基于自然通风的SARS传播和自然通风理论研究

摘要

建筑节能和改善室内空气品质是建筑可持续发展的两大主题.自然通风是实现建筑可持续发展的一种重要技术.然而只有很好地控制自然通风,才能使自然通风达到建筑节能和改善室内空气品质的双重目的.探求自然通风规律及自然通风建筑中的污染物的传播规律对自然通风系统的设计和控制、自然通风技术的有效利用以及控制污染物(如含SARS病毒颗粒物)的传播具有重要意义.首先回顾了关于SARS传播途径的研究进展、自然通风理论研究进展及自然通风研究方法,然后介绍了多区气流流动模型MIX.关于香港淘大花园SARS大规模感染事件中的SARS传播途径,众说纷纭,其中存在空气传播途径的猜测.针对香港淘大花园SARS病毒颗粒物的传播这种复杂的特殊问题,该论文对MIX模型作了一些合理和创造性的处理,预测了香港淘大花园E座建筑各公寓的SARS病毒颗粒物浓度在SARS爆发期间的动态变化以及空气流动情况.将所模拟的结果与受感染的案例的空间分布进行对比发现,淘大花园E座各公寓的受感染的案例与由MIX模拟的结果存在一定的对应关系.据此可证实,空气传播是香港淘大花园SARS感染事件中SARS传播的重要途径,而风力和热羽的作用是引起空气流动的诱因.该文改进并拓展了英国自然通风标准BS5925中的风力与热浮力共同作用的四开口建筑的自然通风的风量计算模型.分析了风力与热浮力共同作用的四开口建筑的自然通风可能存在四种流动模式,即强风力主导的流动模式、弱风力主导的流动模式、强热浮力主导的流动模式和弱热浮力主导的流动模式.随着风力与热浮力的相对大小的变化,强风力主导的流动模式与强热浮力主导的流动模式之间发生转换,弱风力主导的流动模式或弱热浮力主导的流动模式成为它们转换的过渡流动模式.将热平衡方程与自然通风量计算模型进行耦合并引进一些特性参数得到热源强度给定情况下的自然通风量计算模型以及自然通风动态过程控制方程,并采用非线形动力学方法分析了自然通风量平衡解的稳定性及自然通风动态过程对初值的依赖性,最后用MIX验证了该文提出的模型.

目录

文摘

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符号说明

第1章绪论

1.1本研究课题的学术背景与理论及实际意义

1.2 SARS传播途径的研究概况

1.3自然通风研究概况

1.3.1自然通风理论计算研究概况

1.3.2自然通风研究方法及工具回顾

1.4本研究课题的来源及主要研究内容

第2章控制方程和MIX模型

2.1概述

2.2自然通风计算控制方程

2.2.1连续性方程

2.2.2孔口流量计算方程

2.2.3能量平衡方程

2.2.4布辛涅斯克(Boussinesq)近似

2.3 MIX模型

2.3.1 MIX模型的假设

2.3.2模型中几何参数的定义

2.3.3数学模型

2.3.4数学模型的求解

2.4小结

第3章基于自然通风的SARS传播途径的研究

3.1概述

3.2香港淘大花园SARS感染事件的概况

3.2.1淘大花园E座感染SARS的居民人数统计数据分析

3.2.2淘大花园建筑概况

3.2.3淘大花园居民受SARS感染期间的香港的气象条件

3.2.4对淘大花园SARS感染事件的调查

3.3 E座建筑中SARS传播过程的模拟

3.3.1渗透面积的确定

3.3.2风压系数的计算

3.3.3热羽(Plume)流量计算

3.3.4污染源强度的计算

3.3.5通风模式的确定

3.3.6预测方法

3.4结果分析与讨论

3.4.1 E座各公寓的SARS病毒颗粒物浓度变化

3.4.2通风模式对SARS病毒颗粒物传播的影响

3.5小结

第4章四开口建筑自然通风的风量计算模型

4.1 概述

4.2热浮力单独作用的自然通风

4.3风力单独作用的自然通风

4.4风力与热浮力共同作用的自然通风

4.4.1 BS5925风量计算模型的转换条件

4.4.2强风力主导和强热浮力主导的流动模式的理论解

4.4.3弱风力主导和弱热浮力主导的流动模式存在的条件

4.5动态特性分析

4.5.1动态特性控制方程及其Jacobi矩阵的特征值

4.5.2动态特性控制方程的平衡点的稳定性

4.6模型的验证

4.6.1温度给定问题理论模型的验证

4.6.2热源给定条件下多解问题的验证

4.6.3四种流动模式间的相互转换的验证

4.6.4动态特性验证

4.7结果分析

4.7.1温度给定问题

4.7.2热源给定问题

4.7.3围护结构的传热对多解问题的影响

4.7.3四种流动模式间的相互转换

4.7.4动态特性分析

4.8小结

结论

参考文献

致谢

附录A攻读硕士学位期间所发表的学术论文

附录B给定热源情况下理论解的推导

附录C弱风力主导和弱热浮力主导的流动模式存在条件

附录D平衡点的稳定性