树木对小区热环境及建筑能耗影响的模拟分析
发布时间：2021-01-13 12:13
城市节能措施对城市快速发展有重要影响,城市绿化作为降低建筑冷负荷的有效措施,一直备受人们关注。然而目前缺乏一种针对某一绿化形式对区域热环境和建筑能耗影响,并将总体思路应用于具体场地或建筑的量化措施的研究,这将在城市规划阶段对建筑周围绿化无法准确设计。本文基于计算流体力学（CFD）软件PHOENICS和建筑能耗模拟（BES）软件EnergyPlus,建立BES与CFD耦合思路,定量分析了建筑周围及小区内树木对热环境及住宅能耗的影响。文章重点开展了以下研究:（1）详细介绍了PHOENICS和EnergyPlus软件的理论基础及数学模型,建立了研究所需耦合模拟策略。利用实验对降温模型和气流模型进行验证,验证结果表明本研究的数学模型可以准确预测区域热环境。（2）根据树冠高度、叶面积指数（LAI）和基础布局,利用控制变量法设置不同工况,对比分析了白天时间段两个时间点10点和13点,树冠中心高度与人行高度处微气候环境的变化,分别从空气温度、相对湿度和风速来分析树木特性对小区热环境的影响,并对小区热环境的热舒适进行评价分析。结果表明两个不同时刻下,不同树冠高度、LAI和基础布局对空气温度、相对湿度、...
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太阳位置[68]
山东建筑大学硕士学位论文13图2.2单表面阴影计算[68]其中，SP为投射表面，RP为接收表面假设SP表面的坐标为（X，Y，Z），RP表面的坐标为（X’，Y’，Z’），则：cosaZXX（2-15）cosbZYY（2-16）式中，21cossinCSCSa，321sinsincoscosCSCSCSb为入射角，为Z轴与该表面的倾角，CS1、CS2、CS3分别为法线与X、Y、Z的夹角余弦值。（3）热平衡方程房间的热平衡包含房间空气热平衡、外表面热平衡和内表面热平衡。其中，室内空气热量是由室内对流换热、渗透和邻室空气传热和空气散失量组成，热平衡公式见2-17。syszpzzipiNizsiiiNiNizhQTmTATQTTCmTCdtdTCslsurfaceszones)()()(inf111z（2-17）式中，QslNi1和)(1zsiiiNiTTAhsurfaces分别为房间空气和表面对流换热产生的能量；)(1zzipiNiTTCmzones为邻室空气传热量；)(infzpTTCm为渗透量；sysQ为空气系统散失量。外表面热平衡方程见2-18。
山东建筑大学硕士学位论文15后，替换EnergyPlus气象文件中原温度、湿度和风速值形成新的气象文件并导入EnergyPlus软件，进行模拟。第四步是将模拟完成后的建筑表面温度提取，并与上一次建筑表面温度对比，如果误差均在10％之内，则完成本次循环。否则重复第二步和第三步。由于PHOENICS软件更新边界条件的时间步长较长，约1h，模型还需对提取的温度湿度和风速求平均值。在每个计算时间步输出建筑周围平均温度、湿度和风速值给EnergyPlus。EnergyPlus则在每个计算时间步输出建筑表面温度给PHOENICS。整个过程为循环耦合，直至表面温度差值在允许范围内终止循环。图2.3耦合模拟流程
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于被动式建筑概念的灾区临时住宅围护结构节能技术研究[J]. 范婷婷,刘卫东,洪燕. 建筑节能. 2019(12)
[2]不同下垫面类型对室外热环境影响的仿真研究[J]. 盛景四,张伟,刘欢. 天津城建大学学报. 2019(06)
[3]BES-CFD协同仿真的研究现状与发展[J]. 卢纪富,李展,白璐,曹守平,李扬,李志彬. 建筑科学. 2019(08)
[4]不同气候地区超低能耗居住建筑围护结构设计方法探讨[J]. 李简朝,郑林涛,赵立华. 建筑节能. 2019(04)
