被动式超低能耗建筑设计基础与应用

人居环境的可持续发展需要同时解决建筑环境质量、建筑节能减排以及地域文化传承问题,运用被动式建筑设计技术创建适宜于地域气候与资源环境的超低能耗建筑是实现人居环境可持续发展的根本途径.本文从被动式设计原理出发,提炼了实现超低能耗建筑设计的关键技术问题,并综合运用建筑学、建筑气候学和建筑环境工学等交叉学科基本理论,通过理论分析、实验测试、方案设计与工程示范,系统建立了室内人体热舒适需求规律和室外典型气候的精细化表征方法,提出了低能耗建筑设计的气候分析技术与气候分区方法,被动式太阳能采暖与蓄热通风降温技术的热工设计计算方法,形成了被动式超低能耗建筑设计理论体系,并在西部地区得到推广和应用,为地域建筑的可持续发展提供了理论支撑和解决途径.     

建筑相变蓄热及夜间通风技术研究进展

被动式建筑节能策略通过提升建筑物自身性能及充分利用自然能源来营造舒适的室内热环境,是实现建筑可持续发展的有力途径.相变蓄热技术及夜间通风技术是被动式建筑节能的有效措施,两者有机结合的复合降温技术更能显著改善夏季建筑物室内热环境,降低空调制冷能耗.该技术在利用相变蓄热大幅提升建筑物热稳定性的同时,充分利用了夜间通风携带的自然冷量资源,达到了节能和舒适性并举.通过对相变蓄热、夜间通风以及其二者复合降温技术主要研究领域文献的深入调研,从技术原理、实验研究、节能降温效果等方面对该技术的研究现状进行了分析,综述了相变蓄热及夜间通风技术的研究进展.分析表明,合理应用相变蓄热结合夜间通风复合降温技术可以获得舒适的夏季室内热环境,有效节约空调制冷能耗.通过综合分析该复合降温技术各构成要素之间的相互影响关系,指出该技术应用方式多样,需要综合考虑到气候条件、相变蓄热使用方式以及夜间通风策略等诸多因素.最后,对该技术的复合降温机理及热工设计策略的进一步研究做出了展望.     

基于节能理念的建筑自然通风设计探究

自然通风设计是结合气候的建筑设计,是实现建筑节能、创造健康人居环境的有效手段.文章在阐述我国现阶段能源问题的基础上,重点探讨通过合理的建筑方案设计等措施实现通过自然通风达到建筑物降温的目的,进而实现建筑节能,为建筑中的自然通风设计提供一定的设计依据.     

热磁对流氧浓度传感器感应机理的实验

氧浓度分析仪被广泛地用于各行各业中,热磁对流氧浓度传感器具有使用寿命长、测量准确度高等优点.它巧妙地利用热磁对流现象引起传感器壁面温度的变化来感知氧气浓度的变化.但是由于热磁对流现象较为复杂,其感应机理尚不明确,为了进一步提高热磁对流氧浓度传感器的测量精度,有必要对其感应机理深入研究.本文通过实验的方法研究了两块方形磁铁构成的非均匀磁场作用下薄壁圆管中顺磁性气体在其中的传热特性.实验结果表明:圆管壁面温度在磁场的作用下较无磁场时有明显的降低,且随着热流密度的增大,管壁温度降低得越明显,管壁温度与热流密度成线性关系;随着热流密度的增大,热磁对流现象引起的平均速度及对流换热系数均增大;氧气浓度每增加10%,管壁温差降低0.12℃,即氧气浓度越高热磁对流现象越明显;所研究系统对于氧气浓度的分辨率约可达0.08%.     

