章宇峰[1]2004年在《自然通风与建筑热模型耦合模拟研究》文中研究表明自然通风和渗透对建筑能耗具有重要影响。一方面由通风和渗透造成的空调能耗在建筑总能耗中的占有相当大的比例;另一方面,以自然通风为主要手段的被动式通风系统可以部分取代主动式空调,从而减少建筑能耗。目前国内外还缺乏有效的用于定量分析自然通风和渗透问题的工具,这使得研究人员和工程人员在分析建筑能耗、动态模拟室内热环境以及设计被动式通风系统等问题上受到了极大的限制。本论文针对自然通风与渗透的特点,力图为建筑能耗动态模拟软件DeST开发专用通风计算模型,解决通风和渗透计算以及被动式通风系统设计方面的难题。主要取得了以下成果:首先,通过文献调研,指出区域网络模型和建筑热模型的耦合计算是解决上述问题的有效途径;并且对区域网络模型的算法原理进行研究和总结,论证了在两个基本条件下,多区域网络模型算法解的存在性和唯一性;开发出基于该算法的通风计算模块,并嵌入到DeST中,实现了热模拟模型与通风模型的耦合计算。其次,研究了区域网络模型中对建筑表面风压的简化处理方法,分析了各种计算风压系数方法的优缺点和适用范围;应用CFD模拟技术,提出了高层建筑表面开口对风压系数的修正方法;为准确输入通风模型计算的边界条件提供了保证。第叁,对建筑通风网络中常见的阻力模型进行了分析和总结,对双流向大开口支路阻力模型进行了合理简化,推导出其积分形式的解析式,提高了程序的计算效率。第四,通过不同实验对通风程序进行验证,实验结果表明,通风程序在纯热压通风,纯风压通风以及热压和风压耦合作用下的贯流通风这些问题上,可以得到比较满意的结果。最后,应用已开发的通风与热模拟耦合计算程序对叁个具体问题进行了模拟分析,证明了该程序在建筑动态模拟、能耗分析、辅助建筑设计等方面的的实用性。
唐超[2]2012年在《高大工业厂房自然通风条件下逐时能耗分析》文中进行了进一步梳理自然通风是一项无能耗的通风技术，利用得当可以解决建筑中的通风和排热等问题，在降低高大空间厂房能耗时，利用自然通风是一个很好的选择。高大工业厂房有其独特的建筑特性，如高度高易产生热分层现象、跨度大通风在横向上难实现、容积大从而能耗大等。如何在大空间建筑中充分的利用自然通风，形成合理的气流组织，达到室内热舒适性的同时减少能耗,具有十分重要的理论意义和实际价值。在实际情况下，影响自然通风的因素众多，且各个因素同时都在变化。如何分析高大工业厂房的自然通风影响因素作用效果是必要的。同时目前相关的能耗软件计算通风时使用的多为集总参数法，这针对垂直方向温度易出现分层的高大厂房的计算结果值得质疑。论文的研究目的是实现分布参数法计算通风量与集总参数法计算能耗相耦合，分析高大工业厂房逐时能耗。论文的研究成果，以一间高大厂房为例，首先使用CFD模拟手段，应用正交试验法对一间工业厂房在外界因素同时变化时自然通风状况下的平均温度与通风量进行了模拟，分析了在文中给定的因素水平下各因素对自然通风的影响，同时将模拟值进行了数学回归。而后将通风模型（CFD拟合关系式）与能耗软件DeST耦合，针对上述特定厂房计算了第一季度1040个工作时的逐时室内温度。并分析了节能潜力、经济效益及碳排放量。
