地域性气候条件下自然通风的有效时数分析

近年来居住建筑空调设备的大量使用是造成夏季建筑能耗快速增长的重要原因,有效利用自然通风降温可以降低夏季空调能耗并改善室内空气品质.我国各地区气候条件相差悬殊,为合理利用自然通风降温技术,需要针对地域性气候条件对自然通风的节能潜力进行分析比较,以指导建筑节能设计的综合策略.本文根据中国居住建筑热环境状况的分析,提出适用于评价地域性气候条件下居住建筑的自然通风有效时数的计算方法,并采用了自然通风系统和建筑热过程系统的耦合影响模型,提出动态计算自然通风有效时数的计算方法.通过基于此方法的计算程序,以北京、西安、大连三个城市为例,计算了典型居住建筑形式的自然通风有效时数.根据计算结果,得出对于同属于寒冷地区的北京和西安,在三个月的降温季节中自然通风有效时数分别为70.5%和59.1%,而严寒气候区的大连有效时数为95.7%,对这三个城市的自然通风策略进行了简单的分析,此方法为进一步对我国不同气候区的自然通风有效性及其通风策略进行全面分析奠定了基础.     

单体建筑高度对风压作用下自然通风的影响

目的分析风压作用下民用建筑的自然通风能力和不同高度建筑对风压作用下自然通风的影响.方法采用计算流体力学方法,对不同风速、不同高度条件下建筑风压作用下自然通风能力进行数值模拟,并通过实验数据验证方法的正确性.结果得到单体建筑风压差系数分布规律,其风压作用下自然通风外部条件最好之处为建筑高度的4/5处.建筑迎风面中部风压作用下自然通风效果好于建筑物两侧.风压差系数对风速变化不敏感.不同建筑高度风压差系数分布规律相似.结论本数值方法能够正确地反映建筑表面的风压分布;风压作用下自然通风效果随单体建筑高度增高而增大,随风速增加而增大.     

徽州民居夏季自然通风条件下热舒适性研究

通过现场测试、模拟和调查问卷的3种方式,选取屯溪地区有代表性的新建徽派民居,分析夏季自然通风对建筑室内热环境和室内热舒适性的影响。结果表明:在夏季典型气候条件下自然通风不能满足屯溪民居对室内热舒适性的要求,应考虑主动降温的方式来保证室内的舒适度。     

不同自然通风方式室内热舒适性研究

采用数值模拟方法对自然下部通风、自然层状通风、自然顶部通风3种自然通风方式室内温度场和速度场进行研究,以获取3种自然通风方式中室内热舒适性,寻求各自然通风方式适用范围.研究结果显示,3种自然通风方式中人体头部与脚踝之间垂直温差均小于5℃,满足人体热舒适对垂直温差的要求.自然下部通风、自然顶部通风在人体呼吸区高度上气流速度分布比较均匀,除进风口以及出风口附近区域其他区域气流速度均小于引起人体不舒适的最低气流速度0.25m/s,基本满足人体热舒适对吹风感的要求.在实际操作中,应根据当地气候条件以及室内不同功能选择合理的自然通风方式.     

围护结构耦合传热条件下地板供暖室内甲苯扩散的数值分析

为获得冬季自然通风数值模拟所需室内污染物分布的初始条件,采用Realizable k-ε湍流模型对兰州地区某地板供暖住宅内C7 H8扩散过程进行了数值分析.结果表明：地板所含C7 H8沿地板外法线方向扩散过程受室内外耦合传热影响,其时空分布存在显著差异.当地板表面维持27℃、扩散时长达到19 h时,C7 H8在Z=1.10 m高度水平面上的浓度平均值趋于平缓,达到了室内空气质量标准要求上限值的3倍左右,但室内空气平均温度和舒适性能满足居住者的需求.因此,结合兰州地区气候条件和人们的生活起居习惯,确定以污染物扩散时长19 h的室内污染物浓度场和室内热环境条件作为后续自然通风数值分析的初始条件是合理的.     

高层住宅建筑体型系数对其中庭通风的影响

采用基于三维、RNG k-ε湍流模型的CFD方法,模拟了具有中庭的高层住宅建筑模型在风压和热压共同作用下的通风特性.并在低速风洞中进行了实验测量,验证了本数值模拟方法的可行性.针对4种不同体型系数下的高层住宅建筑,分析了在相同的建筑面积、外风场流速、建筑内发热量、中庭尺寸及相同的吹风角度条件下,中庭空间的自然通风特性及邻室房间的通风效果.结果表明,中庭式高层住宅建筑外体型系数越大,越有利于自然通风,为城市高层住宅建筑节能与人居环境的优化设计提供了理论依据.     