牛顿流体小尺度地幔对流对海底地形与热流的影响

海底地形与热流观测值和岩石圈年龄的关系在小年龄段可用半无限空间冷却模型精确描述, 但在大年龄段存在显著差异. Parsons和McKenzie在20世纪70年代的研究中首次将该差异归因于岩石圈下小尺度地幔对流. 随后科学家们对小尺度地幔对流问题进行了大量研究, 但结果并不一致. 本文根据建立的垂直于大洋中脊的二维热对流有限元数值模型对小尺度地幔对流对海底地形与热流的影响进行了详细研究. 该模型的主要特点是采用开放边界条件, 从而可以避免原有封闭模型因回流问题而产生的复杂效应. 数据结果显示: 对黏性与温度相关的牛顿流体, 小尺度地幔对流可造成海底表面热流的增加, 但对海底地形影响很小. 这主要是由于小尺度对流会造成两种效应: 将地幔内部热量传到岩石圈底部并加热岩石圈从而使表面热流增加; 这一效应的必然结果就是第二效应——加速地幔冷却. 由于两种效应对海底地形的影响相反, 且效果相当, 所以小尺度地幔对流对地形几乎不产生影响.     

考虑非Fourier效应的Chen-Holmes生物传热模型的解析解

对考虑非Fourier效应的Chen-Holmes生物传热模型给出了一个带有热波的代数显式解析解, 该解析解除有重要的理论意义外(如加深对生物组织中热波现象的理解), 还可以作为标准解校验相关数值解与发展数值计算方法.     

气候变暖对中国严寒地区和寒冷地区南界及采暖能耗的影响

以全国590个气象台站逐日平均气温以及逐月平均气温为基础, 依据《采暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2003)》、《民用建筑热工设计规范(GB50176-93)》选取指标, 分析了20世纪80年代中期以来气候变暖对我国严寒地区和寒冷地区南界的影响; 同时根据《民用建筑节能设计标准(采暖居住建筑部分) JCJ26-95》中所列的全国主要城镇采暖期建筑物采暖耗煤量指标, 定量计算了气候变暖对严寒地区和寒冷地区主要城镇采暖期节煤的贡献. 发现与1980年以前时段相比, 20世纪80年代中期以来的气候变暖, 使严寒地区和寒冷地区南界向北移动最大达2个纬距; 20世纪80年代中期以来的气候变暖理论上对严寒地区和寒冷地区主要城镇采暖期节煤的贡献率大部达5%~10%, 尤其是20世纪90年代中期以来, 气候变暖对采暖期节煤贡献更大.     

西安建築科技大學长江学者团队博士后招聘

<正>西安建筑科技大学"低能耗建筑设计创新团队"是一支本领域内先进的高水平研究团队,其依托西安建筑科技大学省部共建重点实验室和建筑设计及其理论国家重点学科,致力于低能耗建筑设计理论、地域气候环境与建筑作用机理等方向的研究,目前已取得了丰硕的研究成果并在多个地区的民居新建及改造项目中得到应用。一、研究方向受聘者将主要从事"局地气候地理环境特征     

浅析安藤忠雄的建筑哲学

通过对安藤忠雄建筑作品及建筑哲学的解读和分析,思索中国当代建筑设计中捕捉、理解中国传统建筑的灵魂的设计方式及方法.     

浅谈建筑结构荷载及设计方法

建筑结构产生各种效应的原因,统称为结构上的作用.建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载,按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载(效应)组合,并应取各自的最不利的效应组合进行设计.文章结合本人多年的工作经验对建筑物上的荷载及作用的特点进行了探讨.     