高军[3]2007年在《建筑空间热分层理论及应用研究》文中提出热分层对于降低建筑能耗、改善室内空气品质和提高热舒适度具有重要意义,是同步实现建筑有效用能和有效改善人工环境的关键因素,因而成为建筑环境与能源领域的研究热点之一。建筑空间热分层效应是空气运动过程中一种难以把握的复杂现象,如何有效地利用热分层尚缺乏可靠的数学仿真模型,还需要解决诸多的理论问题。在数学模型研究方面,本课题从热分层的基本理论研究入手,首先,揭示了热分层作用下的湍流运动规律,改良了常规的高Re数湍流涡黏模式;其次,研究了热分层与室内负荷/能耗的关联性,从分布参数角度提出了一个预测热分层建筑室内负荷的简化数学模型—区域模型,最后针对气流湍流状况与热分层空间HVAC负荷的高度关联性、两者数学模型的良好互补性,进而提出了将湍流与区域模型耦合的数学仿真新方法。本课题首先指出了室内热分层湍流区别于常规各向同性湍流的特殊性与复杂性,着重研究了常规的充分湍流的EVM/EDM(Eddy viscosity model/Eddy diffusivity model)模型的不足,分别探讨了Reynolds应力和湍流热通量、湍流黏性系数及湍流Prandtl数的热分层修正方法,总结出了热浮力和剪切应力耦合作用下的热分层湍流机理,还简要讨论了室内不稳定热分层作用下的湍流现象。基于RNG(Renormalization group)湍流模式理论架构的严密性,本文从其对热分层的适应性入手,对其进行了必要改良,最后在RNG良好的理论框架内构建了一个改进模型—RNG k-ε-A模型。同时,对近壁区无因次速度、湍流参数分布计算方法进行了热分层适应性改良,提出了一个复合壁面函数。新湍流模型结合新壁面函数具有较高的可靠度和理想的经济性,能满足建筑热分层环境的准确的数值仿真和评价。基于目前“单点”热平衡的集总参数法掩盖热分层对建筑负荷/能耗影响的现实状况,本课题又从适度分布参数目标出发,提出并完善了一种基于室内热分层的分区热、质平衡模型—热分层区域模型,明确了其中空气层温差换热系数的物理意义,给出了其与空气层湍流水平相关的新定义,解决了热分层条件下的室内负荷计算和能耗预测的问题。单一的湍流模型或区域模型计算应用缺乏完备的参数条件,因而不能有效地进行室内环境评价与建筑能量模拟,而CFD/NHT(Computational fluiddynamics/Numerical heat transfer)与区域模型之间恰好在计算条件上具有良好的互补性和高度的依赖性。基于此,本课题提出了将两个尺度数学模型耦合起来应用的新方法,研究了耦合模拟的数据传递、耦合方案等问题,为热分层建筑的环境与能量的有效预测、评价提供手段。以上述的数学模型研究为基本框架,本课题进行了广泛的模型验证工作,并采用所建数学模型对建筑空间的热分层效应进行了应用研究。在模型验证方面,本课题采用盐水模型和空气足尺实验对典型室内热分层现象进行了实验研究,获得了室内热分层规律的相关数据,有效验证了热分层的湍流数学模型。本课题还广泛应用文献中的热分层LES(Large eddy simulation)和实验数据对新建湍流模型进行了深入考核和验证。对区域模型的验证则采用了实验数据和CFD仿真结果相结合的办法,对其中的两个关键参数(空气层温差换热系数和表面对流换热系数)给出了准确的数值解析方法,有利地克服了区域模型的经验性。在应用研究方面,本课题首先采用新湍流模型对热分层的内波效应、污染物扩散效应及室内负荷折减效应进行了应用研究:建立了室内热分层物理稳定性的简化热力学判据,确定了内波的理论计算公式,并采用数值手段捕捉到了稳定热分层内波频率与横流产生的低频波;研究了室内热分层对污染物扩散影响;对空调的室内负荷折减系数进行了定义,通过数值手段计算了地板送风系统的室内负荷折减系数。上述应用研究为解决热分层湍流数值仿真的困难、深入认识热分层空间室内空气品质和挖掘热分层的节能效率提供了理论依据。