自然风的波动特性对室内温度的影响研究

摘要

自然通风技术可充分利用自然风资源，提高室内空气品质，改善室内热环境，是一项节能、环保的被动式建筑技术。自然风是大气运动的结果，无论是其平均风还是其脉动风，都具有波动特性。
　　为探讨自然风的波动特性对室内温度场的影响及自然风波动特性下，建筑蓄热对室内温度的影响，首先，本文从理论上归纳总结了自然风的平均风特性和脉动风特性，并基于实测的风速数据对其特性进行了分析。其次，基于Matlab软件，采用谐波叠加法(WAWS)得到了随机脉动风速序列，采用双参数的威布尔分布模型得到了随机平均风速序列。然后，建立了一个简单单侧大开口/双侧大开口建筑模型，基于有限差分法，建立了该模型的一维非稳态传热方程的离散方程组，联立自然通风量计算公式，同时以脉动风速序列和随机平均风速序列分别作为建筑开口高度处的远处来流风速，据此编制Matlab程序进行数值求解。最后，得到两种风速条件下室内温度的变化规律，以及内外蓄热体特性、内热源及开口面积等因素对室内温度衰减系数和延迟时间的影响。主要研究结论为:
　　(1)在脉动风及波动平均风条件下，室内温度相对室外温度均出现了明显的衰减和延迟，并且都以24小时为周期波动。平均风速相等时，两种风速下的室内温度波波幅均小于恒定风速下的室内温度波波幅。(2)当建筑内外蓄热体参数不变时，两种风速条件下，随着平均风速的增大，室内温度衰减系数都急剧增大，延迟时间都迅速减小，最后两者基本保持不变。(3)同种风速条件下，建筑内外蓄热体的热物性参数和尺寸对室内温度衰减系数和延迟时间的影响规律各不相同;建筑内外蓄热体的同一参数在不同风速条件下对室内温度衰减系数和延迟时间的影响规律也不相同。(4)室内平均温度与室内热源呈线性关系，但室内温度的衰减系数和延迟时间不随内热源变化。(5)两种风速条件下，随着开口面积的增加，室内温度的衰减系数均增大，延迟时间均减小，最后两者基本保持不变。以上的研究结果有助于指导自然通风和自然通风耦合建筑蓄热的设计。

目录

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摘要

插图索引

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．1．1 建筑能耗与可持续发展

1．1．2 自然通风技术

1．2 研究现状

1．2．1 自然通风量的计算方法研究

1．2．2 自然通风耦合蓄热的研究

1．2．3 自然风的非稳态特性研究

1．3 课题来源与研究内容

1．3．1 课题来源

1．3．2 研究内容与方法

第2章 自然风特性研究

2．1 平均风特性

2．2 脉动风特性

2．2．1 脉动风速

2．2．2 湍流强度

2．2．3 湍流积分尺度

2．2．4 功率谱密度函数

2．2．5 分形及混沌特性

2．3 自然风的实测

2．3．1 风速采样

2．3．2 风速样本分析

2．4 自然风的模拟

2．4．1 脉动风的模拟

2．4．2 随机平均风速的模拟

2．5 结论

第3章 单侧大开口自然通风室内温度分析

3．1 建筑单侧大开口通风量计算

3．2 自然通风与建筑蓄热耦合模型的建立

3．2．1 建筑模型

3．2．2 建筑热过程的求解模型

3．3 脉动风速条件下室内温度影响因素分析

3．3．1 纯风压作用

3．3．2 风压热压共同作用

3．4 随机平均风速条件下室内温度影响因素分析

3．4．1 纯风压作用

3．4．2 风压热压共同作用

3．5 结论

第4章 双侧大开口自然通风室内温度分析

4．1 建筑双侧大开口通风量计算

4．2 脉动风速条件下室内温度影响因素分析

4．2．1 平均风速大小对室内温度的影响

4．2．2 外墙特性对室内温度的影响

4．2．3 内蓄热体特性对室内温度的影响

4．2．4 室内热源对室内温度的影响

4．2．5 建筑开口面积对室内温度的影响

4．3 随机平均风速条件下室内温度影响因素分析

4．3．1 平均风速大小对室内温度的影响

4．3．2 外墙特性对室内温度的影响

4．3．3 内蓄热体特性的影响

4．3．4 室内热源对室内温度的影响

4．3．5 建筑开口面积对室内温度的影响

4．4 结论

结论与展望

参考文献

致谢

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