多类型开口布置对建筑自然通风影响及空气龄评价

摘要

在机械通风方式出现之前，建筑通风采取的主要方式一直是自然通风。随着时代的发展，经济发展要求和城市化进程的加快，建筑行业对能源的消耗越来越大;除此以外，气候环境的变化也极大地增加了居民建筑和工业建筑内暖通空调系统的使用率，毫无疑问，空调的过量使用会排放大量的热，进一步加剧了城市热岛现象甚至是全球气候变暖。因此出于节能环保以及经济性等等方面的考虑，合理利用自然通风来改善建筑室内环境已经成为了越来越受关注的问题。 影响建筑室内通风效果的影响因素很多，包括外界空气自身的物理特性如速度、温度、湿度，建筑自身结构特性包括建筑朝向、廊道、窗户、烟囱设计等，还有周围其他阻碍物因素如建筑排布方式、建筑密度等等。运用自然通风来改善室内空气环境已经越来越多的被考虑到建筑结构设计过程中。例如贯流通风方式就吸引了很多学者的注意，并且使用了不同方法进行了大量的关于贯流通风方式对于室内风环境和热环境的影响的研究，包括全尺寸的实地测量、风洞试验以及计算流体动力学方法等等。得益于近30年来计算机技术的迅速发展，与传统模型实验、实地测试等方法相比，计算流体动力学基于其自身操作成本低、运算速度快和结果精确度较高等优势而被广泛运用于各类型流场、速度场的分析研究当中。 为探讨不同开口布置方式对室内空气流动的影响，通过计算模拟比较各类型布置方式情况下的室内气流运动，为建筑立面的开口设计提供一定的参考意见。在验证了数值模拟和模型的可靠性后，首先将所有的开口布置方式分为单侧通风、转角通风、贯流通风和错位通风这四大类，根据开口处于建筑立面高度的不同以及单体建筑和建筑群的情形，共讨论了四大类型布置方式下的18种工况。在ICEM CFD画图软件中，进行了模型的处理和网格的划分，并在FLUENT里面定义了所需的边界条件和相关方程进行了各个模型流场的计算，得出目标对象的流场结构、室内空气交换率以及空气龄等结果。 通过比较分析各个工况下的流场结构图、空气交换率以及空气龄分布特性等发现:两个开口布置在同一侧时，即单侧通风形式下，外界与室内的空气交换几乎为零。单体建筑情形下，各类型布置方式的通风效果均好于同等条件下的建筑群情形下的，转角通风受到的周围阻碍物的影响最大，空气交换率和空气龄等指标方面单体建筑的效果是建筑群效果的3倍左右。而在这几种类型布置方式的横向比较中，单体建筑情形下，转角通风、贯流通风和错位通风三种的通风效果均较好，数据差距不大;建筑群情形下，转角开口通风效果大大降低，而贯流通风效果最好。 综上，本文利用CFD计算方法，全面、系统地总结了四大类型开口布置方式，在利用风压自然通风条件下，分析了各个开口类型、开口高度、周围建筑排布对建筑室内的通风效率的影响，并引入了空气龄概念分析室内空气换气效果，对于合理利用建筑构件的开口设计，改善室内通风效率、提高居住舒适度，提供了一定的参考意见。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1课题研究背景

1．1．1自然通风

1．1．2建筑开口

1．1．3街区峡谷

1．2国内外研究现状

1．3本文研究内容及方法

1．4本章小结

第二章数值模拟方法及模型验证

2．1计算理论基础

2．1．1流体动力学控制方程

2．1．2控制方程离散方法

2．1．3几项常用算法

2．1．4湍流模型

2．1．5 CFD方法计算步骤

2．2 CFD模型的风洞实验验证

2．3本章小结

第三章单体和街区建筑计算模型建立

3．1计算域和建筑模型设置

3．2网格划分

3．3工况设置

3．4 Fluent计算条件设置

3．4．1边界条件的确定

3．4．2求解设置

3．5本章小结

第四章单体建筑多类型开口布置通风结果及分析

4．1单体建筑流场分析

4．1．1单侧通风不同开口高度流场结构

4．1．2转角通风不同开口高度流场结构

4．1．3贯流通风不同开口高度流场结构

4．1．4错位通风迎风面不同开口高度流场结构

4．2多类型开口布置下的ACH(空气交换率)

4．3本章小结

第五章街区建筑群多类型开口布置通风结果及分析

5．1街区建筑群顶部开口流场分析

5．2不同类型开口方式下的空气交换率比较

5．3本章小结

第六章单体和街区建筑空气龄分布模拟

6．1空气龄分析方法

6．2单体建筑空气龄随开口方式、高度变化的计算结果

6．3街区建筑上端开口时的空气龄计算结果

6．4本章小结

7．1结论

7．2展望

攻读学位期间的研究成果

参考文献

致谢