维护结构白天得热/夜间储热性能对卧室空调夜间冷负荷的的影响，以及针对亚热带地区减少卧室夜间空调能耗的相关缓解措施外文翻译资料

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能源与建筑

维护结构白天得热/夜间储热性能对卧室空调夜间冷负荷的的影响，以及针对亚热带地区减少卧室夜间空调能耗的相关缓解措施。

Jing Du a, Mingyin Chan a, Dongmei Pan a,b,lowast;, Libin Shang c, Shiming Deng

建筑服务工程，香港理工大学，香港九龙，中国

机械与汽车工程学院 中国南方大学，广州市，广东省，中国学校

建筑设备工程学院Ccedil;，建筑技术研究院江苏徐州，江苏，中国

文章信息

文章历史： 2015年6月收到原文2015年12月10日修订2016年5月可在线 阅读

关键词：夜间空调 冷负荷 不传热的外墙 空气间隙 睡眠环境

摘要

在亚热带地区，空调（A / C）通常用来维持住宅卧室在夜间睡眠环境下合适的室内热环境。白天当A / C不工作， 热能可被存储在热物质其包络成分，尤其是它的外墙。存储热能的物质在夜间逐渐释放出能量，明显增大了卧室夜间的空调冷负荷。因此，本报道模拟白天外围护结构热增益/夜间制冷负荷的存储性能对朝西的卧室的影响研究和亚热带地区相关的缓解措施。该研究结果表明，所有外墙成分中，朝西的外墙贡献了最多的总夜间冷却负荷，因为它直接暴露于太阳辐射下，从而得热和存储热量。此外，增加西面外墙面空气间隙可以在第一个小时明显减少了冷负荷（21：00-22：00）以及在10-H的A / C时段的总冷负荷。然而，改变任一空气间隙的宽度或内部/外部混凝土层厚度不会进一步降低空调制冷负荷，消耗额外的电力能源费用对空气间隙进行机械通风能够进一步降低冷却负荷和促进负荷变化曲线的平坦性。最后，空气间隙两面附着铝箔的可进一步显著地减少夜间冷却负荷，并让负荷的变化曲线更平坦。

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1.简介

随着人民生活水平的提高，空调已成为人们日常生活的重要家电。在亚热带地区，空调通常需要在夏季的夜晚保持卧室适当的室内热环境。据有关香港住宅楼中使用的卧室空调的情况（A/ C）的调查反映。已经调查的受访者中大约三分之二的人在夜间[会继续开着房间空调当他们睡着之后（RAC）1]。因此，夜间睡眠环境的空调能耗是一个日益重要的贡献部分对于住宅建筑全年总用电量。例如，香港住宅的A / C于1971年的电力消耗为155GWh，占住宅总能耗的14.6％。 1996年，增加至2467GWh，占30.4％的总能耗[2]，并于2011年，增加至4983GWh，占45％ [3]。鉴于这种增加的趋势，在保持舒适睡眠环境的条件下减少住宅的A / C的能耗使用已经成为一种挑战。

在过去的二十年里，研究不同类型的住宅的冷负荷特性以及A / C的能源消耗的结果已经被报道[4-8]。对于位于亚热带地区香港的住宅，林和邓[9]发现在夏季设计日朝西的卧室在21：00-22：00的总冷负荷显然超过了其他三个朝向的卧室，大约高于50％以上在后半夜的空调运行过程，如图1所示 他们也有人认为，建筑围护结构冷负荷支配占75％的总冷却负载，这已经被林证实[2]。另一方面，Bojic等[10]证实在外墙加保温，在炎热和潮湿的气候住宅楼也不会导致冷负荷显著减少。此外，在比较利用光热和住宅楼使用大规模的外墙两种不同的能源利用形式下证实，使用的外墙具有高热量是不经济的[11]

