居住建筑自然通风辅助设计工具及其应用

论文摘要

在节约能耗和提高室内空气质量的双重目标下,自然通风作为一项古老的生态技术,具有降温、除湿、提供新鲜空气等作用,同时满足人们亲近自然、回归自然的要求,重新受到当今社会的重视。准确预测自然通风量,是进行建筑自然通风设计和评价的基础。目前国内对自然通风的应用研究多为定性分析,还缺乏相应成熟而有效的工具。本文首先总结了自然通风的作用机理和计算方法,分析得出多区网络模型是研究自然通风的有效手段;系统阐述了多区通风网络模型的原理和数学物理描述,并研究了通风网络系统非线性方程组的数值求解。然后,本文详细阐述了基于多区通风网络模型的自然通风辅助设计软件平台（N-vAD,Natural ventilation Aided Design）的实现过程,对其结构和主要功能模块进行了介绍,针对主程序与CAD、MATLAB软件的接口技术、建立通风网络方程组的通用程序等技术难点给出了相应的源程序代码。流量系数反映了开口的阻力特性,是自然通风计算的关键参数。目前,普遍认为传统流量系数取值0.6～0.65不再适用于自然通风大开口模型,在总结流量系数研究现状的基础上,笔者采用CFD方法研究了开口率和来流角度对开口流量系数的影响,发现迎风面外开口流量系数受来流角度的影响最明显,并给出了适合工程应用的大开口流量系数取值,为通风软件的优化奠定了基础。本文采用CFD模拟结果对自然通风辅助设计软件进行验证,对比显示,基于多区网络模型的自然通风计算软件预测房间通风量的相对误差较小,满足工程应用的要求。最后,本文通过具体示例分析了通风量和人体热舒适感觉对自然通风条件下空调能耗的影响,为自然通风辅助设计软件的推广应用进行了探索性研究。本文的工作为自然通风的优化设计和工程应用提供了有效的软件平台和定量化计算工具,具有实际的工程意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 自然通风机理
• 1.2.2 自然通风量的计算
• 1.3 本课题内容
• 2 多区通风网络模型介绍
• 2.1 通风网络模型的发展与应用
• 2.2 基本假设和理论依据
• 2.3 通风网络模型的数学物理描述
• 2.3.1 通风支路及其阻力特性
• 2.3.2 区域（节点Node）
• 2.4 通风网络模型的数值求解
• 2.4.1 边界条件
• 2.4.2 通风网络方程组求解分析
• 2.5 本章小结
• 3 自然通风辅助设计（N-vAD）软件平台的实现
• 3.1 软件目标及程序语言
• 3.1.1 软件目标分析
• 3.1.2 程序语言介绍
• 3.2 软件结构及各功能模块介绍
• 3.2.1 软件结构
• 3.2.2 图形录入模块
• 3.2.3 建筑模型信息处理模块
• 3.2.4 参数设置模块
• 3.2.5 数学求解模块
• 3.2.6 结果输出模块
• 3.3 本章小结
• 4 建筑自然通风软件的优化研究
• 4.1 流量系数研究现状
• 4.1.1 研究问题的提出
• 4.1.2 研究现状
• 4.2 风压作用下建筑多区大开口流量系数研究
• 4.2.1 建筑模型介绍
• 4.2.2 模拟条件和工况介绍
• 4.2.4 模拟结果分析
• 4.3 本章小结
• 5 自然通风软件验证及应用
• 5.1 居住建筑自然通风量预测
• 5.1.1 计算模型介绍
• 5.1.2 开口设定及通风网络系统
• 5.1.3 计算结果
• 5.1.4 通风软件的CFD验证
• 5.1.5 居住建筑自然通风量的修正
• 5.2 通风量对居住建筑热环境及空调能耗的影响分析
• 5.2.1 模型介绍
• 5.2.2 模拟工况
• 5.2.3 结果分析
• 5.3 热舒适对自然通风夏季空调能耗分析
• 5.3.1 自然通风环境下的空调能耗修正系数
• 5.3.2 居住建筑空调能耗分析
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 本文的研究总结
• 6.2 未尽的研究工作及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录一 硕士研究生学习阶段发表论文和主要参与研究工作
• 附录二 自然通风辅助设计软件（N-vAD）使用手册