自然通风耦合模拟分析及设计导则研究

论文摘要

自然通风作为最传统的人类营造舒适的居住环境的手段之一，长久以来都是建筑设计中非常重要的一个考虑因素。但是随着现代建筑越来越依赖空调系统调节室内环境温湿度，以机械通风方式来保证室内健康通风，自然通风的作用逐渐被忽视。尤其在高层办公建筑中，由于自然通风的不确定性无法时刻保障室内环境的舒适，很多建筑都采用了密闭式设计，完全不可应用自然通风。自然通风由于和自然气象条件密切相关，所以有不确定性和随机性。但是从统计的意义来看，自然通风仍然是可以被定量的计算分析并加以应用的。一些国内外的文献提供了计算自然通风的方法，并有一些软件实现了自然通风的模拟计算。但是自然通风是与热环境密切相关的，对于连续的自然通风与热模拟耦合计算目前还没有成熟的手段解决。对于自然通风过程中风压的处理，单侧通风的计算等问题也处理得不够完善。本文针对这一计算、分析、设计需求展开了以下研究：首先，本文通过文献调研综述了目前自然通风的研究现状。整理了目前自然通风计算中常用的方法，评估自然通风效果的不同方法以及自然通风状态下的热舒适指标。指出工程中目前常用的单点典型时刻计算和气候适应性评价法的不足，提出了全年耦合计算配合能耗分析的方法研究自然通风问题。其次，基于这一方法评估目前市面上的商用软件，调研发现没有适合需求的研究工具，于是在清华大学能耗模拟平台DeST的基础上开发通风模块Vent以实现通风与热的全年耦合模拟计算。归纳了自然通风计算中需要输入的参数，介绍了DeST-Vent实现的数学与物理基础（多区域网络法）和计算实现流程并用其他软件结果和一个实测实验验证了DeST-Vent的准确性。第三，基于全年8760小时的自然通风模拟评价研究，论文分析了可能影响自然通风效果的因素，并将其中的主要因素进行归纳整合，提出从4个不同角度分析，分别为：建筑自然通风的形式，建筑周边环境布局，建筑自然通风控制温度以及建筑所处气候区域。加以分析得到4种影响自然通风效果的规律。并提出用于建筑设计初期快速定量评价自然通风效果的速查公式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题的背景与意义
• 1.2 课题研究的内容
• 1.2.1 研究内容
• 1.2.2 论文框架
• 第2章 建筑自然通风研究综述
• 2.1 对建筑自然通风效果的评价方法
• 2.1.1 多标准评估方法
• 2.1.2 气候适应性评估方法
• 2.1.3 有效压差分析方法
• 2.1.4 动态耦合能耗分析
• 2.2 自然通风热舒适度标准
• 2.2.1 室内湿度设定分析
• 2.3 在工程计算中推荐应用的方法介绍
• 2.3.1 多区域网络法典型时刻计算配合气候适应性评估法
• 2.3.2 多区域网络法全年模拟配合全年热耦合能耗分析法
• 2.4 本章小结
• 第3章 建筑自然通风计算中输入参数的研究
• 3.1 风压
• 3.1.1 风压简介
• 3.1.2 风压系数的计算
• 3.2 支路阻力模型
• 3.2.1 支路阻力模型简介
• 3.2.2 DeST-Vent 中采用的单流向支路模型
• 3.2.3 DeST-Vent 中采用的单侧通风模型
• 3.3 本章小结
• 第4章 基于多区域网络模型的全年通风热耦合能耗分析法的应用研究
• 4.1 耦合计算的流程实现
• 4.1.1 耦合方式说明
• 4.2 耦合计算输入参数
• 4.2.1 建筑总体环境的参数
• 4.2.2 阻力部件（可通风门、窗）的信息参数
• 4.2.3 风压系数的参数
• 4.2.4 门窗开启作息
• 4.2.5 通风控制策略
• 4.3 耦合计算的实例验证
• 4.3.1 热模块和自然通风模块的软件对比验证
• 4.4 对某办公建筑的实测验证实验
• 4.4.1 建筑通风结构
• 4.4.2 通风量的测量方法
• 4.4.3 DeST-Vent 计算模型的建立
• 4.4.4 CFD 数值模拟建筑表面风压系数
• 4.4.5 实验结果分析
• 4.4.6 实验总结
• 4.5 本章小结
• 第5章 模拟分析影响自然通风节能潜力的因素
• 5.1 基本思想介绍
• 5.1.1 影响自然通风的因素分析
• 5.2 不同影响因素对应用自然通风节能效果的影响
• 5.2.1 模型设定说明
• 5.2.2 门窗阻力模型的选取说明
• 5.2.3 建筑类型对应用自然通风节能效果的影响
• 5.2.4 外界风环境对应用自然通风节能效果的影响
• 5.2.5 地域气候差别对应用自然通风节能效果的影响
• 5.2.6 行为模式和热舒适差别对自然通风节能效果的影响
• 5.3 快速评估自然通风节能潜力的方法
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果