居住区风环境与室内自然通风关键技术研究

结果 后 处理 功 能 。本项 研 究 申请 了软件 著 作权 １ 。 项
压 力 测 试 技 术 和建 筑 单 体放 大模 型 动 态压 力 测试 技 术 构成 了 建 筑 开 口压 力风 洞 测试 技 术 ， 用 于确 定 风 压 作用 时住 宅外 窗
系 统 风压 驱 动 力 的 确定 和测 试 ， 作 为实 验 台成 套 技 术 的输 入
筑 物 布局 情 况 的不 同 ，分 别给 出了 平衡 边 界 层风 剖 面 、 多重
通 过 对 典 型 楼 群 室 外 风 环 境 的 数 值 模 拟 、现 场 测 试 研 究， 从 如 何 有效 、经 济 、 合理 布 置， 对 测 点高 度 、测 点 通道 长度 方 向 、 测点 通 道 宽 度 方 向等 布 点原 则 进行 了研 究 ，最 后 总结 出一 套风 环 境 现 场 实测 布 点 方法 ， 并提 出 了一 套 基 于前 期数 值 模 拟预 测 后 进 行 居住 区室 外风 环 境现 场 测试 的成 套技
计 算 方法 。
通过 实际 工 程 应 用， 给 出了 复 杂地 形 下 场地 风 剖 面 的风
的风 速风 向仪， 并 申请 了 专利 。
洞 测 试 方 法， 并 提 出 在进 行 风 剖 面 测试 时需 考虑 来 流 风 向 的
影响。
５ 开 发 了风 环 境 评 价 工 具 软 件 、
主 要 研 究 成 果
一
系 统 地 建 立 了 建 筑 室外 风 环 境 风 洞 测 试 的 成 套 技 术 ，
具 体 地 解 决 了 风 环 境 模 拟 时 的边 界 层 风 场 构 建 方 法 、模 拟
建立 了 居住 区室 外风环 境评 价 方法 与评价 体 系
１
、
区 域 选 定 原 则 、 模 型 制 作 及 测 点 布 置 原 则 、 多点 风 速 测 试
对 住 宅 全 年能 耗 影 响 的研 究 ， 建立 室 内 自然 通风 效 果评 价体
（ ２）室 内 自然通 风 试验 模 拟成 套 技术 建 立 了 室 内 自然 通 风 试 验 模 拟 成 套 技 术 ， 满 足 在 实 验 室 条 件下 进 行 建 筑 室 内 自然 通 风 的测 试 与模 拟 的 要 求， 根 据 不 同 的通 风 效 果评 价 要 求， 分 别研 制 了室 内流 场 自然通 风 实
量 数 值 模 拟计 算 ， 建 立 了 以建 筑 密度 、 首层 架 空率 、建筑 群 平均 高 度 及 建筑 迎 风 面积 比作 为 自 变量 ， 组 团室外 行 人 高度 处 单风 向下 的平 均风 速 比作 为 因变量 的 简化 计算 公式 。 （ ２）风 环境 风 洞测 试成 套技 术
技 术 以及 流 场 显 示 技 术 等 流 程 中涉 及 的 技 术 问题 。在 多点
建 立 了城 镇 内局部 区域模 拟 边界 条件模 型
风 速 同 时测 量 方 面 ， 结 合风 洞 实 验 室 常用 压 力测 试 设 备， 开 发 出一 种 用 于 建 筑 风 环 境 风 洞 试 验 的 无风 向风 速 探 头 ， 并 申请 了 专利 ：
（ ３）风 环 境现 场 测试 成 套技 术
为 了确 定 居 住 区 室 外风 环 境 模 拟 时输 入 边 界条 件 情 况， 本 课 题 对 从气 象台 站 风 气候 数 据 向 城镇 内部 区域 推 演 的 转换 方 法 进 行 了研 究 ， 建 立 了城 镇 内 局 部 区域 模 拟 边 界 条 件 模 型 ， 具体 包括 ： 气 象 台 站风 气 候 分 析 、平 坦 地 势 下风 剖 面 的 转换 方法 、地 面 粗糙 长 度 确 定 方 法 、地 面粗 糙 长 度 与风 剖 面 指数 转 换 关 系、 复杂 地形 下 场地 风 剖 面 的测试 方 法等 。 对于 平 坦 地 势 下 ，风 行 经 的过 程 中地 面 的起 伏 状 况 、建
拟 成 套 技 术 为基 础 ， 以 大量 居 住 区规 划 案例 为对 象， 通过 大
