建筑自然通風(fēng)利用率預(yù)測與節(jié)能評估模型研究.pdf

1、自然通風(fēng)是一種節(jié)能環(huán)保的建筑通風(fēng)方式,已經(jīng)被人類使用了數(shù)千年,如何在未來建筑中更大范圍的利用此項(xiàng)技術(shù),成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。然而,由于室內(nèi)外氣候條件的不確定性,自然通風(fēng)的最終效果量化預(yù)測始終是一個難題,這將造成建筑設(shè)計早期方案的難以抉擇。一方面,有些情況下建筑也許不需要過多的通風(fēng);另一方面,當(dāng)室內(nèi)人員密度高、存在有害氣體等情況時,則應(yīng)采用有利于通風(fēng)的建筑形式。此外,在建筑設(shè)計過程中,僅僅考慮通風(fēng)效果是不夠的,建筑設(shè)計人員還需要綜合考慮建筑

2、功能、美學(xué)與節(jié)能等要求。在建筑自然通風(fēng)設(shè)計過程中,亟需一套考慮了諸多因素的效果預(yù)測方法或模型。因此,本文以建筑自然通風(fēng)實(shí)際利用率預(yù)測與節(jié)能效果評估為研究目標(biāo),提出一套完整的預(yù)測流程與數(shù)學(xué)模型,以嘗試在一定程度上解決這些難題。
　　 文章第一部分,提出自然通風(fēng)利用率預(yù)測與節(jié)能評估模型。
　　 首先,本文詳細(xì)分析了影響自然通風(fēng)利用率的諸多因素,主要包括氣候、建筑周圍微環(huán)境、圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能、人體熱適應(yīng)性與相關(guān)行為、用戶最低需

3、求新風(fēng)量、室外污染與噪聲等。
　　 隨即,文章提出了一套新的、全面的、系統(tǒng)的、通用的自然通風(fēng)利用率預(yù)測與節(jié)能評估模型,其中的主要步驟依次為:評估室外空氣污染與噪聲是否達(dá)標(biāo),輸入當(dāng)?shù)厝隁夂驍?shù)據(jù)、風(fēng)環(huán)境數(shù)據(jù)、建筑熱工參數(shù),計算室內(nèi)空氣溫度與自然通風(fēng)換氣量,判斷室內(nèi)空氣溫度是否滿足人體熱舒適要求,判斷換氣量是否滿足最新低新風(fēng)要求,考慮開窗行為對換氣量的影響,最后評估節(jié)能效果。在節(jié)能評估環(huán)節(jié)中,本文創(chuàng)新的提出“自然通風(fēng)等價節(jié)約用電度數(shù)

4、”概念,由兩部分組成:第一部分是等價機(jī)械通風(fēng)量節(jié)電量,即使用機(jī)械通風(fēng)產(chǎn)生同樣換氣量所需要消耗的電量;第二部分是等價空調(diào)節(jié)電量,即在自然通風(fēng)條件下,人體的熱承受能力比空調(diào)環(huán)境要強(qiáng),從而節(jié)省了部分空調(diào)用電量。將兩部分相加,得到自然通風(fēng)的總節(jié)能效果。至此,自然通風(fēng)利用率預(yù)測與節(jié)能評估模型的目標(biāo)參數(shù)有三項(xiàng),全年適合自然通風(fēng)的小時數(shù)、全年自然通風(fēng)換氣量與等價節(jié)約用電度數(shù)。
　　 文章第二部分,預(yù)測與評估單側(cè)、兩側(cè)、多區(qū)自然通風(fēng)效果。

5、>　　 首先,本文第一次對單側(cè)開口房間自然通風(fēng)的利用率與節(jié)能效果進(jìn)行了評估。在評估模型中,流動方程第一次使用了耦合風(fēng)壓與熱壓的單側(cè)大開口通風(fēng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合公式。經(jīng)過對四個典型氣候區(qū)的四個城市的利用率預(yù)測后發(fā)現(xiàn),不論是利用率,還是節(jié)能效果,在單側(cè)通風(fēng)條件下,中國南方的城市都比較大。造成此現(xiàn)象的原因一部分是由于通風(fēng)總量的增加造成的,另一部分是因?yàn)閺V州地區(qū)的夏季空氣溫度處于空調(diào)開啟溫度與自然通風(fēng)熱舒適上限溫度之間的時間比例較大,節(jié)省的空調(diào)用電

6、量比較多。
　　 接著,文章對兩側(cè)開口房間的自然通風(fēng)利用率與節(jié)能效果進(jìn)行了預(yù)測與分析,其中的模型與方法與前人研究相比進(jìn)行了諸多的改進(jìn)。在本文設(shè)置的建筑模型中,不但考慮了兩側(cè)開口有高差的情況,而且還將開口朝向分別設(shè)置為東西朝向與南北朝向。在流動模型中,不但耦合了人體周圍風(fēng)速與空氣濕度對熱適應(yīng)性模型的中性溫度的影響,而且考慮了風(fēng)壓與熱壓對抗時產(chǎn)生的物理多現(xiàn)象及對應(yīng)的數(shù)學(xué)多解現(xiàn)象,并且創(chuàng)新的使用了某些情況下兩種作用力“抵消”的假設(shè)。同

7、樣,對四個城市的評估分析結(jié)果顯示,當(dāng)風(fēng)壓與熱壓對抗時,出現(xiàn)“氣塞”現(xiàn)象是導(dǎo)致通風(fēng)不良的重要原因之一。模型給出各個城市的不同開口面積、不同朝向下的通風(fēng)小時數(shù)、通風(fēng)量、供暖小時數(shù)、空調(diào)降溫小時數(shù)等信息,都為建筑設(shè)計早期方案確定提供了有價值的參考數(shù)據(jù)。
　　 再次,本文首次嘗試針對多區(qū)建筑的自然通風(fēng)利用率評估進(jìn)行建模,其主要原理是在原有大開口通風(fēng)的MIX流動模型的基礎(chǔ)上,求得室內(nèi)溫度與換氣量,再計算節(jié)能效果。
　　 文章第三部

8、分,分別對輸入?yún)?shù)與輸出參數(shù)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男拚?br>　　 首先,文章利用CFD方法對風(fēng)壓系數(shù)這一輸入?yún)?shù)進(jìn)行修正,得出更適用于當(dāng)?shù)仫L(fēng)環(huán)境的風(fēng)壓系數(shù),以便更準(zhǔn)確的預(yù)測不同地區(qū)的利用率與節(jié)能效果。
　　 然后,本文首次將開窗行為耦合進(jìn)預(yù)測模型之中。文章通過對開窗行為實(shí)驗(yàn)測量數(shù)據(jù)的分析,擬合出當(dāng)?shù)氐拈_窗概率與溫度的線性關(guān)系,并統(tǒng)計出窗的平均開度,再將此函數(shù)擬合進(jìn)本文的已有模型中,得到修正后的換氣量與節(jié)能效果。
　　 總而言