建筑能耗基因理论研究

建筑能耗的迅速增加已经成为制约我国国民经济稳定增长和构建和谐社会的“瓶颈”。尽管举国关注、行政部门强力推进,但总体效果令人堪忧。既有建筑99%以上属于高能耗建筑,新建建筑95%以上仍然属于高能耗建筑。为了推进建筑节能,迫切需要从技术政策层面上全面深入地认识建筑能耗的客观规律。 本文在国际上首次提出了建筑能耗基因的概念,构建了建筑能耗基因理论,为正确把握建筑能耗的客观规律提供了科学的方法。 建筑能耗基因具有两方面的内涵。其一为结构基因。建筑能耗结构基因是指建筑中需要人工控制室内环境的最小独立单元——房间;建筑能耗结构基因的提出是对注重技术层面的传统理论方法的传承与创新。建筑能耗基因的另一内涵就是在时间上的遗传特性。建筑能耗遗传基因被定义为可以反映建筑寿期能耗特征的基本时间步长内的能耗。遗传基因的基本时间步长的科学确定既可保证建筑能耗变化规律具有足够分析精度,又使分析工作简洁高效。 建筑能耗基因理论是建立在对最小环控单元的热环境分析基础上的。建筑能耗基因理论体系包括四个方面的内容。其一是对各种因素综合作用下最小环控基因单元的空气温度变化规律给出了物理意义清晰的表达式;任意环控基因单元空气温变规律均可以由两个特征参数——特征温度和温变指数来揭示。其二是通过特征温度揭示了使室内受控环境达到某种期望的环境状态,所必需消耗的人工冷(热)耗量与建筑固有特性、室外气象条件、使用条件与方式等因素的内在联系。建筑能耗基因理论为建筑空调冷(热)负荷及能耗动态模拟提供了一种全新的方法。第三,通过温变指数变化范围,在理论上预测了空气式空调供暖房间的建筑能耗遗传基因的最短时间步长为10～60分钟,从而科学地确定建筑能耗的基因数为每年8760～52560个。第四,建筑节能基因图谱是建筑能耗基因理论体系的重要组成部分。作者在国际上首次提出了建筑节能基因图谱的概念,已有17篇相关论文被SCI收录,21篇论文被EI收录。 本文从各种角度对建筑能耗基因理论进行了广泛的验证。作者以书房、办公室、汽车为人工环控对象,分别在夏季和冬季对室内空气温度变化规律进行了实验验证。大量实验表明,理论预测与实验具有很好的一致性,总体可重复性好。系列实验也证实了空气式人工环控单元的温变指数变化范围的实验值与纯理论预