居民住宅内自然通风的数值模拟研究

采用有限体积法，开发了ALE框架下三维非定常流体流动的数值模拟程序。利用该程序对居民住宅内自然通风过程进行了数值模拟，并对模拟结果进行了分析。     

基于井间电阻率成像的城市地铁溶洞探测方法

针对在城市修建地铁时可能遇到的一种严重危害工程安全的地质灾害体--溶洞,建立了4种典型溶洞模型,使用有限元法和迭代法进行正反演数值模拟,得到井间电阻率成像方法对典型溶洞的探测响应特征,分析总结不同模型响应特点,辅以大连地铁工程实例验证实际探测中的良好应用效果。研究结果表明,井间电阻率成像方法是城市地铁溶洞探测的一种有效的方法,可为城市地铁施工提供相应的安全保证,基于数值模拟和工程实践对在城市地铁使用井间电阻率成像方法进行溶洞探测提出现场工作和数值处理建议。     

基于WRF的城市热岛效应高分辨率评估方法

为解决城市总规尺度气候评估工具缺乏的问题,分析了不同气候评估方法的特点和应用范围,研究了气象学工具WRF在城市热岛效应评估中的应用方法及有效性。建立了针对城市总规尺度的高精度城市规划信息数据库、气象数据库生成WRF模拟边界的方法;明确了高精度城市热岛效应模拟所需的WRF物理方案。以沿海城市大连夏季典型晴朗高温天气为例,利用WRF模型进行了300 m的高分辨率模拟。结果表明,WRF可以较好地模拟出城市热岛效应的强度和时空变化;将模拟结果与气象站和现场观测值进行了对比,两者变化趋势一致,偏差在可接受的范围之内。     

内扰因素对室内热分层的影响规律

热压自然通风中,热源产生的浮力羽流使得室内存在热分层现象.房间内扰即热源因素是影响热分层的主要因素之一.本文对具有内热源的民用建筑,采用CFD技术,改变内扰因素对热压自然通风流场进行数值模拟,分析了不同热源工况下的温度场,得出了内扰因素对室内热分层现象的影响规律,为民用建筑自然通风系统的设计提供了理论参考.     

基于通风潜力及风特征量化分析的城市风道构建

以杭州市主城区为例,选取杭州典型季份的Landsat 8影像反演城市地表温度,以城市局地环流运行规律为理论基础,确定城市风道系统的作用空间和补偿空间. 通过构建杭州主城区表征城市风道地表粗糙度的5个影响因子（包括建筑密度、建筑高度、城市绿地、城市水体和城市路网）的空间数据集,建立城市风道通风潜力综合评价模型,并实现GIS空间叠加分析,确定通风潜力最大区域作为潜在通风廊道区域. 结合杭州主城区各气象站点的15个自动气象风玫瑰图,确定周边区域夏季和冬季主导风向的空间分布情况. 结合上述分析结果及杭州的城市建设与规划,实际确定出杭州主城区6条潜在一级风道和5条二级风道.     

基于风环境模拟对高层住区布局的优化

居住区风环境是衡量居住环境的重要要素。以合肥市某居住区规划设计方案为样本,选取规划设计阶段的两套方案,运用Airpak软件进行数值模拟,分析两套方案在夏季和冬季不同风场条件下的风环境。依据国家现行标准对1. 5 m人行高度处风速、风压等评价指标进行优劣评价,归纳建筑布局对风环境的作用和效应,得出构建开敞的通风廊道能够充分改善夏季住区内部的通风效果。旨在优化高层住区的风环境,为构建舒适健康的居住区规划设计提供理论指导。     

围合式公共建筑围护结构的节能特点和节能潜力分析

为了研究公共建筑的围护结构在各气候区的节能特点和节能潜力,以一栋典型的围合式建筑为研究对象,根据相关标准规范,通过EnergyPlus分别模拟分析办公、学校、酒店三种公共建筑类型的单项围护结构在各气候区代表城市中的节能特点和节能潜力.结果表明,提高外墙和屋面热工性能,冬季节能效果较好,屋面在夏季节能效果甚微,外墙在夏季基本不节能;提高外窗热工性能,冬夏两季均有较好的节能效果.不同类型公共建筑的围护结构,在各代表城市中的节能潜力不同,基于此得出不同的节能潜力排序.     

