【摘 要】
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全球气候变暖,已是既定事实,气候变暖必然会对建筑能耗产生影响,外加我国城市化进程的不断发展,建筑在生成和使用过程中消耗的能源总量不断上升,造成了日益严重的城市热岛效应,严重影响了人们的生产生活,因此实行建筑节能减排势在必行。建筑维护结构的热传递能耗占建筑空调能耗的很大一部分,而建筑屋顶作为建筑围护结构的重要组分,一直处于被忽略和未被利用的状态。绿化屋顶更是应对气候变暖、缓解城市热岛以及降低建筑能耗
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目(51608310); 山东省自然科学基金资助项目(ZR2016EEB08); 山东省高等学校科技计划项目(J16LG07);
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全球气候变暖,已是既定事实,气候变暖必然会对建筑能耗产生影响,外加我国城市化进程的不断发展,建筑在生成和使用过程中消耗的能源总量不断上升,造成了日益严重的城市热岛效应,严重影响了人们的生产生活,因此实行建筑节能减排势在必行。建筑维护结构的热传递能耗占建筑空调能耗的很大一部分,而建筑屋顶作为建筑围护结构的重要组分,一直处于被忽略和未被利用的状态。绿化屋顶更是应对气候变暖、缓解城市热岛以及降低建筑能耗的有效方法。因此,本文展开了在未来气候情况下,对济南地区不同类型建筑采用绿化屋顶对建筑能耗的模拟分析研究。首先,选取济南市某大学办公建筑进行绿化屋顶实验,对绿化屋顶垂直方向的室外空气温度、叶片表面温度、土壤层表面温度、屋顶外表面温度、屋顶内表面温度、室内空气温度以及空调耗电量进行了测量分析。得出有屋顶绿化的屋顶内表面温度要比无屋顶绿化的屋顶内表面温度变化幅度更小、更稳定;与室外空气温度达到当日最高时相比,屋顶内表面温度、绿化屋顶叶片表面温度和土层表面温度在当日达到最大值时在相位上均有所延迟,其中,无屋顶绿化的屋顶内表面温度在当日达到最大值时,在相位上有约1~2小时的延迟,而有屋顶绿化的屋顶内表面温度在当日到最大值时,在相位上约有5~6小时延迟。其次,介绍了能耗模拟软件Energy Plus及其中的绿化屋顶理论模型,并利用上述实验结果验证了该理论模型的准确性,得出对于全部模拟结果的平均偏差误差(MBE)在3.70%~7.62%,均小于10%,平均方根误差(RMSE)均在4.57%~10.81%之内。因此,Energy Plus在预测模拟绿化屋顶的热工性能方面是可靠的,应用Energy Plus建立了四种不同类型建筑,分别为办公楼建筑、幼儿园建筑、商场建筑和住宅楼建筑,以用于未来气候条件下的建筑能耗模拟分析。接着,介绍了未来气象文件的生成方法,根据“变形”法并结合联合国政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change,简称IPCC)提供的未来气候变化模型Had CM3以及未来A2情景,以济南市CSWD(Chinese Standard Weather Data,简称CSWD)气象文件以及2015~2019年连续5年的实际逐时气象数据为“基准年”气象数据,到未来2050s(2040~2069年)和2080s(2070~2099年)两个阶段的典型年气象数据以及未来2045~2049年连续5年和2075~2079年连续5年的气象数据,以用于未来气候条件下的建筑能耗模拟。最后,使用能耗模拟软件Energy Plus,采用济南市未来气象数据文件对四种绿化屋顶建筑进行能耗模拟分析,得出不同类型的屋顶绿化建筑在未来气候条件下,各关键参数对建筑能耗的影响以及节能效果最好的参数配置。对于办公建筑、幼儿园建筑和商场建筑,在未来2050s阶段的气候条件下,三种植被高度均具有较好的节能效果,当土层厚度Z=0.1m,LAI=5时,建筑节能效果最好;在未来2080s阶段的气候条件下,植被高度H=0.1m,土层厚度=0.1m,LAI=5时,建筑节能效果最好。对于住宅建筑,在未来2050s阶段的气候条件下,三种植被高度均具有较好的节能效果,当土层厚度Z=0.2m,LAI=5时,建筑节能效果最好;在未来2080s阶段的气候条件下,当植被高度H=0.1m,土层厚度Z=0.3m,LAI=5时,建筑节能效果最好。研究为济南市不同类型建筑在未来气候条件下如何配置绿化屋顶提供了理论支持。
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