中庭式住宅建筑热压通风的预测模型研究摘要:为预测多因素耦合下中庭式住宅建筑热压通风的流场及温度场分布,采用网络模型和多区域模型结合的方法对住宅内部进行区域划分。并根据质量、动量、能量守恒方程及伯努利方程,建立住户与中庭空间的热压通风气流环路预测模型。为验证该预测模型的准确性,本文根据阿基米德相似准则建立比例尺为1/25的实验模型,对比中庭式住宅建筑热环境的预测模型计算结果与实验数据。结果表明,两者基本吻合,说明该模型能较精确地预测中庭式住宅建筑的热环境。关键词:中庭;住宅建筑;预测模型;模型实验:TU834.1文献标识码:APredictionModelofBuoyancy-drivenVentilationinResidentialBuildingwithAtriumLiNianping,HeDongyue,Li激ng,ZhangMinhuiandSujuanHou(SchoolofCivilEngineering,HunanUniversity,Changsha410082,China)Abstract:Inordertopredictthebuoyancy-drivenflowandtemperaturefieldsinresidentialbuildingwithatrium,whichinfluencedbycouplingfactors,theMultizoneandZonalmethodsareadoptedtopartitionthebuildingintozones.Predictionmodelofloopsbetweenapartmentsandatriumisestablishedbymass,momentum,energyconservationequations.Furthermore,areduce-scalemodelof1/25,whichiscalculatedbysimilaritycriteriaofArchimedesnumber,isconductedtovalidatetheaccuracyofpredictionmodel.Thecalculatedresultofpredictionmodelistheexperimentaldata,whichshowsthatthethermalenvironmentinresidentialbuildingwithatriumcanbepredictedbypredictionmodelaccurately.Keywords:atrium;residentialbuilding;predictionmodel;modelexperiment0引言中庭式住宅建筑是现代民用建筑的一种特殊形式。其内部中庭在垂直方向上形成一个高大的公共连通空间,顶部与外界环境连接。水平方向上中庭空间被住户围绕而成,通过客厅、居室和厨房等处设置的窗户,与各住户融为一体。中庭空间的存在,一方面使住宅建筑能够充分利用烟囱效应实现热压自然通风,提高住户室内的热舒适性,有效减少空调能耗;另一方面,住宅热环境更容易受外界大气环境及建筑内部诸多因素的耦合影响,呈现出复杂的流场及温度场变化规律。有学者曾对此类住宅建筑的热环境进行了问卷调查[1,2],并对中庭空间内的气流组织和温度分布特性开展模型实验与数值模拟研究[3,4]。然而上述学者采用的实验模型不满足相似要求,且忽略了建筑内部因素对中庭空间及住户室内热环境的影响,使实验结果缺乏理论性及普及性。另外,对于复杂的自然通风预测问题,数值模拟方法普遍花费时间较长,且不易分析出某个因素对整体流场和温度场的影响变化规律。为预测与评估多条件耦合下的中庭式住宅建筑热环境,并分析其主要影响因素,运用流体力学及热力学原理建立相应的预测模型是必要的。本文针对一栋十层楼高的中庭式住宅建筑,采用网络模型和多区域模型结合的方法对其进行区域划分,建立住宅内部热压通风气流环路的预测模型。该模型中引入室内热源强度、窗户面积等建筑内部影响因素,进一步完善上述学者的实验和数值模拟结果。在节约计算时间成本的同时,从宏观的角度预测由于热压作用所造成的总体空气流动,以及温度分布规律。1计算模型1.1中庭式住宅建筑计算模型本文的中庭式住宅建筑计算模型如图1所示。中庭空间位于建筑中间,由两侧共十层的住户房间围绕而成,从下到上贯穿整个住宅建筑。两侧的住户房间是关于中庭空间对称的,每个房间内设有内外两个窗户。外窗位于建筑的外围护结构上,用于室内外通风换气;内窗连接住户与中庭空间,使两者的流场与温度场相互耦合在一起,充分利用中庭空间的烟囱效应实现住户室内的热压通风。每个住户房间地板处设有均匀分布的热源,用于模拟住户内部热源对流与辐射、太阳辐射、围护结构对流导热等多种因素耦合作用下的室内热力系统。1.2计算模型区域划分假设住宅内的气流均处于高雷诺数区域[5],则室外冷气流进入住户房间后与室内热气流充分混合,同一区域内各点的气流质量与能量参数值均匀分布,而区域间存在着热质交换。因此采用网络模型方法对住户进行区域划分是合适的。每个住户为一个单区域,随楼层...