另外,本课题采用区-场耦合模拟手段对高大空间分层空调环境进行了应用研究,分析了上部通风对空调区热环境及负荷的影响,并给出了高大空间上下热量迁移与空调区负荷的计算方法。本课题的研究内容包括热分层湍流的理论研究、湍流数学模型的改良与验证、热分层区域模型的建立与验证、区-场耦合模拟的基本理论与方法以及针对建筑空间热分层的应用研究,采用了理论、数值和实验相结合的研究方法。课题研究的突出意义在于建立起了室内热分层湍流规律与建筑能量、室内环境的内在关联性,提供了现代建筑环境与能量预测、评价的理论框架。
黄河[4]2013年在《北方高层住宅自然通风评价方法研究》文中进行了进一步梳理伴随中国城市化进程和经济发展，中国住宅能耗快速增长，住宅建筑节能议题受到越来越多人的重视。自然通风利用风压、热压进行通风，不仅能提高室内空气质量，还能有效降低住宅空调能耗。利用自然通风降低住宅空调能耗，是住宅建筑节能的重要手段。已有的住宅自然通风研究多只针对单一时刻工况，以室内气流分布、温度为评价指标，缺乏从全年通风量、能耗角度对住宅自然通风效果进行评价，难以为设计人员提供参考。为了解决上述问题，本文采用建筑能耗耦合分析法，以建筑全年自然通风平均换气次数N、全年累计冷负荷节约率ACSR为评价指标，对北方高层住宅的自然通风效果展开了如下研究：首先，改进建筑能耗耦合模拟软件DeST-VentPlus，提升其易用性及可靠性。主要改进工作包括优化拓扑识别流程，使其自动识别孤立节点；修改软件算法，提升运算速度；添加了矩形建筑风压系数自动计算模块等。其次，通过文献调研归纳总结了常见的四类北方高层住宅平面：板楼、V型塔楼、方形塔楼、十字形塔楼。模拟计算四类高层住宅平面的自然通风效果，考察住宅平面、通风面积窗地比、建筑密度、建筑层数、室内内热源大小对于自然通风效果的影响。模拟结果表明，自然通风能有效降低室内的空调负荷，并提升室内空气品质。以北京市18层的孤立住宅建筑为例，在5%的通风面积窗地比下，住宅的全年自然通风平均换气次数N达到了8次以上，住宅的全年累积冷负荷节约率ACSR达到了60%以上，节约不少于7kWh/(m2·a)的空调电耗。第叁，分析住宅的负荷、通风特性，结合大量模拟结果，总结一套北方高层住宅自然通风效果快速评价方法。提出了考虑建筑平面、建筑密度、层数、城市气象参数等影响因素的自然通风换气次数速算方法；提出换气次数N-冷负荷节约率ACSR的对数拟合公式，能快速估算不同自然通风换气次数下的全年累积冷负荷节约率。本文改进了建筑能耗耦合模拟软件DeST-VentPlus的计算性能，搭建了北方常见高层住宅平面的自然通风建筑能耗计算模型，根据模拟分析提出了一套北方高层住宅自然通风效果的快速计算方法，可用于评价优化北方高层住宅自然通风效果。
张明瑞[5]2011年在《自然通风耦合模拟分析及设计导则研究》文中研究说明自然通风作为最传统的人类营造舒适的居住环境的手段之一，长久以来都是建筑设计中非常重要的一个考虑因素。但是随着现代建筑越来越依赖空调系统调节室内环境温湿度，以机械通风方式来保证室内健康通风，自然通风的作用逐渐被忽视。尤其在高层办公建筑中，由于自然通风的不确定性无法时刻保障室内环境的舒适，很多建筑都采用了密闭式设计，完全不可应用自然通风。自然通风由于和自然气象条件密切相关，所以有不确定性和随机性。但是从统计的意义来看，自然通风仍然是可以被定量的计算分析并加以应用的。一些国内外的文献提供了计算自然通风的方法，并有一些软件实现了自然通风的模拟计算。