北方高层住宅自然通风评价方法研究

发布时间：2020-01-28 07:43

【摘要】：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。第三，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。
【图文】：

架构图,架构,多区域网络

图 2.1 DeST 架构图常见的自然通风计算方法有经验公式法，多区域网络法，计算流体动FD)等。综合考虑运算速度、精度要求，多区网络法是模拟建筑内通的较优选择。目前的建筑能耗模拟软件多采用多区域网络法计算自然。多区域网络法将建筑内的每个房间视为一个有集总参数（温度、压力点，将门窗等允许通风的开口视为阻力支路，从而将实际建筑简化为力部件”和“节点”的流体网络模型[11]。根据伯努利方程、支路阻、质量守恒关系可建立起描述建筑通风特征的非线性方程组，通过求组得到建筑内各房间压力、通风量等通风参数。

示意图,多区域网络,模型,示意图

图 2.1 DeST 架构图常见的自然通风计算方法有经验公式法，多区域网络法，计算流体动力学(CFD)等。综合考虑运算速度、精度要求，多区网络法是模拟建筑内通风状况的较优选择。目前的建筑能耗模拟软件多采用多区域网络法计算自然通风量。多区域网络法将建筑内的每个房间视为一个有集总参数（温度、压力）的节点，将门窗等允许通风的开口视为阻力支路，从而将实际建筑简化为拥有“阻力部件”和“节点”的流体网络模型[11]。根据伯努利方程、支路阻力模型、质量守恒关系可建立起描述建筑通风特征的非线性方程组，通过求解方程组得到建筑内各房间压力、通风量等通风参数。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TU834.1

【参考文献】