[5]高层住宅区绿化树种对室外热环境影响研究[J]. 于琦人,孟飞,张常旺. 山东建筑大学学报. 2018(06)
[6]国外城市形态对住宅能耗影响研究及对我国的启示[J]. 吴巍,宋彦,洪再生,卢一华. 国际城市规划. 2018(03)
[7]基于风环境的布局模式及绿化形式研究综述[J]. 孟晗,李安桂. 建筑科学. 2015(02)
[8]绿化和建筑布局对居住区小气候的影响[J]. 方慧芳,张方方,张燕飞. 浙江农业科学. 2014(05)
[9]国内外气候舒适度评价研究进展[J]. 闫业超,岳书平,刘学华,王丹丹,陈慧. 地球科学进展. 2013(10)
[10]结合CFD的EnergyPlus大空间温度分层能耗模拟[J]. 李传成,章昭昭,季群峰. 建筑科学. 2012(06)
博士论文
[1]典型固沙植物冠层温度和气孔导度特征及其对土壤水分的响应[D]. 于明含.北京林业大学 2016
[2]几种植物叶片气孔导度与植物激素对大气湿度的响应[D]. 李静.山东大学 2014
[3]室外微气候对建筑空调能耗影响的模拟方法研究[D]. 杨小山.华南理工大学 2012
[4]绿化体系对湿热地区建筑组团室外热环境影响研究[D]. 陈卓伦.华南理工大学 2010
[5]绿化对室外热环境影响的研究[D]. 林波荣.清华大学 2004
硕士论文
[1]基于不同绿化布局模式的居住小区室外热环境研究[D]. 常乐.西安工程大学 2019
[2]树木特征对庭院风环境的影响研究[D]. 武哲羽.沈阳农业大学 2018
[3]下垫面性质对拉萨街道热环境的影响及其设计策略研究[D]. 张君.西南交通大学 2018
[4]城市区域微气候环境对单栋建筑能耗影响模拟分析[D]. 齐春玲.山东建筑大学 2018
[5]绿化布局对高层住宅风环境影响的数值模拟研究[D]. 周树彬.合肥工业大学 2018
[6]重庆地区建筑外种植树对建筑空调能耗的影响分析[D]. 向楠.重庆大学 2018
[7]外遮阳对建筑能耗和室内光热环境的影响[D]. 管玲俐.南京理工大学 2018
[8]基于广州地区校园的室外热环境评价指标分析及适用性研究[D]. 陈绕超.广州大学 2015
[9]广州地区立体绿化对建筑热环境及能耗影响研究[D]. 黄任.广州大学 2013
[10]房干生态恢复区刺槐（Robinia pseudoacacia）的群落生态学研究[D]. 陈力.山东大学 2006
本文编号：2974855
【文章来源】：山东建筑大学山东省
【文章页数】：94 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
太阳位置[68]
山东建筑大学硕士学位论文13图2.2单表面阴影计算[68]其中，SP为投射表面，RP为接收表面假设SP表面的坐标为（X，Y，Z），RP表面的坐标为（X’，Y’，Z’），则：cosaZXX（2-15）cosbZYY（2-16）式中，21cossinCSCSa，321sinsincoscosCSCSCSb为入射角，为Z轴与该表面的倾角，CS1、CS2、CS3分别为法线与X、Y、Z的夹角余弦值。（3）热平衡方程房间的热平衡包含房间空气热平衡、外表面热平衡和内表面热平衡。其中，室内空气热量是由室内对流换热、渗透和邻室空气传热和空气散失量组成，热平衡公式见2-17。syszpzzipiNizsiiiNiNizhQTmTATQTTCmTCdtdTCslsurfaceszones)()()(inf111z（2-17）式中，QslNi1和)(1zsiiiNiTTAhsurfaces分别为房间空气和表面对流换热产生的能量；)(1zzipiNiTTCmzones为邻室空气传热量；)(infzpTTCm为渗透量；sysQ为空气系统散失量。外表面热平衡方程见2-18。
