长江流域建筑气密性指标及外窗空气渗透特性研究

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长江流域属于非集中供暖地区,该地区夏季炎热高温,冬季阴冷潮湿,导致室内热湿环境恶劣。许多居住建筑外窗撒气漏风、气密性较差。过去该地区较少供暖,故气密性的问题并不突出。随着外围护结构热工性能的改善,以及该地区居民对舒适性要求的提高,长江流域越来越多的居住建筑开始采取不同的供暖方式,建筑气密性已成为影响该地区建筑运行能耗和室内热环境的重要因素。因此,该地区由建筑气密性所引发的问题尤为值得关注。本文首先通过查阅文献和实地调研的方式,明确了长江流域典型城市常见外窗的开启形式和窗框类型。并通过示踪气体法和鼓风门加压法,对该地区典型城市中不同年代、不同窗户类型、不同构造的居住建筑进行气密性实测,根据测试结果得到初步现状。结果显示,建成年代较早建筑的窗框磨损和风化严重,导致建筑气密性水平较差;建成年代较晚建筑的窗户在出厂检测时气密性等级虽高,但由于工人安装施工水平以及装修时存在不易发现的出墙孔洞等问题,与实际气密水平差异较大。最后针对以上现状提出了改善措施。其次,基于窗户空气渗透特性理论分析,选取长江流域两种常见类型的窗户,在重庆大学土木实验楼对不同风压、热压以及风压和热压共同作用下不同缝隙宽度共120个工况进行渗风量测试。根据实验结果进行数值拟合,得出不同工况下的渗透特性参数。对比发现拟合值与目前规范中所取经验值存在一定差异,主要原因是规范中所给值是基于九十年代工程实践中总结的经验值,体现的是北方严寒、寒冷地区环境下的冷风渗透特性,与目前长江流域使用的节能门窗差异较大。最后将拟合值与规范中所取0.67进行误差分析,得出了不同工况下的相对误差。再次,以该地区典型居住建筑为基准模型,使用EnergyPlus模拟得出不同气密性水平下的供暖空调能耗。探究了气密性与围护结构保温性能之间的关系、气密性对供暖空调小时数的影响、各子气候区典型城市不同气密性水平下的供暖空调能耗特点等问题。此外,为研究气密性对室内热环境的影响,使用CFD模拟了不同换气次数下室内温度场和风速场的分布情况。研究结果可为进一步降低长江流域住宅建筑供暖空调能耗、提高室内居住人员热舒适、优化室内热环境提供一定参考。最后,基于建筑全生命周期,以建筑全年能耗为研究对象,同时引入建造成本和运行成本,采用寿命周期耗费分析法对不同气密性水平的窗户进行总成本分析,在建筑全生命周期内得出经济性组合。根据该地区各省市节能设计标准中基准建筑的参数设置,通过模拟得出了气密性改善后得节能率,预测和评估了气密性水平提升对未来该地区各典型城市的节能潜力及效益。本文期待基于对长江流域建筑气密性指标和窗户空气渗透特性的模拟和实验研究,为提高该地区能源使用率、改善居住环境提供一定研究基础。
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