2019英文翻译严春马.doc
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4、: 严春马 学号: 09404110120 指 导 教 师: 魏莉莉 2012年 11 月 05日对发展中国家的被动式太阳能建筑的研究C L GUPTA(奥罗宾多道场太阳能研究所,印度 本地治里 605002)摘 要本文是对发展中国家的被动式太阳能建筑技术发展的做一个指示性调查。阐述了这一领域在过去50年来随着相关科学原理和设计理念发展的演变过程,并对设计策略所要考虑到因素如直接收益,隔离收益,间接收益和屋顶蒸发系统进行说明,同时概述了对其性能,效益和成本参数的评估。如果有可能的话,从印度过去十五年里所兴建的建筑物找到成功的例子,然后在实际监测的基础上详细描述他们的特征来表述每一个设计的理念,
5、并总结当前和未来的发展趋势。该调查制作成论文标志着它将是发展中国家的被动式太阳能建筑发展的一个重要里程碑。 关键词:被动式太阳能; 太阳能采暖; 太阳能制冷; 节约能源; 可再生能源; 太阳能建筑1 引 言在所有可用的太阳能技术中被动式太阳能建筑也许是最环保的, 在资源上和经济可持续发展,施工方法与技术也是人类可立即使用的。然而上述情况的是针对于工业化的国家是不同于发展中国家的。对于前者,他们对于空间加热和冷却公认的做法主要是采用额定替代燃料,而在发展中国家,对于一个普通的非空调建筑物,他们往往构成一个低能量的方法只是来减少不舒服的程度。处于热带气候中的发展中国家,优选需要的冷量,但是它的经济
6、确实不能支持使用在没有任何可替换的燃料消耗的机器。经济学可以很容易地确定,在较凉的月份需要采暖或在丘陵地区的发展中国家,因为要节省燃料的现金价值,而这就是为什么被动式加热建筑可在这样的地区被发现和接受。在过去的五十年中,由于被动式太阳能建筑成为了一个建筑渐进的增长中的高潮,所以我们在(第2部分)定义了他们的确切范围,并追溯他们的历史演变的过程,并在(第3部分)概述了其基本的科学原理和设计理念。然后,我们在(第4部分)简要地讨论了设计和优化被动方式的加热和冷却,并在(第5部分)分析后续的额定参数。一些主要来自印度的标志性建筑则在(第6部分)被引用为例子,而经济方面的问题在(第7部分)进行了讨论。
7、这只是一个简明的回顾,而不能作为一篇详尽的文章,但可作为对主题的简述的方法,这是一个对发展中国家的具有指示性调查。2. 被动式太阳能建筑的范围及其历史演变的过程2.1 被动式太阳能建筑的范围在广泛的能源设计领域,我们定义了如下长的各个阶段的成长过程。(i)太阳能建筑使用/排除了在机械设备帮助下的太阳能辐射,如蒸发冷却或有 被动式集成热水器或有太阳能控制的百叶窗的建筑。(ii)节能建筑主要使用低能耗的材料,以减少可能出现的消费能耗,这是城市 规划设计,景观设计和建筑围护结构参数的正确选择的原则。(iii)被动式建筑无论其是否使用一些或上述所有的技术,他都是那些利用太阳 /风所造成的温度差异来驱使
8、其能量交换的自然过程,如对流,蒸发,辐 射和传导所收集的热量并存储分发或阻止能量传至内部空间。一些设计的 特点是具有玻璃墙的房间、烟囱、用来采光和热量的窗户、池塘或者是水 喷雾的蒸发和利用辐射来冷却/加热。2.2 历史演变的过程在(第2.1部分)的三个过程表述了在过去的50年中供热、通风和空调设备(HVAC)的发展,并作为判定具有节能意识建筑的所需考虑的四个方面。2.2a 生态气候设计时期 (1936-65)在此期间,大部分的建筑师设计的建筑得到某种除了面对面的太阳能建筑的几何形状考虑的具有气候和材料支持的热分析。这就是在Gropius与机械美学提出者Le Corbusier所提出的包豪斯运动
9、期间的所具有的影响力。在此期间,大规模生产的模块式加热,通风和空调设备都脱离了传统定制设计的暖通空调系统。在建筑上这一时期(OlgayOlgay1963),生态气候设计方法的达到了鼎盛时代。2.2b 集成设计方案 - 早期阶段(1940-70)主要由工程师设计了全尺寸的太阳能房子建造的模型。建筑师被动退居二线并赞成可靠的暖通空调系统或主动式太阳能建筑的设计。由于燃料价格低廉且容易获得,所以创造性的综合分析不是这一时期的精髓,但为注重节能的结构体系奠定了基础。在这期间,著名的大厦如下生物气候学的方法: Golconde, Pondicherry, India (1936-40) - Raymon