山东建筑大学硕士学位论文15后，替换EnergyPlus气象文件中原温度、湿度和风速值形成新的气象文件并导入EnergyPlus软件，进行模拟。第四步是将模拟完成后的建筑表面温度提取，并与上一次建筑表面温度对比，如果误差均在10％之内，则完成本次循环。否则重复第二步和第三步。由于PHOENICS软件更新边界条件的时间步长较长，约1h，模型还需对提取的温度湿度和风速求平均值。在每个计算时间步输出建筑周围平均温度、湿度和风速值给EnergyPlus。EnergyPlus则在每个计算时间步输出建筑表面温度给PHOENICS。整个过程为循环耦合，直至表面温度差值在允许范围内终止循环。图2.3耦合模拟流程
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于被动式建筑概念的灾区临时住宅围护结构节能技术研究[J]. 范婷婷,刘卫东,洪燕. 建筑节能. 2019(12)
[2]不同下垫面类型对室外热环境影响的仿真研究[J]. 盛景四,张伟,刘欢. 天津城建大学学报. 2019(06)
[3]BES-CFD协同仿真的研究现状与发展[J]. 卢纪富,李展,白璐,曹守平,李扬,李志彬. 建筑科学. 2019(08)
[4]不同气候地区超低能耗居住建筑围护结构设计方法探讨[J]. 李简朝,郑林涛,赵立华. 建筑节能. 2019(04)
[5]高层住宅区绿化树种对室外热环境影响研究[J]. 于琦人,孟飞,张常旺. 山东建筑大学学报. 2018(06)
[6]国外城市形态对住宅能耗影响研究及对我国的启示[J]. 吴巍,宋彦,洪再生,卢一华. 国际城市规划. 2018(03)
[7]基于风环境的布局模式及绿化形式研究综述[J]. 孟晗,李安桂. 建筑科学. 2015(02)
[8]绿化和建筑布局对居住区小气候的影响[J]. 方慧芳,张方方,张燕飞. 浙江农业科学. 2014(05)
[9]国内外气候舒适度评价研究进展[J]. 闫业超,岳书平,刘学华,王丹丹,陈慧. 地球科学进展. 2013(10)
[10]结合CFD的EnergyPlus大空间温度分层能耗模拟[J]. 李传成,章昭昭,季群峰. 建筑科学. 2012(06)
博士论文
[1]典型固沙植物冠层温度和气孔导度特征及其对土壤水分的响应[D]. 于明含.北京林业大学 2016
[2]几种植物叶片气孔导度与植物激素对大气湿度的响应[D]. 李静.山东大学 2014
[3]室外微气候对建筑空调能耗影响的模拟方法研究[D]. 杨小山.华南理工大学 2012
[4]绿化体系对湿热地区建筑组团室外热环境影响研究[D]. 陈卓伦.华南理工大学 2010
[5]绿化对室外热环境影响的研究[D]. 林波荣.清华大学 2004
硕士论文
[1]基于不同绿化布局模式的居住小区室外热环境研究[D]. 常乐.西安工程大学 2019
[2]树木特征对庭院风环境的影响研究[D]. 武哲羽.沈阳农业大学 2018
[3]下垫面性质对拉萨街道热环境的影响及其设计策略研究[D]. 张君.西南交通大学 2018
[4]城市区域微气候环境对单栋建筑能耗影响模拟分析[D]. 齐春玲.山东建筑大学 2018
[5]绿化布局对高层住宅风环境影响的数值模拟研究[D]. 周树彬.合肥工业大学 2018
[6]重庆地区建筑外种植树对建筑空调能耗的影响分析[D]. 向楠.重庆大学 2018
[7]外遮阳对建筑能耗和室内光热环境的影响[D]. 管玲俐.南京理工大学 2018
[8]基于广州地区校园的室外热环境评价指标分析及适用性研究[D]. 陈绕超.广州大学 2015
[9]广州地区立体绿化对建筑热环境及能耗影响研究[D]. 黄任.广州大学 2013
[10]房干生态恢复区刺槐（Robinia pseudoacacia）的群落生态学研究[D]. 陈力.山东大学 2006
本文编号：2974855
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