段。可研究石笼结构与建筑结构连接处热桥对建筑围护结构的影响；研究石笼结构在夏季对空调能耗的影响；研究石笼结构对建筑传湿的影响。