CN116335433A - 一种窑洞节能改造方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种窑洞节能改造方法与***,涉及窑洞建筑改造技术领域,包括:构建窑洞模型;确定窑洞模型的影响因素;通过控制单一变量法对影响因素进行单因素分析,获取影响因素对窑洞能耗的影响趋势;通过正交实验法对影响因素进行多因素分析得出最优改造方案。本发明提供了一种窑洞节能改造方法及***,通过更新改造研究提升既有窑洞建筑的利用率,提升室内环境舒适度,发掘生土建筑节能减排的潜力,通过科学合理的绿色建筑策略以及切实可靠的技术方案,使得既有窑洞建筑可在自身节能的基础上显著降低能耗。
Description
技术领域
本发明涉及窑洞建筑改造技术领域,更具体的说是涉及一种窑洞节能改造方法及***。
背景技术
近年来,随着城乡建设和城市化进程的快速发展,传统生土窑洞建筑老化损毁严重、使用率低、品质下降、废弃数量逐年增多,为促进既有窑洞建筑的再生利用,改善提高既有窑洞建筑的使用质量,有必要对窑洞建筑的绿色更新节能改造展开研究。
既有传统窑洞建筑的绿色更新改造除对其功能空间进行优化以外,还应对生土建筑中有利于降低能耗的技术进一步研究,充分发掘其节能潜力,有效降低建筑能源消耗。
目前,对新建窑洞的新型设计方法和既有建筑的加固方法,未对既有窑洞节能改造方法进行研究,因此,提出一种窑洞节能改造方法及***,通过更新改造研究提升既有窑洞建筑的利用率,使得既有窑洞建筑可在自身节能的基础上显著降低能耗是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种窑洞节能改造方法及***,通过更新改造研究提升既有窑洞建筑的利用率,提升室内环境舒适度,发掘生土建筑节能减排的潜力,通过科学合理的绿色建筑策略以及切实可靠的技术方案,使得既有窑洞建筑可在自身节能的基础上显著降低能耗,为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种窑洞节能改造方法,包括:
构建窑洞模型;
确定窑洞模型的影响因素;
通过控制单一变量法对影响因素进行单因素分析,获取影响因素对窑洞能耗的影响趋势;
通过正交实验法对影响因素进行多因素分析得出最优改造方案。
可选的,所述构建窑洞模型通过DesignBuilder能耗模拟软件进行构建。
可选的,所述构建窑洞模型包括:根据当地地理位置选取窑洞模型的气象参数和热环境参数,包括冬季和夏季的室内温度、采暖时间表和采暖空间。
可选的,所述影响因素包括建筑布局、建筑进深、外墙传热系数、外窗得热系数、窗墙比和附加阳光间进深,在影响因素取值范围内取n个值作为影响因素的n个水平。
可选的,所述通过控制单一变量法对影响因素进行单因素分析具体步骤为:
利用控制单一变量法对影响因素进行单因素分析,以窑洞模型的参数为参照值,控制变化单一影响因素,对因素取n个值进行能耗模拟,获取该因素对窑洞能耗的影响趋势。
可选的,所述通过正交实验法对影响因素进行多因素分析的具体步骤为:通过正交实验法,对多因素进行分析,首先选择正交表形式,将正交表进行完善,然后对正交表内各个建筑工况进行能耗模拟,按照某一影响因素n个水平对建筑工况进行分类,分别计算出n个水平的平均值,平均值越大代表能耗值越大,将平均值最小的取值作为该影响因素下的最优取值,将各个影响因素的最优取值进行组合得到窑洞节能改造的最优改造方案。
可选的,包括分别计算出各影响因素各个水平的平均值,计算出影响因素下平均值的极差,极差越大,该影响因素敏感性越高,得到多个影响因素的敏感性排序。
可选的,包括根据基础模型参数建立完整项目模型作为参照方案,并根据最优改造方案建立项目改造模型,通过对比能耗模拟结果,确定节能改造的提升程度。