英国或建成首座3D打印住宅模型

<正>来自伦敦的一个建筑设计工作室已经打造出首个3D打印住宅版本,并称首个建筑模型将在今年夏季完成。这种3D打印住宅将对房屋建设产生革命性改变,甚至有可能解决英国的住房危机。这种住宅利用维可牢尼龙搭扣或者像钮扣一样的扣件把组件固定在一起,并借助传统建筑技术进行建造。这种概念是去年10月在伦敦     

金属纳米薄膜中稳态非傅里叶导热的实验

作为传热学理论的基本规律,傅里叶定律对于常规条件下的导热都是适用的.针对瞬态条件下的热波现象和非傅里叶导热已有不少理论和实验研究.近年来,热质理论指出在低温、极高热流密度的稳态条件下也会出现非傅里叶导热现象,其物理本质是热质惯性力作用不可忽略的体现.利用液氦制冷系统,在低温环境中对大电流加热条件下金属纳米薄膜中的导热过程进行实验研究,实验中可以产生高于1×1010Wm-2的热流密度.通过对不同金属纳米薄膜样品的重复测量,结果显示金属纳米薄膜平均温度明显高于傅里叶定律的预测值,并且温差随着热流密度的增加、环境温度的减小而逐渐增加,表明非傅里叶导热现象的存在,同热质理论的预测规律一致.     

东北冷涡的“气候效应”及其对梅雨的影响

东北冷涡是东亚中高纬地区重要的天气系统. 尽管其时间尺度为天气尺度, 但是频繁的东北冷涡活动具有显著的“气候效应”. 这种“气候效应”不仅会影响东北地区对流层低层的月平均气温, 而且对东亚地区梅雨期降水也具有影响作用. 利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)提供的ERA-40再分析资料, 对东北冷涡的“气候效应”及其与东亚梅雨的关系进行研究, 发现: 梅雨期东北冷涡和降水量存在显著的相关关系, 东北冷涡越强, 梅雨量很可能偏多, 东北冷涡越弱, 梅雨量很可能偏少; 东北冷涡强年, 东北冷涡引导北方“干冷”空气南侵, 与低层强盛西南暖湿气流在梅雨区北缘交汇, 形成“上干下湿”的不稳定层结, 在上升运动的触发下, 最终导致梅雨量偏多, 东北冷涡弱年情况正好相反; 前期北太平洋海温的异常可能是导致梅雨期东北冷涡异常的因素之一, 夏季的海陆热力对比对东北冷涡起着促进作用, 而冬季的热力对比对东北冷涡起着抑制作用. 所有这些为东北冷涡和梅雨的短期气候预测提供了具有参考意义的结果.     

中学教学楼的平面功能特征与外观表达——梧州新夏中学教学楼建筑设计

学校建筑是教育建筑的集中体现,其功能要在满足教学科研、师生相互交流和知识融汇等物质需要的同时,还要创造一个良好的文化环境,并使其具有可持续发展的道路.以适应未来教育的需要.文中以梧州新夏中学教学楼建筑设计为例,介绍中学教学楼的平面功能特征和外观表达,从而提高自己对现代教育建筑设计的理解.     

表生和内生钙华的气候环境指代意义研究进展

钙华分为表生和内生两大类:表生钙华主要起因于水中土壤成因CO2的脱气作用,而内生钙华起因于水中热成因CO2的脱气作用.作为两大类钙华的表生和内生钙华因CO2来源和分压不同,它们的形成机理及其指代的气候环境意义也可能完全不同.本文综述了表生和内生钙华的形成机理及对气候环境指代意义的研究现状和存在的问题,进而提出钙华沉积速率和碳氧稳定同位素组成等气候环境代用指标的水动力控制、表面控制和CO2慢速转换控制的深入揭示,并对这些指标变化与气候(温度、降水)、人类活动(如土地利用)和地震的关系进行定性或定量重建是未来研究的重点.这些突破将为利用钙华记录高分辨率辨析我国季风气候对全球变化的响应规律和可能的机制提供新的科学支撑.     