但是自然通风是与热环境密切相关的，对于连续的自然通风与热模拟耦合计算目前还没有成熟的手段解决。对于自然通风过程中风压的处理，单侧通风的计算等问题也处理得不够完善。本文针对这一计算、分析、设计需求展开了以下研究：首先，本文通过文献调研综述了目前自然通风的研究现状。整理了目前自然通风计算中常用的方法，评估自然通风效果的不同方法以及自然通风状态下的热舒适指标。指出工程中目前常用的单点典型时刻计算和气候适应性评价法的不足，提出了全年耦合计算配合能耗分析的方法研究自然通风问题。其次，基于这一方法评估目前市面上的商用软件，调研发现没有适合需求的研究工具，于是在清华大学能耗模拟平台DeST的基础上开发通风模块Vent以实现通风与热的全年耦合模拟计算。归纳了自然通风计算中需要输入的参数，介绍了DeST-Vent实现的数学与物理基础（多区域网络法）和计算实现流程并用其他软件结果和一个实测实验验证了DeST-Vent的准确性。第叁，基于全年8760小时的自然通风模拟评价研究，论文分析了可能影响自然通风效果的因素，并将其中的主要因素进行归纳整合，提出从4个不同角度分析，分别为：建筑自然通风的形式，建筑周边环境布局，建筑自然通风控制温度以及建筑所处气候区域。加以分析得到4种影响自然通风效果的规律。并提出用于建筑设计初期快速定量评价自然通风效果的速查公式。
章宇峰, 林波荣, 朱颖心[6]2004年在《自然通风与建筑热模型的耦合模拟研究》文中进行了进一步梳理本文介绍了一种新的用于预测建筑自然通风风量的计算方法——多区域网络模型算法。对模型的假设条件、物理描述以及数学求解进行了阐述。同时还介绍建筑能耗模拟软件 DeST 的计算模型,在此基础上提出了通风模型与建筑热模型耦合模拟计算的总体思路和方法,并对该方法的应用前景进行了展望。
石玉洋[7]2016年在《徽州传统民居冬季热压自然通风研究》文中指出徽州传统民居是我国传统民居的重要流派,是祖先勤劳与智慧的结晶。近年来,安徽省黄山市相关部门通过“百村千幢”、“改徽建徽”等政策对传统民居进行保护和传承。传统民居的被动技术值得传承和应用,但改徽建徽不能仅是建筑形式和风格上的继承。为避免改徽建徽的形式化,本文通过研究传统民居冬季室内环境的形成机理,针对传统民居存在的问题提出改进措施并对方案效果进行预测,为徽州传统民居的传承和改造提供指导依据。通过实测掌握徽州传统民居冬季室内环境的现状,采用计算流体动力学(CFD)的方法研究通风对室内环境的影响;采用建筑模拟(BS)的方法研究围护结构的热工性能、内热源强度、换气次数对室内环境的影响。利用Fluent建立室外风速和换气次数之间的数学模型,将此数学模型导入Trnsys中进行通风和热环境的耦合计算,利用耦合计算方法对优化方案进行效果预测。通过实测传统民居室内的温度、湿度、热舒适、气密性、壁面温度和地面温度,预测平均投票数(PMV)为-3,预测不满意百分比(PPD)为100%;门窗关闭的工况下厅堂和厢房的换气次数分别为10.1次/h、2.5次/h,厅堂和厢房的气密性较差,围护结构的保温性能不满足民用建筑节能设计标准的要求。理论分析得出单开口厢房、双开口厅堂、天井孔口等自然通风的通风量计算模型。研究门洞全开和全关工况下室内空气随室外环境的变化规律以及厢房门洞温度和速度的分布规律,厅堂内较多的气流漩涡和较大的空气流速是导致冬季厅堂内的温度低于厢房的主要原因,门洞关闭工况下厢房内的气温高于开启工况约2℃。厢房门洞进出空气流速的最大值分别位于门洞底部和顶部。