10、d, Nakashima and Sammers. India International Centre, New Delhi, India (1957) - Joseph Stein. St. Georges School, Liverpool, England (1961) - Morgan.主动式太阳能方法: MIT Solar Houses, Cambridge, USA (1939-1958) - Anderson and Hottel. Lof House, Denver, USA (1958) - George Lof. Kapur Solar Farm, New Delhi,
11、India (1963)- J C Kapur2.2c 太阳燃料的预热(1970-1983)这是改造,控制和系统设计的时代,能源意识“跃升”以上的房屋,包括公共建筑,如学校,市场和医院能够从太阳获得的最大的贡献,但其受到成本的限制。有关太阳能问权限和生命周期成本的经济理由的法律问题也走到了台前。然而,印度错过了机遇,但EEC在欧洲和美国能源部和美国国家科学基金会的示范项目,几乎改变了建筑施工和建筑设计实践的过程,改造机械设备的操作和维护问题变得很重要,建筑节能评价参数也进行了开发和使用。欧洲的太阳能房屋在Palz & Steemers(1981年)进行了全面调查。2.2d 被动式太阳能建筑(1
12、970 - )这是一个新的太阳能建筑的理论期间最早的定义和实践。建筑能够收集,储存和配送的能量在建筑物和“太阳能”成为一种品质的象征,而不是降低成本的主要元素的情况下。自然采光,节约资源,植被和外壳设计,包括保温成为关键字。太阳能社区出生,超级保温的房屋和地球庇护的建筑战时它们的外观。这个阶段是著名的大厦如下: Zome House, Albuquerque, USA (1971)- Steve Baer. Trombe House, Pyrenes, France (1972) - Felix Trombe and Mitchell. Sky-therm House, Arizona, US
13、A (1973)- H R Hay. Ecohouse, Auroville, India (1976) - C L Gupta, Vikas and R Gupta. Balcomb House, Arizona, USA (1979) - Susan and Nichols. sos Childrens Village, Leh, India (1980) - C L Gupta and V Lahiri. Sangath, Ahmedabad, India (1986) - B V Doshi. Vidyadhar Nagar, Jaipur, India (1980) - B V Do
14、shi and Associates2.2e 目前的发展状况(1980 - )已开发和建筑节能新产品,如相变材料(PCM)的瓷砖,窗户的热选择性窗膜,太阳能覆层面板,热二极管,变保温腔体壁和各种新百叶窗的现在是可购买。现在经常使用计算机辅助设计(CAD)程序设计,包括太阳能热分析和模拟建设系统管理和经营计划,同时也尝试取得了在优化中最低的整体成本或最高节能或最低程度的不适程度。现场的废物回收系统是根据现场试验所采用高速率为biomethanation反应堆。现场供电系统也已经开发和正在实地测试。Watson(1981年),Givoni(1983),Cook(1983)和Balcomb(1987
15、)在其最新报告总结了这些发展,在国际太阳能学会(ISES)代表大会和被动和低功耗的架构(PLEA)会议作了最新报告并总结了这些发展。权威手册和教科书提供科学和被动式太阳能建筑的设计,例如Lebens(1979),Balcomb(1982),Sodha et al(1986,pp.238-42),Cook(1990年)和Prakash(1990)。气候方面的设计,例如Givoni(1976)和Koenisberger等(1975)的早期的文本都包含高度相关的背景材料。3 基本的设计理念,科学的原则3.1基本的设计理念太阳能的被动式建筑,要考虑到其有没有太阳能集热板,建筑物部分的收集,储存和分配太
16、阳能。下图显示了他们的相互关系(图1)。朝南的窗户玻璃,温室大棚,玻璃包层在墙壁上或天窗作为收集器,地板和墙壁提供对热存储大量储存,直到它在日落时间或当环境开始冷却时释放热量。妥善安置的通风口,窗户,天窗或着色玻璃表面可防止在夏季或在寒冷季节里的非常晴朗的天过热,。取决于所使用的元素,我们有以下的太阳能加热的方式。3.1a 直接收益系统此工作原理就是让辐射直接进入到室内空间,让地板吸收其能量。3.1b 隔离收益系统这有一个附加的阳光室提供较热的环境和通过连接门和窗户的自然对流,从而减少部分对流热损失。3.1c间接收益系统该系统具有面向太阳釉面砌石墙(在北半球的南部)与对空气流动进行干预能力的空
