基于空气负离子浓度评价城市住区通风的适应性研究

摘要

城市住区是城市环境中最为重要的活动场所和室外空间之一，城市住区环境是人居环境的重要组成部分，直接影响到人们的身心健康和环境的可持续发展。在建筑领域，建筑通风研究一直是建筑相关专业的研究热点之一，自然通风更是建筑师主导的使用技术之一。目前国内外对城市住区通风评价在研究方法和设计结果上缺少统一的规则和标准，颁布的规范法规中仅强调“加强自然通风”等设计原则，缺少定量化的评价标准。针对这些问题，论文以空气负离子浓度与通风的相关关系研究为基点，以城市住区为研究对象，研究城市住区室外环境通风状况的适应性评价。并将其作为城市住区通风的直接检测以及评价参数和标准之一，最终形成一套可行的城市住区室外环境通风状况的定量化评价方法，进而作为评价城市住区室外环境空气清洁度的参数和标准之一。
　　空气负离子被誉为“空气的维生素和生长素”，对人体的健康和环境的净化作用都相当显著，在环境评价中被列为衡量空气质量好坏的一个重要参数，称为空气清新程度的指南针。作者结合理论研究和文献综述以及开展的实验模拟和实地观测的结论表明，空气的摩擦在一定的临界风速下可以激发产生空气负离子，并呈现出明显的相关性。结合前人和作者的研究形成了自然环境和城市环境中空气负离子浓度的评价标准，并且验证了空气负离子作为评价城市住区通风标准之一的可行性和科学性，以及单极系数q和安培空气质量评价指数CI评价住区环境空气清洁度的适用范围。在此基础上，选取夏热冬冷地区合肥市某住宅小区为研究对象，结合当地实际气候和气象数据，首先运用 CFD模拟分析该住区的夏冬两季通风状况的模拟图，并分析了住区内部的计算机模拟通风状况；在此基础上得到了住区内不同环境的通风特征，包括建筑布局、空间形态、建筑密度、交通路网、植物绿化等对通风的影响；再根据模拟参数，在住区内相应位置实地观测了大量的空气负离子和风速、温度、湿度以及空气正离子等数据，大尺度地探索了住区室外环境中空气负离子浓度与风速、温度、湿度和空气正离子之间的相关关系。整理了近4万个有效数据应用于空气负离子和风速的时空分布研究，推导出夏季风速与空气负离子的线性回归方程，并运用偏相关分析，得出城市住区环境中空气负离子与风速呈极显著负相关，用以说明评价住区室外环境通风状况的可行性。
　　本文最后部分对城市住区室外环境的空气清洁度分布进行了评价，并结合建筑布局、空间形态、建筑密度、交通路网以及植物绿化等方面分析了其分布规律，最后对城市住区室外环境通风的设计方法进行了总结。
　　本研究工作中所建立的研究方法、技术路线以及取得的成果，不仅对城市居住区环境中空气负离子与风速之间，也对空气负离子与其他微气候因子和环境因子的相互关系研究提供了重要的指导意义和参考价值，为更新完善城市住区人居环境质量评价方法和标准奠定了研究基础。

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1绪论

1.1研究背景

1.2课题来源

1.3研究目的和意义

1.4研究内容和方法

1.5相关研究界定

1.6国内外研究概况

1.7小结

2研究对象与实验方法

2.1研究对象概况

2.2实验设备

2.3实验范围和指标

2.4实验方法和分析评价手段

2.5小结

3自然环境和城市环境下空气负离子浓度的实验和实证研究

3.1不同物质摩擦的空气负离子浓度研究

3.2衰减距离下的空气负离子浓度研究

3.3自然环境下的空气负离子浓度和空气清洁度评价

3.4城市环境下的空气负离子浓度和空气清洁度评价

3.5不同通风状态下的建筑室内空气负离子浓度研究

3.6不同植被类型对空气负离子浓度的影响研究

3.7空气负离子浓度的其他影响因素研究

3.8小结

4城市住区通风环境的数值建模模拟研究

4.1工程背景简介

4.2模拟计算模型

4.3 数值模拟的范围与几何模型

4.4模拟的初始边界条件

4.5网格划分与收敛性

4.6模拟结果

4.7冬季模拟

4.8小结

5城市住区室外环境空气负离子浓度的时空分布研究

5.1实测数据获取

5.2实测数据处理

5.3城市住区室外环境空气负离子浓度的时空分布分析

5.4城市住区室外环境空气负离子浓度与风速的时空分布分析

5.5基于空气负离子浓度的城市住区室外环境空气清洁度评价

5.6小结

6结论和展望

6.1结论

6.2论文的创新点

6.3未来研究的展望

致谢

参考文献

附录1 攻读博士期间发表论文目录

附录2 攻读博士期间获奖情况