中庭式高层住宅建筑风压与热压共同作用下的通风研究

论文摘要

将中庭引入到高层住宅建筑,一方面是为了将自然环境引入到建筑内部,解决建筑所表现出的自我封闭和与自然环境缺乏沟通的缺陷,从而能够改善建筑内部小气候,提高建筑内部环境质量；另一方面是为了充分利用中庭的“烟囱效应”来增强自然通风,以排除各住户房间的余热、余湿。然而具有中庭的高层住宅建筑结构复杂,影响其自然通风的因素较多,传统的对简单建筑形式的通风计算方法及研究成果已不再适用于此类建筑。本文首先介绍了研究工作出现的背景、研究意义与研究现状。根据自然通风的基本理论,建立了中庭式高层建筑在单独风压和单独热压作用下的稳态通风解算模型,并对风压和热压共同作用下的通风进行了分析。同时设计了一栋具有中庭的10层住宅建筑,确立了合理的湍流模型和数值求解方法。并对该建筑的缩尺模型进行了风洞试验测量,验证了数值计算方法的可靠性。而后模拟分析了通风作用力(外界风速、室内发热量、外界吹风角度)、建筑外体型、楼梯间以及中庭顶部开口对中庭式高层住宅建筑的通风影响,对此类建筑的设计进行了优化分析。研究结果表明,在风压和热压共同作用时,通风作用力及建筑结构中任一因素的改变,都对中庭式高层住宅建筑的通风特性产生显著影响；不同的通风条件下,建筑内部的通风特性不同,通风条件的改变常使得某些房间的通风得到增强,而另一些房间的通风受到削弱；由于建筑不同位置处风压系数和所受热浮力作用不同,在同一通风工况下,不同位置房间以及不同高度中庭空间的通风效果也不尽相同；为了增强自然通风,应充分利用中庭的“烟囱效应”,尽量使建筑保持在风压和热压相互增强的模式下进行通风换气,避免风压和热压相互抑制的情况发生。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 自然通风的研究现状
• 1.2.2 中庭式建筑自然通风的研究现状
• 1.3 目前研究中存在的问题
• 1.4 本文研究的主要方法及内容
• 1.4.1 研究方法
• 1.4.2 本文的内容
• 第2章 中庭式高层建筑自然通风的机理分析
• 2.1 自然通风的作用与特点
• 2.2 自然通风的基本原理
• 2.2.1 风压驱动下的自然通风
• 2.2.2 热压驱动下的自然通风
• 2.2.3 风压与热压共同作用下的自然通风
• 2.3 中庭式高层建筑的自然通风计算
• 2.3.1 单独风压作用下的通风计算
• 2.3.2 单独热压作用下的通风计算
• 2.3.3 风压和热压共同作用下的通风
• 2.4 本章小结
• 第3章 中庭式高层住宅建筑的设计与CFD数值模拟
• 3.1 中庭式高层住宅建筑的设计
• 3.1.1 中庭建筑的分类
• 3.1.2 本文研究对象的确立
• 3.2 CFD数值方法的确定
• 3.2.1 基本假设
• 3.2.2 控制方程及求解方法
• 3.2.3 FLUENT软件的介绍
• 3.3 数值模拟的相关物理综述
• 3.3.1 计算模型
• 3.3.2 计算区域的确定
• 3.3.3 网格划分
• 3.3.4 边界条件
• 3.4 本章小结
• 第4章 模型试验及CFD数值方法的验证
• 4.1 模型试验的理论基础
• 4.1.1 几何相似
• 4.1.2 运动相似
• 4.1.3 动力相似
• 4.2 模型和原型的相似关系式
• 4.3 试验装置
• 4.3.1 试验用模型
• 4.3.2 外风场模拟系统
• 4.3.3 热压模拟系统
• 4.3.4 测量系统
• 4.4 实验步骤
• 4.5 模型试验相似关系的试验验证
• 4.5.1 验证方法
• 4.5.2 结果分析
• 4.6 CFD数值计算方法的验证
• 4.6.1 工况说明
• 4.6.2 试验与模拟结果的对比分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 中庭式高层住宅自然通风影响因素的模拟分析
• 5.1 通风作用力的影响
• 5.1.1 工况说明
• 5.1.2 外界风速大小的影响
• 5.1.3 室内热源发热量大小的影响
• 5.1.4 室外吹风角度的影响
• 5.2 建筑外体型系数的影响
• 5.2.1 工况说明
• 5.2.2 结果分析
• 5.3 楼梯间的影响
• 5.3.1 工况说明
• 5.3.2 结果分析
• 5.4 中庭顶部开口的影响
• 5.4.1 工况说明
• 5.4.2 结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）