可选的,一种窑洞节能改造***,包括:
构建模块:用于构建基础窑洞模型;
选取模块:用于确定基础窑洞模型的影响因素;
分析模块:用于通过控制单一变量法对影响因素进行单因素分析,获取影响因素对窑洞能耗的影响趋势;通过正交实验法对影响因素进行多因素分析得出最优改造方案;
对比模块:用于通过对比能耗模拟结果,确定节能改造的效果。
经由上述的技术方案可知,与现有技术相比,本发明提供了一种窑洞节能改造方法及***,具有如下有益效果:
本发明首先提取基础窑洞模型,通过简化后、理想化的窑洞模型,排除了很多建筑设计以外因素的影响,更加有利于后续研究的顺利展开;分别计算出各影响因素各个水平的平均值,计算出影响因素下平均值的极差,极差值越大,该影响因素敏感性越高,得到多个影响因素的敏感性排序;通过控制单一变量法对影响因素进行单因素分析包括利用控制单一变量法对影响因素进行单因素分析,以窑洞模型的参数为参照值,控制变化单一影响因素,对因素取n个值进行能耗模拟,获取该因素对窑洞能耗的影响趋势。本发明提供了一种窑洞节能改造方法及***,通过更新改造研究提升既有窑洞建筑的利用率,提升室内环境舒适度,发掘生土建筑节能减排的潜力,通过科学合理的绿色建筑策略以及切实可靠的技术方案,使得既有窑洞建筑可在自身节能的基础上显著降低能耗。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为基础模拟模型效果图。
图2为基础模拟模型平面图。
图3(a)为建筑布局对能耗的影响变化趋势图。
图3(b)为建筑布局对能耗的影响变化趋势图。
图3(c)为建筑布局对能耗的影响变化趋势图。
图3(d)为建筑布局对能耗的影响变化趋势图。
图3(e)为建筑布局对能耗的影响变化趋势图。
图3(f)为建筑布局对能耗的影响变化趋势图。
图4为参照建筑模拟模型示意图。
图5为优化建筑模拟模型示意图。
图6(a)为布局一的结构示意图。
图6(b)为布局二的结构示意图。
图6(c)为布局三的结构示意图。
图6(d)为布局四的结构示意图。
图6(e)为布局五的结构示意图。
图7为一种窑洞节能改造方法的流程示意图。
图8为一种窑洞节能改造***的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种窑洞节能改造方法,包括:
构建窑洞模型;
确定窑洞模型的影响因素;
通过控制单一变量法对影响因素进行单因素分析,获取影响因素对窑洞能耗的影响趋势;
通过正交实验法对影响因素进行多因素分析得出最优改造方案。
进一步的,在具体实施方式中,一种窑洞节能改造方法,包括:
S1:首先提取基础窑洞模型,通过简化后、理想化的窑洞模型,排除了很多建筑设计以外因素的影响,更加有利于后续研究的顺利展开。
S2:在DesignBuilder能耗模拟软件中建立基础窑洞模型,根据当地地理位置选取合适的气象参数,并根据地理位置设置热环境参数,如:冬季和夏季室内温度、采暖时间表、采暖空间等。
S3:确定设计参数即影响因素为:建筑布局、建筑进深、外墙传热系数、外窗得热系数、窗墙比、附加阳光间进深。通过对实际情况确定各个参数取值范围,并在取值范围内取5个值,即影响因素的5个水平。
S4:利用控制单一变量法对影响因素进行单因素分析,以基础窑洞模型的参数为参照值,控制变化单一影响因素,对因素5个取值进行能耗模拟,分析该因素对窑洞能耗的影响趋势。
S5:通过正交实验法,对多因素进行分析,首先选择合适正交表形式,将正交表进行完善。然后对正交表内各个建筑工况进行能耗模拟,按照某一影响因素5个水平对建筑工况进行分类,分别计算出5个水平的平均值,平均值越大代表能耗值越大,则平均值较小的取值为该影响因素下的最优取值,将各个影响因素的最优取值进行组合便可得出窑洞节能改造的最优改造方案。
