基于有限元分析与实验的窗口物理环境品质综合提升研究

论文摘要

建筑外维护体系中,窗口区域是一个关键环节。它同时担负着采光、观景、通风等多种功能。但同时窗口区域也是建筑节能和改善室内物理环境品质的薄弱环节。由于传统窗体系统材质的特殊性和单一性,它存在着许多问题:例如,窗口区域保温隔热性能较差,容易引起夏季室内温度过热或者冬季室内热量过多散失;传统窗体系统采光、调光性能较单一,容易在室内产生眩光;传统窗体系统隔声效果较差,容易使室内噪声水平较高等。所以窗体系统的综合性能提升对建筑节能和改善室内物理环境品质有着重要作用。我国北方寒冷地区在外维护结构(包括窗体系统)的性能提升方面,主要考虑了冬季的建筑保温问题,在冬季防止建筑的热量损失,保证室内的温度不产生过大的波动,并节约能源。但是由于气候的改变和人们对室内物理环境品质要求的提高,北方寒冷地区的夏季防热问题也日益突出。那么窗口区域由于它在改善室内物理环境品质方面起到了重要的作用,所以针对建筑窗口区域光、热、声环境的研究十分重要,尤其是针对建筑光、热、声环境的综合优化的研究,但是目前寒冷地区在这方面的研究和工程实践少之又少。本文以天津的居住建筑为主要研究对象,采用有限元数值模拟和实验测试的方法,研究在天津气候条件下可调节百叶外遮阳对室内光环境、热环境、声环境三方面的影响。这具体包括天津地区居住建筑窗体系统:室内窗口区域光环境实验与数值模拟分析、室内窗口区域热环境实验与数值模拟分析、室内窗口区域声环境数值模拟分析。通过对这三方面的研究来探讨可调节百叶外遮阳对天津地区室内环境品质的影响程度以及技术适用性。从分析结果来看,天津地区采用可调节的百叶外遮阳具有夏季防热、降温、调光,冬季保温以及夜晚隔声等众多优点。而且新材料的采用对综合优化室内光、热、声环境的作用更为明显。这为建筑师在寒冷地区设计节能建筑和改善室内物理环境品质提供了一种新的思路和技术支持。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 问题提出
• 1.1.2 课题研究目的
• 1.2 建筑窗口区域光、热、声环境研究现状
• 1.2.1 国外研究概况
• 1.2.2 国内研究概况
• 1.2.3 发展趋势
• 1.3 课题研究主要内容
• 1.4 课题研究方法
• 1.4.1 现有资料收集及调研测试分析
• 1.4.2 有限元等数值分析
• 1.4.3 实验对比分析
• 第二章 天津地区气候及建筑特点
• 2.1 天津气候特点分析
• 2.1.1 天津地区气候特点
• 2.2 天津建筑及室内物理环境特点简要分析
• 2.2.1 天津建筑方位特点
• 2.2.2 天津建筑体形特点
• 2.3 天津建筑窗口遮阳处理方式现状调研
• 2.3.1 遮阳的种类及遮阳效果
• 2.3.2 遮阳的保温、隔声效果
• 2.3.3 居民区光、热、声环境调研问卷
• 2.4 现状产生的原因
• 第三章 窗体系统物理环境数值模拟分析简介
• 3.1 建筑窗体系统光环境数值分析原理简介
• 3.1.1 现有研究软件和研究手段比较
• 3.1.2 本文采用软件的研究方法特点
• 3.2 建筑窗体系统热环境有限元数值模拟原理简介
• 3.2.1 现有研究软件和研究手段比较
• 3.2.2 本文采用的研究方法特点
• 3.3 建筑窗体系统声环境流固耦合分析介绍
• 3.3.1 现有研究软件和研究手段比较
• 3.3.2 本文采用软件的研究方法特点
• 第四章 建筑窗体系统光环境实验与数值模拟分析
• 4.1 前言
• 4.2 Radiance精确分析
• 4.2.1 天空模型研究与确定
• 4.3 室内光环境数值模拟分析
• 4.3.1 单层玻璃窗体系统室内光环境数值模拟
• 4.3.2 南向窗不同材质遮阳百叶采光模拟
• 4.3.3 西向窗不同材质遮阳百叶采光模拟
• 4.4 西向窗铝合金百叶测试实验
• 4.4.1 测试现场条件
• 4.4.2 测试结果分析
• 4.5 氧化铝多孔膜红外吸波百叶材料实验
• 4.5.1 红外反射率测定
• 4.5.2 可见光反射率测定
• 第五章 建筑窗体系统热环境实验与数值模拟分析
• 5.1 前言
• 5.2 氧化铝和铝合金遮阳的有限元数值模拟分析
• 5.2.1 单层玻璃窗隔热效果有限元数值分析
• 5.2.2 铝合金遮阳隔热效果有限元数值分析
• 5.2.3 氧化铝遮阳隔热效果有限元数值分析
• 5.3 铝合金外遮阳百叶对西向房间夏季降温影响实验
• 5.3.1 实验方案
• 5.3.2 测试结果
• 5.3.3 舒适度问卷
• 5.3.4 结论
• 5.4.5 小结
• 第六章 建筑窗体系统声环境数值模拟分析
• 6.1 前言
• 6.2 有限元声学分析理论
• 6.2.1 有限元声学分析理论原理
• 6.2.2 声学流体矩阵推导
• 6.2.3 声压波吸收过程计算
• 6.2.4 声压波流固耦合计算
• 6.2.5 计算结果输出
• 6.3 声环境有限元数值模拟
• 6.3.1 模型说明
• 6.3.2 单玻工况
• 6.3.3 遮阳工况
• 第七章 居住建筑窗体系统光、热、声综合优化建议
• 7.1 窗体系统光、热、声总结
• 7.1.1 光环境总结
• 7.1.2 热环境总结
• 7.1.3 声环境总结
• 7.2 居住建筑光、热、声综合优化建议
• 7.2.1 窗体百叶光学优化建议
• 7.2.2 窗体百叶热工学优化建议
• 7.2.3 窗体百叶声学优化建议
• 7.2.4 其它构造建议
• 第八章 结论及展望
• 8.1 结论
• 8.1.1 在室内光环境、热环境、声环境的综合优化分析方法探索方面
• 8.1.2 在寒冷地区百叶对室内物理环境影响的综合量化分析方面
• 8.1.3 在室内光、热、声的综合优化建议方面
• 8.1.4 在新材料的选用方面
• 8.2 研究中存在问题及继续深入方向
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