17、间。这可能是Trombe(特朗伯)墙在白天通过自然对流转移其具有的热量至室内,同时也在傍晚和夜间的滞后时间中进行热量的传递。图1 太阳能被动式建筑 - 基本概念示意图。图2 被动式太阳能采暖系统的原理图。3.1d 屋顶水系统这些都是利用可移动的阴影保温技术对位于阳台上有10厘米深的水池的水的进行加热和冷却,否则当单独喷水冷却的时候会影响到屋顶甲板保水结构。Gupta等人(1990)和基本物理提出者Heidt(1983)给出了这些系统相关设计师设计的详细资料。图2展示了供暖系统的原理图;图3中给出了最流行的太阳能被动式元件:太阳能Trombe墙在Ladakh(拉达克地区)学校的设计的详细信息,并
18、在图4中给出了其工作原理。Balcomb (1979)对于其工作原理给出了一个很好的概述。图3 一所学校(拉达克)的Trombe墙的说明示意图。图4 Trombe墙的工作原理图。3.2科学原理建筑物通常被视为一组的有屋顶的房间,每一个房间都类似的墙和地面的元素。传导方程在分层结构的一维热流被认为每一层都具有恒定的热属性,而无需内部热量的提供,而这些元素可以作为电阻 - 电容(RC)网络或四极网络来处理。第三类(辐射)边界条件往往发生在屋顶喷雾器或水池水蒸发和天空非线性辐射对暴露的横向元素冷却的情况下。楼层被假设具有恒定的温度,该温度与当年平均每年空气干球温度的相同。对于稳定的周期常采用的逐时变
19、化的方法,每一个季节仿真周期从每月的1天到9天不等,如果是考虑风在表面传热系数不断变化的外墙上的影响,就应采用RC网络的数值计算方法,而不是采用矩阵或准入或响应的需要恒定网络的程序。单人房间与相邻的房间的墙壁被视为绝热隔墙或分区来共同解决一系列复杂的并发问题,这样无论非空调建筑和有部分能量输入楼宇的多变性的温度还是有室内温度控制的空调负荷温度都能被确定了。现在进行全面调查的需要用到:对建筑物的热分析(Gupta等1970)以及最近的太阳能建筑(Balcomb 1987)。从1970年至1990年的主要一直尝试用电脑主机的方式来处理这些方法,例如最近的台式电脑。图5展示了根据Yamaguchi(
20、1983)的一个典型的房间的热循环(南半球)。图5 一个房间热循环示意图一个与此相关的考虑,被动式太阳能建筑物与普通建筑的热分析的明确的区别是要考虑到其内部的辐射对流交换是三角形网络的而不是星形网络。Buchberg等(1964)使用的RC网络和数值方法进行了第一次的尝试,然后Gupta (1964) 采用四极和稳定的周期性方法,Raychaudhuri(1965)使用等效时间常数部分和瞬态响应的方法又分别进行了尝试。最近,这样的技术已被Subba Rao & Anderson (1982)和Yamaguchi (1983)用于太阳能被动式建筑物了。这种方法明确地证明了个别建筑把无效无条件的元
21、素作为一个整体是具有时间的滞后性的。但是,在那个时候它被认为是只有在理论中的情况。对于被动式太阳能建筑作为一个对其内部能量进行收集和分配的缓存的地方,当有大范围的辐射部分的热量进入,将无法正确估计其内部温度波动的情况。然后近似方法正在不断地发展是这些概念在建筑实践中得到应用(例如Balcomb 1981,1983)。最近的另一项研究把太阳能电池输入作为不变的方向,相似于附带区的建设作为一个整体的空气温度的改变的情况通过影设的方法来决定的(例如 Kim 1983, Huang 1986, pp. 122-7, 和d Gupta & Raghavan, 未发表的作品)。优化方法也被应用到这些的仿真
22、工具,已确定最佳的保温,取向,宽高比等的值以及最小的能量消耗热回火,例如Gupta & Spencer (1970), Gupta & Ram Mohan (1981)。Gupta & Anson (1972) 决定采用最佳的合并使成本最小和Yamaguchi (1983) 和 Sodha 等 (1989, pp. 238-42)采用了杂交的的直接增益和Trombe墙系统。Monsen等(1981, 1982) 使用unutilizability方法统计直接收益和Trombe墙系统每天投入超过每月期间的变化。这些问题正在二阶统计分析的帮助下扩大采用一天来测量的方法,例如Gordon & Red
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