热子气-气体和金属中热量传递的载体

热子气可以认为是热传导的主要载体, 是热量传递的载体. 类似于介电体中晶格振动能量量子化定义的声子, 大量的声子组成了声子气. 在气体和金属中则可以根据无规则运动的分子和电子所具有的能量定义热子, 大量无规则运动的热子就组成了热子气. 热子和声子、光子一样都没有静止质量, 但是热子的动质量可以连续变化, 即热子是非量子化的准粒子. 热子气在一定温度梯度驱动下的定向运动就形成了热流. 根据Einstein质能关系可以得到热子的质量为m_h=E/c², 即热能除以光速的平方. 热子气是具有真实质量的可压缩流体, 根据气体动力学原理, 并结合理想气体和金属中电子气的统计规律分别得到了两种体系中热子气的状态方程, 通过流体力学分析方法进一步推导出热子气的动量守恒方程, 它是具有阻尼的波动方程, 也就是普适导热定律. 基于热子气概念得到的普适导热定律可以用于定量研究由于热惯性作用而导致的极端条件下的非Fourier导热现象, 例如在超快速激光加热实验中出现的热波现象. 在通常情况下当热质惯性力作用可以忽略时普适导热定律将退化为Fourier定律. 利用两阶精度的有限差分格式, 计算了超快速飞秒激光加热金属薄膜条件下普适导热定律的热波解, 结果显示热波传递的波动性会随着热子气运动惯性作用的增强而增强.     

浅析南方地区城市绿化屋顶节能技术

以南方地区某物资储备基地的屋面作为绿化屋顶的改造设计为切入点,从建筑与环境的关系、绿化屋顶的不同形式、绿化屋顶对建筑室外热环境的影响、绿化屋顶对建筑室内热环境的影响和国内外城市绿化屋顶的发展及现状5个方面,探讨了我国南方地区城市建筑绿化屋顶的节能设计.     

浅谈建筑结构荷载及设计方法

建筑结构产生各种效应的原因,统称为结构上的作用。建筑结构设计应根据使用过程中在结构上可能同时出现的荷载,按承载能力极限状态和正常使用极限状态分别进行荷载（效应）组合,并应取各自的最不利的效应组合进行设计。文章结合本人多年的工作经验对建筑物上的荷载及作用的特点进行了探讨。     

大直径高温热管在高热流密度下的性能实验研究

高温热管的启动性能和均温性能与其总传热量通常是两个相对立的性能表现,而大直径的高温热管由于其很高的总传热量,在高热流密度条件下具有广泛的发展潜力和应用前景.本文制备了大直径高温热管,研究了其在高热流密度条件下的启动性能、轴向和径向均温性以及等效热阻.结果表明:在高热流密度和自然对流条件下,高温热管能够在-45°～90°范围内正常启动,具有一定的抗重力特性.根据努森数得出蒸气流转变温度,并以此为基础将大直径高温热管启动过程划分为6个阶段,启动期间温度曲线形成4个温度“阶梯”.这6个阶段和4个温度“阶梯”在实验中均被观测到,由此归纳出了大直径高温热管典型的6阶段升温曲线.此外,该高温热管在高热流密度下表现出优异的启动性、均温性和低热阻特性,最小等效热阻可以达到0.02 K/W.实验发现,大直径高温热管径向温差最大可达50°C,但提高热流密度能够改善其径向均温性.     

有限尺度效应对森林火灾模型自组织临界性的影响

以经典森林火灾模型为基础,研究了有限尺度效应（finite-size effects）对平均火灾面积、火灾发生频率以及临界状态时的森林密度、森林形态等的影响.在森林尺度远大于森林相关长度的前提下,保持森林尺度L,点火概率f和种树概率p等参数不变,将森林等分成N×N个尺度为L/N的子块.通过将N的值从1逐渐增加、森林子块的尺度逐渐减小,模拟和分析了有限尺度效应.在森林子块尺度小于森林相关长度的条件下,发现了一类新的现象:单峰的有限尺度效应.提出“隔离性能” 的概念,用以表示火灾通过子块边界的难易程度,分析了隔离性能对有限尺度效应的抑制作用.研究“有限尺度效应”和“隔离性能”及两者间的定量关系可以对真实森林中防火隔离带的设置和森林火灾的防治起到一定的指导作用.