Trombe墙结构对双层建筑室内热环境的影响

摘要

随着能源问题的日益凸显，节能环保这一主题逐渐的受到各个国家的重视，建筑能耗在我国社会总能耗中占有相当大的比重，我国的建筑存在数量大、建筑结构不合理、耗能多等特点，这已经严重影响了我国经济发展。Trombe墙结构通过利用太阳能来增强自然通风，可以达到夏季通风冬季保温的特性，这对于缓解能源压力，促进绿色建筑的发展有着重要的意义。 本文以农村常见的二层建筑为模型，在青岛市搭建了带有Trombe墙结构的双层建筑实验台，在夏、冬两季，对实验台内与室外的热环境参数进行了测量与分析。结果表明：在夏季，室内温度与风速与太阳辐射强度变化趋势相同，先升高后降低。在夏季，室内温度低于室外温度，其值相差1℃到2℃左右，上层温度低于下层温度其值相差0.5℃到1℃左右，最高太阳辐射出现在13:00左右，其值为1083W/m2，夏季太阳辐射较高时，室内风速在0.4m/s以上；在冬季，室内温度高于室外温度，太阳辐射较高时（10:00-14:00），室内温度高于室外温度9~10℃左右，上层温度高于下层温度，其值相差0℃到1℃左右。在夏季Trombe墙结构能够有效的增强室内通风，降低室内温度；在冬季Trombe墙结构能够有效的提升室内温度，提升热舒适性，在太阳辐射较强的时候，Trombe墙结构的热压作用较为明显。 采用Fluent计算软件，依据实验所得到的数据，对夏季、冬季带有Trombe墙结构的双层建筑进行了数值分析。在夏季与冬季，数值计算的结果与实验结果变化趋势相同，差异分别小于6.8%与12%，模拟方法正确。夏季室内温度分布都相对均匀，室内大部分区域的温度都保持在20℃左右，室内一层主要区域内的风速在0.1m/s左右，室内二层主要区域内的风速在0.05m/s左右。与普通房间相比，带有Trombe墙的室内温度低于普通房间室内温度大约0.5℃到3℃左右。因此夏季Trombe墙结构可以较好地改善双层建筑的室内热环境。冬季双层建筑的上层空气的流速要高于下层，室内大部分区域的空气流速都保持在0.1m/s到0.2m/s左右；双层建筑的上层温度要高于下层，室内上层大部分区域的气温都高出室外气温6℃到9℃，通过模拟可知，与普通房间比较，Trombe墙结构可以提升室内温度2.25到9.65℃左右。由此可知，Trombe墙结构可以有效的提升室内温度。 根据热舒适性理论与PMV-PPD指标计算体系。对夏冬两季带有Trombe墙结构的双层建筑室内的热环境进行了分析。结果表明，在夏季PPD指标的变化趋势与PMV指标的变化趋势类似，整体呈现先增大后减小的趋势，在早上11点之前与下午四点之后处于舒适的状态，其余时间处于偏热的状态。其中下层的热舒适性要优于上层。冬季PMV数值先增加后减小，9:00到11:00之间，PMV值小于0，热感觉为微凉的状态；在11：00到15:00之间，PMV数值为正值，热感觉为微热的状态，15:30与18:00时刻已经小于1，最低值为-1.26，热舒适感觉为凉，上层PMV数值大于下层；PPD指标呈现先减小后增大，再减小后增大的趋势，其值在5%到55%之间变化。因此可知，在夏冬两季，Trombe墙结构能够有效的改善室内热环境，提升人体的热舒适度。

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摘 要

1 绪论

1.1 课题背景及意义

1.1.1 我国建筑能耗现状

1.1.2 太阳能的利用

1.1.3 建筑节能中太阳能的利用

1.2 Trombe墙结构的研究现状

1.2.1 国内外研究现状

1.2.2 研究的目的与意义

1.3 课题的主要研究内容与研究方法

2 自然通风的作用原理

2.1 热压作用下的自然通风

2.2 风压作用下的自然通风

2.3 风压与热压作用下的自然通风

3 带有Trombe墙结构的双层建筑的实验研究

3.1 带有Trombe墙结构双层建筑实验台

3.1.1 主要实验仪器与设备

3.1.2 测点布置

3.1.3 实验步骤

3.2 夏季实验结果与分析

3.2.1 室内外空气温度与太阳辐射强度变化趋势

3.2.2 通道内不同温度点变化趋势

3.2.2.1 烟囱通道纵向方向的温度变化

3.2.2.2 烟囱通道横向方向的温度变化

3.2.3 建筑上下层室内风速的变化

3.3 冬季实验结果与分析

3.3.1 室内外空气温度随太阳辐射的变化趋势

3.3.2 通道内不同温度点变化趋势

3.3.2.1 烟囱通道纵向方向的温度变化

3.3.2.2 烟囱通道横向方向的温度变化

3.4 本章小节

4 带有Trombe墙结构双层建筑的数值分析

4.1 实验模型描述

4.2 基于Fluent分析软件的数值模拟

4.2.1 物理模型的建立

4.2.2 数学模型的建立

4.2.2.1 控制方程

4.2.2.2 湍流方程

4.2.2.3 壁面函数法

4.2.3边界条件

4.2.3.1 夏季边界条件的设定

4.2.3.2 冬季边界条件的设定

4.3数值模拟的结果与分析

4.3.1 夏季数值计算结果分析

4.3.1.1 夏季数值计算结果与实验结果的比对

4.3.1.2 夏季数值计算分析

4.3.1.3 夏季有无Trombe墙的对比

4.3.2 冬季季数值计算结果分析

4.3.2.1 冬季季数值计算结果与实验结果的比对

4.3.2.2 冬季Trombe墙结构对双层建筑室内热环境的影响

4.3.2.3 冬季有无Trombe墙比较

4.4 本章小节

5.1 热舒适定义与影响人体热舒适的因素

5.1.1 Fanger热舒适理论与方程

5.1.2 PMV指标

5.1.3 PPD指标

5.2 夏季带有Trombe墙结构双层建筑室内PMV-PPD指标计算

5.2.1 夏季带有Trombe墙结构双层建筑室内PMV指标计算

5.2.2 夏季带有Trombe墙结构双层建筑室内PPD指标计算

5.3 冬季带有Trombe墙结构双层建筑室内PMV-PPD指标计算

5.3.1 冬季带有Trombe墙结构双层建筑室内PMV指标计算

5.3.2 冬季带有Trombe墙结构双层建筑室内PPD指标计算

5.4 本章小节

6 总结与展望

6.1 主要结论及创新点

6.1.1 主要结论

6.1.2 创新点

6.2 展望

攻读硕士学位期间已发表（录用）论文