S6:分别计算出各影响因素各个水平的平均值,计算出影响因素下平均值的极差,极差值越大,该影响因素敏感性越高,由此确定六个影响因素的敏感性排序。
S7:根据基础模型参数建立完整项目模型确定为参照方案,并利用得出的最优方案组合建立项目改造模型,通过对比能耗模拟结果,确定节能改造的提升程度。
进一步的,在具体实施方式中,一种窑洞节能改造***,包括:
构建模块:用于构建基础窑洞模型;
选取模块:用于确定基础窑洞模型的影响因素;
分析模块:用于通过控制单一变量法对影响因素进行单因素分析,获取影响因素对窑洞能耗的影响趋势;通过正交实验法对影响因素进行多因素分析得出最优改造方案;
对比模块:用于通过对比能耗模拟结果,确定节能改造的效果。
在实施例1中,一种窑洞节能改造方法,包括:
步骤1:提取基础窑洞模型具体建筑布局及参数为:同层各窑洞之间开1.0米宽2.5米高洞口;进深6米,开间4.5米,层高3.9米;外墙采用300mm厚砂岩,无保温措施,传热系数为2.03W/(m2·K);屋顶为1.4米夯实粘土;窗墙比39%;外窗SHGC为0.36,且为每层四斋窑洞共四层的窑洞整体。
步骤2:在DesignBuilder软件中按照参数及布局方式建立基础窑洞模型,采取JGJ/T346-2014《建筑节能气象参数标准》中陕西省榆林市典型年气象数据,室内温度设置根据JGJ66-2015《博物馆建筑设计规范》中规定,冬季室内温度20℃,夏季室内温度25℃,采取间歇式采暖和制冷,在8:00~18:00博物馆开放时间开启,其余时间关闭,每周开启六天。采暖及制冷房间包括展览、办公、室内走廊以及公共服务空间,楼梯间、设备用房以及部分靠崖走廊无采暖及制冷。
步骤3:设计参数具体取值如下表所示:
得到的建筑布局如图6(a)-图6(e)所示。
步骤4:采取控制单一变量法分析各个因素对窑洞能耗的影响,模拟计算结果如表1所示下:
表1
步骤5:根据设计参数得到窑洞能耗正交表及模拟结果如表2所示,
表2
步骤6:通过正交实验法,对多因素进行分析,计算得出各因素5个水平的能耗平均值。其中s为第j列水平为i的因素出现的次数,Kij为第j列水平为i的因素的试验结果之和,/>表示第j列的因素取水平i时正交实验结果的平均值,以影响因素A建筑布局为例:
表3
由表3可知,敏感性排序为D外窗SHGC>A建筑布局>C外墙传热系数>F附加阳光间进深>E窗墙比>B建筑进深,其中,建筑进深、外窗得热系数、窗墙比、附加阳光间进深与窑洞能耗呈负相关关系,外墙传热系数与能耗呈正相关关系。
传统窑洞在多因素相互作用下,得出关于能耗值的最优和最差方案,最优方案A2+B5+C4+D5+E4+F4,即:布局二+建筑进深10000mm+外墙传热系数0.420W/(m2·K)+外窗得热系数0.78+窗墙比42%+附加阳光间进深2100mm为最优改造方案。
根据各影响因素的极差值,得出六个影响因素敏感性排序为:外窗得热系数>建筑布局>外墙传热系数>附加阳光间进深>窗墙比>建筑进深。
步骤8:根据参照建筑和优化建筑模拟结果,其单位面积能耗分别为93.31kWh/(m2·a)和53.64kWh/(m2·a),优化建筑比参照建筑单位面积降低能耗值39.67kWh/(m2·a),降低百分比42.52%。
