干扰效应对高层住宅建筑自然通风影响的研究

摘要

与空调系统相比,采用自然通风既节能环保又能提供良好的室内空气品质,因此,重又受到建筑业的关注.然而,建筑物自然通风的影响因素很多,尤其是高层住宅建筑物的自然通风,由于其自身的特性和相邻建筑物之间的干扰效应,使得自然通风的主要决定因素之一——风压系数Cp在建筑物外表面上的分布变得非常复杂,即使在同一面外墙上,Cp在水平方向和垂直方向的变化都是不容忽视的.然而,中国现行规范规定的Cp值取表面上的平均值的做法不能为自然通风的设计提供真实、准确的依据.该课题应用计算风工程学(CWE-Computational wind Engineering)理论对高层住宅建筑物外表面上的Cp分布及建筑物间的干扰效应对Cp分布的影响进行较为全面、系统的研究.该课题的研究扩展了干扰效应的研究领域,因为以往的干扰研究主要针对建筑物的风荷载,几乎没有涉及自然通风领域.该文对散布在香港九龙、港岛和新界地区的1000多座高层住宅建筑物进行建筑物外形的调查,分析、归纳出常见的高层住宅建筑物外形,并对该外形的建筑物及其他外形建筑物的自然通风进行数值模拟比较,推断出影响高层住宅建筑物自然通风的主要因素,并总结出有利于自然通风的高层住宅建筑物外形及最佳的开窗位置.在数值计算中,没有一种模拟方法适用于CWE领域的所有问题.该文通过对数值模拟方法的分析研究,确定适合该课题的紊流模型、网格技术及流场参数,并通过风洞实验对所采用的模拟方法进行验证.利用该数值方法,该文分别对单体高层住宅建筑物的自然通风、两幢高层住宅建筑间的干扰效应和多种建筑布局的建筑群间的干扰效应进行研究,分析各种影响因素,探讨作用机理,提出自然通风干扰因子IFcp',以此作为建筑物间的干扰效应对自然通风影响的评价参数.由于干扰效应非常复杂,以往的干扰研究一般只针对一个或两个施扰建筑物,很少涉及大群建筑物间的干扰效应.但高层住宅建筑群中建筑物的数目多于3个的比比皆是,因此,该课题以8幢和9幢建筑物组成的等高行列式建筑群、等高错列式建筑群、非等高行列式建筑群、非等高错列式建筑群、设有空中花园的建筑群及香港某一拥有2l幢高层住宅建筑物的实际小区为研究对象,针对来流入射角、建筑物间距、建筑物高度、建筑物上空中花园的体积及建筑群布局,对建筑群间干扰效应在自然通风中的影响进行较为研究.提出有利于建筑物自然通风的高层住宅建筑物设计和高层住宅建筑群规划的建议,供规范修订、补充时参考,为将自然通风广泛应用于实际建筑工程中做了一些基础研究工作.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1自然通风的研究

1.2建筑物间干扰效应的研究

1.3本课题的研究工作

第二章香港住宅建筑物的分析研究

2.1香港自然条件的分析

2.1.1地理

2.1.2气候

2.1.3人口

2.2香港的住宅建筑的发展及现状

2.3香港住宅建筑环境评价方法

2.3.1香港住宅建筑环境评价方案(HK-BEAM 3/99)

2.3.2 HK-BEAM 3/99中涉及到建筑外流场分布的条款

2.4香港高层住宅建筑物外形的调查

本章总结

第三章风工程和自然通风

3.1风工程

3.1.1风工程的研究回顾

3.1.2建筑物周围风环境的研究

3.1.3风工程在住宅建筑小区规划设计中的应用

3.2建筑物的自然通风

3.2.1热压作用下的自然通风

3.2.2风压作用下的自然通风

本章总结

第四章计算风工程(CWE)

4.1 CWE的发展和现状

4.2数值计算

4.2.1控制方程

4.2.2紊流模型

4.2.3数值方法

4.3计算流体力学常用软件

4.3.1计算流体力学常用软件简介

4.3.2 Fluent计算软件

本章总结

第五章高层住宅建筑物自然通风的数值模拟和风洞实验研究

5.1应用CWE研究高层住宅建筑物的自然通风

5.1.1计算域

5.1.2网格技术

5.1.3物理模型

5.1.4紊流模型

5.1.5来流湍流度

5.1.6来流速度

5.2数值模拟方法的风洞试验验证

5.2.1 风洞试验技术与工况

5.2.2被验证的数值模拟方法

5.2.3数据分析

5.3高层住宅建筑物自然通风模拟研究的工况设计

5.3.1单体香港常见高层住宅建筑物自然通风模拟研究的工况设计

5.3.2两幢香港常见高层住宅建筑物自然通风模拟研究的工况设计

5.3.3高层住宅建筑群中建筑物自然通风模拟研究的工况设计

本章总结

第六章高层住宅建筑物自然通风的分析研究

6.1单体香港常见高层住宅建筑物自然通风的研究

6.1.1来流入射角对单体高层住宅建筑物自然通风的影响

6.1.2建筑物外形对单体高层住宅建筑物自然通风的影响

6.1.3单体高层住宅建筑物自然通风的二维模拟三维模拟结果的比较

6.2两幢香港常见高层住宅建筑干扰效应对建筑物自然通风的影响

6.2.1来流入射角的影响

6.2.2建筑物间距的影响

6.3建筑群干扰效应对建筑物自然通风的影响

6.3.1建筑群二维模拟和三维模拟结果的比较

6.3.2等高建筑群中的干扰效应

6.3.3非等高建筑群中的干扰效应

6.3.4设有空中花园的建筑群中的干扰效应

6.3.5实际住宅建筑小区中的干扰效应

本章总结

第七章结论

参考文献

博士期间发表的论文和参与科研项目的说明

附录

致谢