风 环 境 和 建筑 室 内通 风 系统 的仿 真 系统 和 评 价 方法 以及 标准 体 系 ， 为我 国 的城 市 规 划 、城 市 风 害 、污 染 扩散 、居 住 区风 环 境 和室 内 自然 通 风 的 改善 和 设 计 提供 切 实 可 行 的技 术 手段 和产 业 化 的成 果 ，并 建立 相 应 的标 准体 系 。
系， 提 出 包 括 速 度 评 价 、空 气 龄 局 部 评 价 和 空 气 龄 平 均 评
价 、有 害 物质 浓 度 评 价 、通 风 与节 能 评价 等 室 内 自然通 风 综 合 评 价指 标体 系和 方法 。 （ ２）自然通 风 设计 指 南
验 台 和通 风 量 空 气龄 通 风 实 验 台 。其 中室 内流 场 自然通 风 试 验 台 的研 制 ， 采 用 有机 玻 璃 制 作较 大 几何 缩 尺 比 为住 宅 户 型 模型 ， 对 实 验 台 整体 构 架 进 行设 计 ， 具体 由 多点 压力 加 载 系
先 需 要通 过 模 拟 或 者 测试 手 段 来 了 解居 住 区 周 围 的风 速 场分
程研 究 领 域取 得 的 系 统 研究 成 果， 在国 内 首次 系统 地 编
镇人居环境改善与保障关键技术研究 统ｗｉｄ Ｆ ， 并对 该软 件 的 准确 性 、计 算效 率进 行 了验 ｎＣ Ｄ
建筑 风环 境 仿真 系统 Ｗ ｉｄ ｎ ＣＦＤ以先进 的计 算流 体动 力学
在 自然 通风 的研 究 方 面 旨在 进 行 自然通 风 理 论研 究 和 应 用研 究 方 面 的 深入 研 究 ， 建 立 自然 通 风 测试 、设 计 以及 评 价 的 完整 体 系 和 集成 化 技 术 ， 解 决 自然 通 风设 计 和 应 用领 域 存
在 的 系列 问题 。 由此 ，本 课 题 将 居 住 区风 环 境 与 室 内 自然 通 风结 合 在 一 起 ， 针 对 不 同地 域 ， 采 用调 查 研 究 、理 论 分 析 、试 验 研 究 、 现 场 测 试 手段 ， 结 合 不 同 地 区 的典 型 示范 工 程 ， 着重 开 发 出
上 ，进 一 步 考虑 居住 区参 考 区域 的 对流 计 算 、建 筑 组 团的对 流 、辐 射 、导 热 、湿 气 传 输耦 合 计 算 、基 于组 团模拟 结 果计 算 组 团室 外 热 舒 适性 评 价 指标 等 三 个重 要 过程 ， 建 立 了组 团 微气 候 通 用 数值 模 拟 体 系 ，其 中包括 了固体 表 面 热平 衡 和温 度计 算 模 型 、太 阳位 置 模 型 、有 效 天空 温 度模 型 、空 调 负荷 模 型 、ＭＲ 模 型 和 热 舒适 型 评价 指 标计 算 模 型， 可 用于 除风 Ｔ 环境 模 拟 外 的 居住 区热舒 适性 计 算 与评 价 ； 以风环 境 数值 模
（ ）风 环境 数值 模 拟 成套 技 术 １ 系 统 地 建 立 了 建 筑 室外 风 环 境 ＣＦ Ｄ数值 模 拟 的 成 套 技 术 ， 具体 地 解 决 了数 值模 拟 流 程 中 的模 拟 区 域 的选 定 、 模型
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现 对 建 筑绕 流 场 的定 常／ 非定 常 模拟 仿真 （ １ Ｗｉｄ 图 ） ｎ 可计 算 各 类 复杂 外 形 建筑 物 的 外部 绕 流 流 动， 以及 室 内 通 风 流 动 ， 给 出 详 细 的速 度 场 （ 环 境 ）及 压 力 场 （ 风 载 ） 间 分 布数 据 ； 集成 了专 为 建筑 风 环境 模 拟仿 真 而 空 定 制 的 边 界 条件 ， 可 准确 模 拟 与我 国 Ⅸ 筑结 构荷 载规 建 相 对 应 的各 类 边 界层 风 场 ； 可 方便 地 设定 边 界条 件 等计
简 化 与几 何 建 模 、 计 算域 大 小 的选 择 及 多风 向 工 况简 化 处理
