城市建筑围合空间中复杂辐射场的分布规律

发布时间：2020-04-11 01:30

【摘要】：建筑室外热环境是影响建筑场地规划、建筑设计及建筑能耗的重要因素,而太阳辐射又是影响室外热环境的关键因素。随着城市化的不断推进,城市的开发强度不断加大,城市下垫面形态变得越来越复杂,太阳短波辐射被城市中不同朝向的建筑表面吸收、反射并造成建筑长波辐射能量的变化。传统建筑热工设计简化辐射热作用是因为早期的建筑室外环境相对单一,室外空间相对开阔,而如今的城市是建筑高度集中的区域,密集的建筑群使城市中形成了无数狭小的、半封闭的或全封闭的围合空间。在建筑的围合空间中,既包括短波的直射辐射、散射辐射、地面反射辐射以及天空长波辐射,还有来自周围建筑表面间多次的长、短波反射辐射,它们相互影响、共同作用,从而形成了对建筑热环境具有重要影响的城市复杂辐射场。论文针对上述现状,开展城市复杂辐射场的相关研究,以期为城市规划、建筑设计及建筑节能等提供研究基础。首先,阐述了辐射传热、城市热环境等相关基本概念,在此基础上分析了建筑围合空间中短波辐射、长波辐射各个分量的组成部分。从量化辐射空间几何关系入手,根据球面三角学几何原理和兰贝特余弦定律,提出了基于半球视野空间划分的球面三角法来计算辐射角系数,通过与其他方法对比,证明该方法适用于建筑围合空间各表面间的辐射角系数计算,并且操作方便、精度高。其次,以空间辐射角系数计算模型为基础,分析了短波辐射在建筑围合空间中各表面间的相互遮挡关系以及长波辐射在各个表面间彼此的发射和反射关系,从而完善建筑围合空间中的辐射场强度计算模型。同时,分别在我国严寒地区、寒冷地区和夏热冬暖地区的哈尔滨、拉萨、西安和三亚各城市中,分别选取一处相对围合的住区空间进行实地测试,将连续观察将得到的建筑各朝向外表面的短波和长波辐射强度结果与计算的结果进行对比,验证了计算模型的准确度。并且发现建筑空间的围合对建筑外表面长波投射辐射强度有显著的增加效果,建筑围合空间的楼层越高或建筑之间的间距越小,都将增大空间内建筑外表面上的长波投射辐射强度。最后,阐述了建筑围合空间中短波、长波耦合作用下的城市复杂辐射场形成机理,依据围护结构一维非稳态传热原理,建立了围合空间中短波和长波耦合辐射场的强度模型。并针对北京、西安、福州和广州四个城市分别模拟分析,证明了城市围合空间内各朝向建筑表面短波辐射和长波辐射的强度均与郊区有很大不同,各个辐射分量的共同作用导致围合空间内的各个建筑表面净辐射得热量发生变化,最终影响建筑的采暖能耗和空调能耗。综上所述,论文较系统地建立了城市围合空间中复杂辐射场的分布规律,为今后城市各类建筑的空间布局、建筑节能分析等领域提供设计与分析依据。
【图文】：

图 4.1 围合空间中不同遮挡情况图示图片来源：作者自绘其中，5 个点分别对应不同类型的空间位置。点 1，点 3 和点 5 分别代表受直射的位置，其中点 1 由于位置较高而不受东侧建筑立面的遮挡，，点 5 同样位置较高而不受南侧建筑立面的遮挡，点 3 虽然位置较低，但太阳光线恰好周围其他建筑之间穿过从而受到直射；点 2 和点 4 分别代表太阳辐射被遮挡置，其中点 2 被东侧的建筑的西墙所遮挡，点 4 被南侧建筑的北墙所遮挡。

南墙上的点受西墙影响太阳直射辐射的平面分析图
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU111

【参考文献】

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本文编号：2622970