工业建筑结构设计优化论文提纲

论文题目：预制舱类工业建筑节能技术研究 ——以智能变电站预制舱为例

摘要：随着智能电网、移动互联网、物联网、云计算的大力发展,作为电力调度与控制中枢,智能变电站迎来一波新的建设浪潮。变电站数量和规模迅速增长,微机监控和综合自动化系统取代了常规控制方式,热负荷也不断增加,其能源消耗和运营成本问题日益突出,另外城市变电站落地难的问题日趋严峻。由此集预制装配式、集约紧凑化等诸多优点于一身的预制舱类工业建筑系统应运而生。目前针对预制舱类建筑的节能研究匮乏、其环境控制系统难以与智能硬件相匹配。本文针对预制舱类工业建筑节能现状,主要完成了以下研究工作:1.预制舱建筑热性能仿真模型研究响应解耦舱体环境与机柜微环境关系以达到精确控制的实际应用需求,建立预制舱建筑热性能仿真模型,为预制舱建筑节能设计优化提供依据,并为智能环境控制系统的实现奠定理论基础。针对预制舱建筑传热过程,将模型分为6个子模型。为提高模型的合理性及实用性,本研究需对各模型参数的最优化确定并实现热性能求解,通过现场实测数据对各子模型进行验证。2.预制舱的调研与测试对预制舱功率密度水平、围护结构类型与构造、环境控制系统及其运行策略等进行了调研。选择典型预制舱体进行了实地测试。结合测试数据对预制舱热过程中的各个传热环节进行了分析,总结预制舱的基本热工特征。3.预制舱围护结构节能设计策略及节能效果评价以亚热带地区的深圳为例,采用现场实测、机理分析与数值模拟相结合的研究手段,获悉影响预制舱能耗的基本要素,并进一步探究各要素对建筑能耗的影响趋势,提出相应对的建筑节能技术。最后通过分析不同节能技术组合形式下的节能率,总结出组合后所呈现的不同节能效果形态并解释其合理性,综合节能率最高可达36%。并据此提出预制舱节能设计策略,为亚热带地区预制舱节能优化设计提供指导和建议。4.预制舱环境控制技术研究通对典型预制舱气流场测试,对预制舱的热环境状况进行了评价,分析舱内气流组织存在的问题,总结出气流组织优化的基本原则,进一步提出在不改变现有布局及工艺需求的前提下实现可控冷量的独立管腔下送风方式,并结合冷、热通道封闭措施的环境控制技术优化方案,而后对实施改造后的预制舱气流参数测试,通过分析对比改造前后的气流场分布可知,优化方案可降低环境控制系统23%的电耗,并显著改善热环境状况。5.预制舱智能环境控制系统研究从预制舱节能技术应用存在的问题出发,对环境控制系统的冷却模式、控制技术及策略进行优化,并将热性能仿真模型嵌入控制策略及控制流程之中,完成具备基础数据采集,模拟计算,数据统计,分析决策功能的软件平台与物联网硬件共同组成智能环境控制系统,该系统实现了多参数监测,多目标协同控制,遵循系统控制程序可完成在线分析决策、自动控制及智能调节的环境控制过程,通过仿真模拟验证控制系统运行稳定可控和能耗水平的有效降低,全年节能率可达56%。综上,本文旨在研究适于智能化变电站功率密度水平及预制式建筑体系下的建筑节能技术,建立以机柜级微环境为研究对象的热性能仿真模型并针对工程应用场景优化围护结构设计与环境控制技术,提出基于热性能模型预测的机柜微环境控制策略并将其通过物联网技术手段融入环境控制系统,实现其自动控制、智能调节、在线分析决策以及协同互动的环境控制目标。

关键词：预制舱;建筑节能;环境控制

学科专业：建筑学

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题背景与意义

1.2 研究概况

1.2.1 建筑热过程研究

1.2.2 建筑围护结构节能技术

1.2.3 建筑环境控制系统

1.2.4 总结与评价

1.3 研究内容

第二章 预制舱类建筑热性能仿真模型研究

2.1 引言

2.2 预制舱类建筑调研概述

2.2.1 舱体及其构造

2.2.2 设备及其布置

2.2.3 温度控制系统

2.2.4 其他配置

2.3 预制舱建筑热平衡模型建立

2.3.1 建筑热扰特征

2.3.2 热物理模型假定条件确定

2.3.3 热平衡方法的确立

2.3.4 建筑热平衡模型体系建立

2.4 预制舱建筑热性能仿真模型的建立与求解

2.4.1 热平衡方程组

2.4.2 热平衡方程组的求解

2.5 预制舱建筑热性能仿真模型实测与验证

2.5.1 实验测试方案

2.5.2 实验结果对比验证

2.6 本章小结

第三章 预制舱类建筑围护结构优化设计研究

3.1 引言

3.2 典型预制舱热工测试及分析

3.2.1 实验设计

3.2.2 测试参数及仪器

3.2.3 测点与天气

3.2.4 测试结果分析

3.3 基于热模拟的围护结构优化策略

3.3.1 围护结构节能设计分析

3.3.2 节能设计策略

3.4 本章小结

第四章 预制舱类建筑气流组织优化设计研究

4.1 引言

4.2 气流组织测试及分析

4.2.1 空调送、回风口气流测试

4.2.2 舱内气流测试

4.2.3 机柜进、出风口气流测试

4.2.4 机柜内气流测试

4.2.5 测试结果分析

4.3 气流组织优化方案及实测验证

4.3.1 气流组织优化技术

4.3.2 预制舱改造方案

4.3.3 测试及验证

4.4 本章小结

第五章 预制舱类建筑智能环境控制技术研究

5.1 引言

5.2 预制舱节能技术方案

5.2.1 通风冷却技术的引入

5.2.2 气流组织的优化

5.2.3 控制策略的优化

5.2.4 围护结构优化方案

5.3 基于热性能仿真模型预测的智能环境控制技术的实现与验证

5.3.1 热性能仿真模型的应用

5.3.2 控制系统

5.4 节能效果分析

5.4.1 机柜内环境温度状态

5.4.2 节能效果

5.5 本章小结

总结与展望

本文的主要结论

本文的创新点

对今后研究工作的展望

参考文献

附录1 预制舱热性能仿真模拟计算软件的部分源程序代码

致谢

附件