对于住宅的卧室白天是不需要A / C的。在空闲时期，热能可以被存储在卧室的外墙和内部的家具中，当它们由于温差受到太阳辐射和热传递。而应该注意的是，在冬季寒冷的气候条件下，使用特隆布墙[12]可在白天储存太阳能热量在夜间提供热量。在夏季炎热潮湿的气候，

命名法

COP的性能系数（ - ）

PCLI部分冷负荷指数（％）

PEE潜在的能效指数（ - ）

Qreduction夜间A/C从21:00-第二天7:00减少的冷却负荷与案列10比较（W / m2）

QRexternal朝西的外墙内表面通过辐射传热获得的热量（W）

QRothers室内其他围护结构的总辐射得热

（W）

QRwindow朝西的窗口通过内表面的辐射传热（W）

QTothers室内其他的围护结构总的热能收益（W）

Qfan电风扇的电能消耗

（W / m2）

RR 与基准案例（案例1）比较SUM的降低率，

（％）

SUM

从21：00-07：00每小时消耗冷负荷的总和（W / m2）

casej每小时夜间总冷负荷，其下标i表示A / C运行顺序（W / m2）

TNC​​Li在方案J SUM总和值（J = 1，2。。12）（W / m2）

白天存储在热物质的热能反而成为卧室夜间里的部分冷负荷能，当空调被打开它也消耗部分负荷，这可由图1中所示的负荷分布反映出来。因此，让白天储存在热物质的热能最小化变得很有意义 这样的话，在夜间空调的制冷负荷会有效的被降低。然而，虽然在夜间睡眠过程中卧室的冷负荷特性已被广泛的研究，但却没有珍贵的研究被报道不仅在卧室热物质白天得热/存储热量和在夜间空调冷负荷的过程，也没有有效的措施去最小化白天的得热/储热。因此，本报道是模拟研究解决这两个问题的。

目前，空气间隙通常施加在外部不透明墙壁或玻璃幕墙中，形成一些所谓的双层FACcedil;增加其总热传阻力。通过在外墙加入空气间隙元素的节能特性已被广泛研究。例如，据报道，在香港，在一个新的空间冷负荷采用双层FACcedil;ADE的建筑能耗下降26％，因为相比于传统建筑[13]。周和陈[14]指出，采用通风双层玻璃窗FACcedil; ADE将成为中国夏热冬冷地区商业楼节能的有效途径。除了节能，使用的空气间隙也有助于改善室内热舒适性[15]。此外，对建筑围护结构的空气间隙详细的热性能在也进行了研究[16,17]。然而，没有有效的研究表明在卧室不透明外墙上采用空气间隙可以减少存储在墙上的热能 。

时间

图1 四个用不同材质的卧室在夜间四个不同的方向所受的总冷负荷的图

图2.高层住宅楼和邓研究平面图[9]

当在白天不被占用从而减小空间在夜间的冷却负荷过程，可能被证明。

因此，在本文中，报道了香港一个设定朝向为西的卧室在白天外墙得热/储热对夜间的冷负荷的影响以及有效缓解的措施的模拟研究。香港高层住宅楼的卧室，在以前的相关研究中[9]，也被用来作为一个平台来进行模拟研究，在此基础上建立了使用EnergyPlus的仿真模型。在本文中，首先，详细的模型的描述和设定的简化模型介绍。这之后是对卧室空调在夜间运行过程冷却负荷特性的详细分析重点分析了朝西的外墙白天得热和夜间储热对夜间卧室冷负荷的影响。最后，添加空气间隙和通风的间隙对朝西的外墙在夜间的总冷负荷的影响进行调查

2.模型开发和仿真条件

著名的建筑能耗模拟程序，EnergyPlus [18]，是通过模拟研究，因为目前研究可视为扩展了先前有关模拟研究[9]，其中也使用了EnergyPlus。事实上，自2001年首次发布，EnergyPlus已被评估建筑能源使用性能及热负荷计算广泛运用接受[9,19,20]。