传统民居室内的空气温度随着围护结构的热工性能、热源强度、气密性的增加而升高,其中通过增加气密性提升气温的效果最为明显。针对徽州传统民居存在的问题,参考德国被动房的设计规范,提出传统民居的优化方案。优化方案为:厢房围护结构的传热系数为0.15W/(m2·K),换气次数为0.6次/h,热源强度为10W/m2。利用Trnsys耦合计算对优化方案效果进行预测,冬季厢房内空气的平均温度为20.8℃,相对湿度为31.1%,满足现行舒适度标准的要求。通过增加气密性、辅热、围护结构热工性能,提高室内空气温度的贡献率分别为67%、7%、26%。
秦翠翠[8]2013年在《广州地区住宅通风技术研究》文中研究指明通风有助于减少建筑能耗，改善室内热舒适和室内空气品质。近年来对住宅建筑门窗的气密性要求提高，很难依靠门窗渗透实现室内卫生通风，住宅建筑面临空调使用时需要解决卫生通风的问题。另一方面，在室外温度适合开窗自然通风降温时，受建筑布局影响，部分房间通风量难以保证，无法实现降温的目的，在室外大风、降雨、空气和噪声污染时，甚至无法开窗利用自然通风进行降温，住宅建筑面临强化舒适通风减少空调运行时间的问题。为使住宅能高效地实现卫生通风和舒适通风达到节能和改善室内空气品质的目的，本文对广州地区的住宅通风技术及其节能效果进行了研究，主要完成了以下几项工作：首先，基于通风降温，建立了可用于住宅通风设计的最佳通风换气次数预测方法。通过对广州近年来的住宅设计作广泛调研，获得卧室基本设计参数，建立典型卧室几何模型。使用正交试验法确定模拟工况，通过DeST-h软件模拟分析卧室基本设计参数和换气次数对卧室冷负荷的影响，并通过多元线性回归建立了卧室冷负荷的预测模型，引入卧室最佳通风换气次数的概念用于住宅通风设计并给出其计算公式。广州地区10~21m~2的双人卧室，当通风节能变化率下限取10%/次和5%/次时，最佳换气次数分别为11.95~13次/h，21.95~23次/h，通风节能率分别为18~30%，35~55%。其次，基于舒适、节能、室内空气品质的要求，从系统设计、硬件实现及控制策略等方面，研制了空调机和通风机联动控制的住宅通风空调系统，通过实验验证了系统按照控制策略及设定参数运行，室内温度和相对湿度均能保持在设定范围内，系统运行稳定可靠。并对通风空调系统、空调和自然通风叁种工况下的室内热环境和耗电量进行了实验研究，当通风空调系统和空调房间室内热环境接近时，与空调相比，通风空调系统夜间开启室内上限温度为27~29℃时，测试期间每天节能率为20.93~61%。第叁，借助DeST-h软件计算变通风条件下住宅室内温度及冷负荷的功能，利用其计算结果，判断通风运行时段，并编写风机耗电计算模块完善住宅建筑通风空调系统耗电量综合评价方法，定量评价了某实际房间通风空调系统全年的节能效果，给出了系统回收期，系统夜间开启室内温度设定范围为26~29℃时，通风节能率为54.51%。最后，采用PHOENICS研究了通风空调系统各设备不同布局下的室内热环境，给出合理布局的应用建议，为通风空调系统的应用提供参考。
黄河, 李晓锋, 张明瑞, 李丞[9]2012年在《自然通风建筑能耗全年模拟研究》文中研究表明自然通风是降低建筑能耗的重要手段。现有的软件工具难以准确计算自然通风条件下的全年建筑能耗,限制了自然通风在建筑节能设计中的应用。本文从自然通风计算及耦合计算两方面进行改进,提出了一套可靠、准确的自然通风与热环境耦合计算的模拟方法和对应的评价指标。而后,以建筑能耗模拟软件DeST为平台,开发出了自然通风风量及建筑能耗的全年逐时模拟软件DeST-Vent+。利用DeST-Vent+软件对北京地区3种自然通风类型下办公建筑的全年空调冷负荷进行了模拟计算,分析了不同通风形式的节能潜力。