方法 、网 格 划分 策 略 、 湍 流模 型 选 择 等技 术 问 题， 并 给 出 了 相 关 的原 则 性 意 见 ；在 建 立 风 环境 数 值 模 拟成 套 技 术 的基 础
点布 置 原 则 和 数据 处 理 进 行 了研 究 。 上述 建 筑 整体 模 型 动 态
（ ３）编 制 了系列 标 准规 范 将 室 内 自然 通风 评 价 指 标体 系 、 自然 通风 模 拟 与测 试 方
主要 功 能 是 测试 典 型 户 型 在不 同 门窗 启 闭情 况 下 ，室 内关键 区域 内的 风 速 和风 向分 布 图， 为研 究 室 内气 流 组织 搭 建 实验 测 试 平 台 。通 风 量 空 气 龄 通风 试 验 台 的研 制 ， 由被 测 模 型 实 验 台 、测 量 装 置和 控 制 系 统三 个 部 分 的 分 析 研究 ， 搭 建 了通 风 量 空 气龄 通 风 试 验 台 ，该 试 验 台 可对 典 型 户型 制 作 缩尺 模 型 ， 并 着 重充 空 气 龄 和通 风 量 两 方 面来 测 试 、评 价 户 型 的室
（ ２）。 图
４ 、编 制 了室 内 自然通风 评价 标准
（ 建 立 了住 宅通 风 气流 组织 评价 指标 体 系 １） 通 过 对 目前 国 内 外 住 宅 建 筑 通 风 量 有 关 标 准 规 范 的 调 研 和 对 住 宅通 风 气 流 组织 评 价 指标 发 展 的综 述 ，通 过通 风 量
（ 室 外风 环 境仿 真 系统 Ｗｉ ＣＦ １） ｎ ｄ Ｄ 利 用 先 进 的计 算 机 数值 模 拟 仿 真技 术 ，基 于 在建 筑
２ 形 成 了风 环 境 测 试 与模 拟 的 综 合 成 套技 术 、
在评 估 某 一 居 住 区 方 案或 实 际 小 区 的风 环境 状 况 前 ，首
术， 并 成 功 将该 套 技 术 方 法用 于 实 际项 目的风 环境 测 试 中 。 在现 场 测试 设 备 方 面 ，开 发 出一种 用于 室外 风 环境 现 场测 试
粗 糙 度 组合 时非 平 衡 边界 层 风 剖 面 参数 的计 算 方法 ： 给 出 了
典 型 场地 地 面 粗 糙 度 以及 不 同建筑 布局 模 式 下地 面 粗糙 度 的
对 建 筑 工程 领 域 的 流体 计 算 算 法， 开 发 出 建筑 风环 境 仿
布 情 况， 具 体 包 含 ： 风环 境 数 值模 拟 成 套 技 术 、风 环 境风 洞 测 试 成 套技 术 、风 环 境现 场 测 试 成 套技 术 等 三个 方 面 ， 本课
题 对 上述 三 种 技 术分 别进 行 了总 结 归纳 、工 程应 用 ，所 得 出 的成果 涵 盖 了风 环境 预 测 的所 有 方法 。
统 、建 筑 室 内 模型 、风 速 测量 系统 和 流 场显 示 系统 组 成 ， 其
提 出 耦 合 建 筑 蓄 热 的 自然 通 风 室 内 温度 计 算 方 法 ， 可 用于 指 导 自然通 风 ， 计算 、预 测 室 内温 度 以及 进行 建筑 蓄 热 设 计 ； 提 出 了 自然 通 风设 计 指 南， 可 用于 指 导 自然 通风 建 筑 设 计 及评 估， 整 体 设 计步 骤 为 ：气 候 潜 力分 析 与气 候设 计 策 略 ， 建 筑 周 围微 环 境 预 测 与 优 化 ， 风 压 与 热 压 的 设 计 与 利 用， 设 备 选型 ， 控 制 策略 ， 方 案评 估 与优 化 。 以湘 北农 村 为 例 进 行 研 究， 结 合 现 代建 筑 设 计流 程 的迭 代 设计 优 点， 提 出 了适 用于 农 村住 宅 自然 通风 设计 的流程 。
求解 器 为计 算核 心 。Ｗ ｉ ＣＦ 的ＣＦ 求 解器 适 用于 多块 ｎ ｄ Ｄ Ｄ 网格 复 杂外 形 建筑 的 模拟 计 算， 通 过 求解 可压 缩／ 可压 不
诺 时均 Ｎａ ｉ — ｔ ｋ ｓ 程， 间平 均 Ｎａ ｉｒＳｔｋ ｓ 程 ｖｅｒＳ ｏ ｅ 方 空 ｖｅ — ｏ ｅ 方