本发明首先提取基础窑洞模型,通过简化后、理想化的窑洞模型,排除了很多建筑设计以外因素的影响,更加有利于后续研究的顺利展开;分别计算出各影响因素各个水平的平均值,计算出影响因素下平均值的极差,极差值越大,该影响因素敏感性越高,得到多个影响因素的敏感性排序;通过控制单一变量法对影响因素进行单因素分析包括利用控制单一变量法对影响因素进行单因素分析,以窑洞模型的参数为参照值,控制变化单一影响因素,对因素n个取值进行能耗模拟,获取该因素对窑洞能耗的影响趋势。本发明提供了一种窑洞节能改造方法及***,通过更新改造研究提升既有窑洞建筑的利用率,提升室内环境舒适度,发掘生土建筑节能减排的潜力,通过科学合理的绿色建筑策略以及切实可靠的技术方案,使得既有窑洞建筑可在自身节能的基础上显著降低能耗。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言,由于其与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明,使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的,本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例,而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种窑洞节能改造方法,其特征在于,包括:
构建窑洞模型;
确定窑洞模型的影响因素;
通过控制单一变量法对影响因素进行单因素分析,获取影响因素对窑洞能耗的影响趋势;
通过正交实验法对影响因素进行多因素分析得出最优改造方案。
2.根据权利要求1所述的一种窑洞节能改造方法,其特征在于,所述窑洞模型通过DesignBuilder能耗模拟软件进行构建。
3.根据权利要求1所述的一种窑洞节能改造方法,其特征在于,所述构建窑洞模型包括:根据当地地理位置选取窑洞模型的气象参数和热环境参数,包括冬季和夏季的室内温度、采暖时间表和采暖空间。
4.根据权利要求1所述的一种窑洞节能改造方法,其特征在于,所述影响因素包括建筑布局、建筑进深、外墙传热系数、外窗得热系数、窗墙比和附加阳光间进深,在影响因素取值范围内取n个值作为影响因素的n个水平。
5.根据权利要求4所述的一种窑洞节能改造方法,其特征在于,所述通过控制单一变量法对影响因素进行单因素分析具体步骤为:
利用控制单一变量法对影响因素进行单因素分析,以窑洞模型的参数为参照值,控制变化单一影响因素,对因素取n个值进行能耗模拟,获取该因素对窑洞能耗的影响趋势。
6.根据权利要求1所述的一种窑洞节能改造方法,其特征在于,所述通过正交实验法对影响因素进行多因素分析的具体步骤为:通过正交实验法,对多因素进行分析,首先选择正交表形式,将正交表进行完善,然后对正交表内各个建筑工况进行能耗模拟,按照某一影响因素n个水平对建筑工况进行分类,分别计算出n个水平的平均值,平均值越大代表能耗值越大,将平均值最小的取值作为该影响因素下的最优取值,将各个影响因素的最优取值进行组合得到窑洞节能改造的最优改造方案。
7.根据权利要求6所述的一种窑洞节能改造方法,其特征在于,包括分别计算出各影响因素各个水平的平均值,计算出影响因素下平均值的极差,极差越大,该影响因素敏感性越高,得到多个影响因素的敏感性排序。
8.根据权利要求1所述的一种窑洞节能改造方法,其特征在于,包括根据基础模型参数建立完整项目模型作为参照方案,并根据最优改造方案建立项目改造模型,通过对比能耗模拟结果,确定节能改造的提升程度。
9.一种窑洞节能改造***,其特征在于,包括:
构建模块:用于构建基础窑洞模型;
选取模块:用于确定基础窑洞模型的影响因素;
分析模块:用于通过控制单一变量法对影响因素进行单因素分析,获取影响因素对窑洞能耗的影响趋势;通过正交实验法对影响因素进行多因素分析得出最优改造方案;
对比模块:用于通过对比能耗模拟结果,确定节能改造的效果。
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