彭畅[10]2012年在《正弦波动风速下建筑通风与蓄热对室内温度影响研究》文中提出当今世界面临着能源与环境的巨大挑战，建筑节能技术的开发与应用已经成为全球学者讨论的热点话题之一。自然通风技术作为一种被动式技术，能够利用自然能源且不依靠传统空调设备仍能维持适宜的室内环境。自然通风应用效果与建筑蓄热密切相关，不同的建筑蓄热体对室内温度影响不同。本文基于正弦波动风速来流条件，探讨建筑内外蓄热体对室内温度波动的影响规律。本文在对建筑自然通风与蓄热进行综述的基础上，详细阐述了自然通风和蓄热的基本理论，然后建立了一个单区两开口建筑模型，在正弦波动风速来流条件下，建立室内热平衡方程；通过改变正弦波动风速条件、建筑蓄热体的物性参数、面积、材料和室内热源等进行计算分析，得到了室内温度衰减系数和延迟时间的变化规律；最后利用Airpak软件建立了建筑通风与蓄热的物理模型，在正弦波动风速来流条件下对室内温度场进行模拟和分析。研究结果表明：（1）在定风速和正弦波动风速来流条件下，室内温度相对室外温度均出现了明显的衰减和延迟现象，并且都保持周期为24小时的波动变化规律。在风速平均值相等的两种不同来流条件下，正弦波动风速下的室内温度波动幅度小于定风速下的室内温度波动幅度。（2）当建筑内外蓄热体参数不变时，在正弦波动风速来流条件下，不同的风速平均值、波动幅度和波动周期都会对室内温度波动产生影响。其中，平均风速的变化影响最大。随着平均风速的增大，室内温度衰减系数先急剧增大然后基本保持稳定，延迟时间的变化则是迅速减小后也基本保持不变。（3）在正弦波动风速来流条件下，建筑内外蓄热体的物性参数、面积和材料对室内温度衰减系数和延迟时间的影响具有不同的变化规律，但室内平均温度基本保持不变。而室内热源的变化对室内温度波动没有影响，室内平均温度与热源的变化呈线性相关。（4）定风速和正弦波动风速来流条件下室内温度分布相似，温度从两传热外墙处逐渐向房间中心递减，中部区域温度分布趋于均匀，但正弦波动风速条件下，房间内各点温度更接近室内平均温度值，风的波动特性使室内空气混合的更充分。
参考文献：
[1]. 自然通风与建筑热模型耦合模拟研究[D]. 章宇峰. 清华大学. 2004
[2]. 高大工业厂房自然通风条件下逐时能耗分析[D]. 唐超. 北京建筑工程学院. 2012
[3]. 建筑空间热分层理论及应用研究[D]. 高军. 哈尔滨工业大学. 2007
[4]. 北方高层住宅自然通风评价方法研究[D]. 黄河. 清华大学. 2013
[5]. 自然通风耦合模拟分析及设计导则研究[D]. 张明瑞. 清华大学. 2011
[6]. 自然通风与建筑热模型的耦合模拟研究[C]. 章宇峰, 林波荣, 朱颖心. 绿色建筑与建筑物理——第九届全国建筑物理学术会议论文集（一）. 2004
[7]. 徽州传统民居冬季热压自然通风研究[D]. 石玉洋. 安徽工业大学. 2016
[8]. 广州地区住宅通风技术研究[D]. 秦翠翠. 华南理工大学. 2013
[9]. 自然通风建筑能耗全年模拟研究[J]. 黄河, 李晓锋, 张明瑞, 李丞. 建筑科学. 2012
[10]. 正弦波动风速下建筑通风与蓄热对室内温度影响研究[D]. 彭畅. 湖南大学. 2012
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