2.1。模型开发

在以前的相关研究中[9]，一个用于住宅建筑假设的高楼模型。图2显示了一个典型的平面图住宅楼。有人指出，在这层楼卧室的所有冷却负荷中朝西卧室是当中最高的。因此，朝西的卧室，B3，公寓6W 在图2，在本文报道的研究中被用来作为一个研究平台，以维持先前相关研究的连续性 [9]，同样朝西的卧室，B3也被使用。卧室的大小（Wtimes;Dtimes;H）为2275毫米times;2545毫米times;3000毫米，如图。 3.在其西向外墙，有一个窗口（1200毫米times;900毫米），采用内部遮阳（太阳能透光率= 0.15;太阳能反射率= 0.35;厚度= 0.001米;导电率= 0.05W / K m值）和500毫米的混凝土悬空

图3.模拟卧室的细节（在公寓6 W B3）

图4.在夜间模拟每小时总冷负荷，并在夏季设计日所研究的卧室空调的比例故障。

图5.在夏季设计日朝西的卧室每小时的室内空气温度模拟变化曲线。

表格1

研究卧室的建筑围护结构组件和室内家具的细节。

表2

围护结构所使用的材料的物理性质。

宽度。表1列出了结构细节和相关建筑围护部件外边界条件/在卧室可用的室内家具，和2外墙组件所使用的材料的物理性质表。为五层，即内部隔板/墙壁，地板和天花板，每个有有两个表面，即，外部和内部。只要五个外部表面被假定绝热，但内部表面是不与可吸收并储存太阳热量。

除了突出端，模拟卧室不被任何其他附件障碍物的阴影笼罩。

2.2 A / C的操作计划，内部得热和通风

在这个模拟的卧室，安装了一个窗式房间空调器（WRAC）。它在夜间运行时间为21:00到次日7:00。该WRAC的操作模式设定为“连续风扇循环压缩机”，这是通过采用RAC。卧室使用者是一个普通成年人（1.73米高的占用，70公斤，面积= 1.8平方米）[21]。根据ASHRAE标准55[22]，假定清醒时60瓦/米2的活动级别（1.0满足）和睡眠状态下40瓦/平方米（0.7满足）。该假设每小时从照明和电器使用中获得热量，卧室乘员示于表3中。7.5 L /（S·人）新鲜空气流量的建议ASHRAE标准62 [23]为WRAC在操作提供了依据。然而，当卧室在白天不被使用，它是在自然假定的窗口打开通风-2 ACH的定风的变化率。

2.3。室内设计温度和气象数据

在25◦C可操作的温度和60％的空气的相对湿度，室内环境坐落在舒适区（10％PPD）所推荐的ASHRAE标准55 [22]。因为在大多数实际情况下操作温度大约是室内空气的温度和平均值22]室内空气温度的辐射温度通常比平均值辐射温度低，室内空气温度应低于25◦C

[9]。此外，在香港，推荐卧室使用22◦C空气温度和相对湿度50％ [24]。因此，室内空气的温度在该模拟中被定为23◦C。只有室内空气温度使用WRAC控制，室内相对湿度不受控制[9]。在香港夏天设计日使用的室外散热设计条件，室外计算干球（DB）温度，湿球（WB）温度和气温日变化范围分别为33.2度，26.1度和4.5度， [9,21]。

EnergyPlus的能自动分配正弦4.5度 范围超过24小时，在设计日，室外空气温度在夏季设计日的任何时间都可确定[9]。

3.在模拟卧室分析夜间冷负荷特性

在此模拟研究使用的EnergyPlus，为1分钟的时间步长。对于每个输出变量每小时平均值分别为通过平均在每分钟获得的60个数据获得的。

3.1。在卧室模拟夜间冷却负荷特性

图 4显示了模拟的总的夜间降温负荷从21:00到第二天07:00（卧室的每单位面积中，W /平方米）在模拟卧室，这类似于前面在图1 [9]中获得的。和

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