绿色植物在建筑风环境设计中的应用

从冬夏两个季节提出了建筑风环境设计的要求以及绿色植物的影响,介绍了相关研究方法,运用CFD模拟,通过结合典型实例,说明绿色植物在建筑风环境设计中的应用.结果表明：绿色植物可以兼顾风环境在不同季节和不同风速的需求,冬季可以降低风速,夏季可以在控制人员活动区域风速的前提下增强建筑的自然通风效果.     

基于局地环流的城市通风道规划方法——以德国斯图加特市为例

为了提高我国城市通风道建设的有效性,从气候生态补偿空间、作用空间、空气引导通道3个方面总结基于局地环流的当代德国城市通风系统规划方法.通过斯图加特山地区域案例研究,分析德国城市通风道规划的工作程序,即信息采集、气候功能评估、指导方针与规划目标制定、措施概念明晰.研究结果表明,基于翔实的地理与气候数据信息,通过综合运用地理信息系统与数值模拟技术,可以准确模拟静风条件下城市内部及周边的局地环流运行状况,实现城市通风道的定位、定量规划.     

多门窗建筑风压驱动自然通风数值模拟

采用计算流体动力学方法对多门窗建筑风压通风过程进行数值模拟。首先,通过与经典实验结果进行校验计算,验证了计算流体动力学程序的可靠性;接着,对建筑贯流通风不同的开口工况进行了深入分析和计算,并探究室内空气流动的物理机制;最后,讨论并且分析速度矢量、速度大小、速度分量、压力分布、压力系数等结果,讨论入口风速对于建筑室内通风流场的影响。模拟结果发现,建筑贯流通风存在侧面通风口时,背风面的出风口也可能作为进风口。     

建筑能耗计算的海洋气象参数逐时化方法

为获取适用于海洋性气候条件下关键节能气象参数的逐时化方法,针对温度、露点温度、相对湿度、风速、大气压5种节能计算气象参数,通过对比内陆代表城市和沿海代表城市,分析了线性插值、三次样条插值、分段三次Hermite插值、Akima插值和径向基插值法在海洋性气候条件下的适用性及特点。研究表明：海洋性气候条件下,冬季温度最佳插值法为三次样条插值,湿度为Akima插值,夏季温度和湿度的最佳插值法同为分段三次Hermite插值;露点温度的最佳插值法在冬、夏两季同为线性插值法、风速和大气压的最佳插值法在冬、夏两季同为Akima插值法;不同气象参数的插值准确性在相同的季节整体变化趋势相同,夏季插值精度由小到大为风速、露点温度、湿度、温度、大气压,冬季为露点温度、风速、湿度、温度、大气压。露点温度、湿度和风速插值精度受地域影响程度较大,三者受地域影响由小到大依次为湿度、露点温度和风速。温度、大气压数据插值精度受地域影响小。     

中国典型城市2004年大气质量及颗粒物浓度与气象条件关系分析

对2004年北京、上海、重庆、乌鲁木齐、兰州、青岛、厦门7个典型城市城区空气质量公报进行了分析,同时结合北京、上海两市的气象数据,分析了两市气象条件和颗粒物污染变化的规律.结果表明,2004年除厦门外,其余6个城市的大气都有不同程度的污染,沿海地区城市空气质量普遍优于北部内陆城市,典型大城市大气中的首要污染物主要是可吸入颗粒物,各城市可吸入颗粒物浓度随季节变化规律不同,一般情况下夏、秋季低,春、冬季(取暖期)高,局地因素是形成季节变化的主要原因;北京和上海的数据表明,降水可以去除可吸入颗粒物,合适的风可以降低可吸入颗粒物浓度,能见度和可吸入颗粒物质量浓度之间存在明显的负相关性.     

地下停车库的空气污染与自然通风

通过对长春、沈阳、北京的3个典型地下停车库的运行情况进行调查与测试得知,在没有机械通风的条件下,一氧化碳浓度并未明显超标。在严寒或寒冷地区的冬季,热压作用形成的自然通风量较大,基本能满足地下停车库的通风要求。在夏季,自然通风量减小,但汽车在冷启动与怠速情况下的污染物排放量远比冬季的小。提出了利用示踪气体法计算地下停车库的自然通风量,并论述了如何确定室内一氧化碳允许标准及小汽车的一氧化碳排放量。