蒸发冷却空调室外计算参数生成方法研究

介绍了现行规范中夏季室外计算参数和设计日的确定方法,并在我国现行规范方法的基础上,根据蒸发冷却技术适应区,选取4个典型城市,形成了以湿球温度为主、干球温度为辅的蒸发冷却空调室外计算参数。提出一种新的设计日确定方法,以台站历史长期观测数据为基准,提取典型城市夏季室外气候日变化特征和趋势,利用逐时系数法获得夏季设计日的数据。结果表明:新方法得到的室外计算干湿球温差降低,蒸发冷却潜力下降,按照现行规范中的方法指导设计会造成设计不足;现行规范中的设计日不能准确反映各地区夏季室外气候的变化趋势,研究提出的逐时系数法得到的设计日数据更符合典型城市的实测数据。

极端天气对被动式太阳能建筑采暖效率的影响

为研究极端天气对被动式太阳能建筑采暖效率的影响,选取关键气象参数(直射辐射、干球温度)来构造极端冷气象条件,主要分析太阳低辐射和极端低温对拉萨、乌鲁木齐、兰州、哈尔滨4个城市的被动式太阳能建筑采暖效率的影响。结果表明:随着太阳直射辐射和温度的降低,哈尔滨整个采暖季的采暖潜力下降最大,拉萨、兰州、乌鲁木齐在太阳直射辐射下降超过50%时,采暖潜力下降最大,哈尔滨在辐射下降43%时采暖潜力下降最大。在温度下降不超过10℃的情况下,拉萨和哈尔滨的采暖潜力下降最大,兰州和乌鲁木齐则是在温度分别下降11和15℃时,采暖潜力下降最大。气象参数对采暖潜力的敏感性分析表明,太阳直射辐射对太阳能采暖潜力的影响大于温度。同时,对不同设计因素进行全局敏感性分析,建筑保温材料的物理参数对采暖潜力的影响高于其他设计参数。

建筑屋面风雨场及突出建筑立面风驱雨的实测研究

文章对某多层建筑屋面区域风驱雨(wind-driven rain,WDR)开展实测,结合3类典型降雨事件的分析,揭示大气湍流特征以及风速、风向对雨滴的影响特性,并针对突出屋面建筑,实测分析立面WDR分布特性,量化国际标准化组织(International Organization for Standardization,ISO)半经验模型对突出屋面建筑WDR预测的偏差。结果表明,在3类降雨事件中,湍流度、阵风因子和湍流积分尺度的实测值与基于地面实测建立的公式理论值之间存在较大差异;实测的雨滴数量与标准M-P谱计算的雨滴数量差值最大为125个。在风速和雨强差异较小时,建筑立面WDR分布受来流与立面夹角的影响显著。由于ISO半经验模型是基于地面实测建立的,其对突出屋面建筑WDR的预测存在偏差,在模型适用的降雨条件下实测值约为ISO预测值的2倍。

大跨度体育场风效应的大涡模拟及风洞实验研究

文章运用大涡模拟(large eddy simulation,LES)湍流模型对天长市某大跨度体育场风效应进行数值风洞模拟,得到体育场平均风压、脉动风压分布规律及风荷载时程,利用阵风荷载因子法计算体育场屋盖的风振系数及等效静力风荷载,与风洞实验结果开展对比研究。结果表明,数值模拟评估的体育场表面风压分布规律与风洞实验结果吻合较好,能够较好地反映大跨度体育场表面风压分布情况,2种方法计算得到的风振系数及等效静力风荷载也基本相同,说明大涡模拟技术能有效预测大跨度空间结构风荷载。研究结果可为大跨度体育场的抗风设计提供技术参考。

基于气象要素修正的逐时总辐射模型研究——以西安地区为例

该文引入逐时气象要素对分解模型进行修正,针对C.P.R模型,提出一种基于日照时数、温度以及相对湿度的多气象要素修正模型。基于西安2015年10月1日—2017年7月31日观测数据,分析3种天气类型下模型修正前、后的计算误差,结果显示多气象要素修正模型的各项误差指标均低于未修正模型,且对于多云天气的修正效果最明显,平均可达2%。基于多气象要素的C.P.R修正模型考虑了气象及辐射观测数据现状,可为其他地区计算水平面逐时总辐射提供方法借鉴。

夏热冬冷地区带防雨天井的农宅夏季室内环境实测分析

为了厘清防雨天井对农宅夏季室内舒适度的影响,选取具有较高可比性的典型案例,开展室内外温湿度、风速、照度等指标的实测分析。结果表明:防雨天井能稳定且有效地组织室内的自然通风,但风速较小;防雨天井能有效改善农宅的室内天然采光,但午间偶有轻微眩光;防雨天井特别适宜于东西向布局的农宅,可有效缓解夏季东西晒的不利影响;设置该天井的农宅室内热环境较未设者更舒适;在夏热冬冷地区的农宅建设中,恰当地设置防雨天井可有效改善居住环境。

建筑极端能耗气象年的建构方法

气候变化日益加剧导致全球变暖、极端事件的频繁发生,极大地影响了建筑能耗.目前,在建筑设计前期,用于建筑能耗模拟的气象参数主要是代表平均状况的典型气象年,无法体现极端天气状况下的建筑耗能情况,因此,生成用于模拟极端天气下建筑能耗的气象年十分必要.对比了几种已有的反映极端天气气象年的优缺点,提出了一种新的用于建筑极端能耗模拟的气象年生成方法,该方法不仅考虑了多种气象参数对建筑耗能的影响,而且使用动态阈值计算多参数的极端强度和出现时长,综合评价各参数超过阈值的时长和强度的得分,生成建筑极端能耗气象年.通过对比不同气象年的建筑能耗模拟结果来验证新方法的优越性.结果显示:采用建筑极端能耗气象年作为室外气象计算参数,对极端天气状况下建筑极值能耗模拟的准确性优于极端气象年、典型冷年及典型热年数据,能够很好模拟出极端天气状况下的建筑能耗.同时,验证了通过组合使用典型气象年和建筑极端能耗气象年数据,可模拟出建筑的平均能耗以及极端天气状况下的极值能耗,组合数据集在不损失模拟结果全面性的前提下减少了模拟次数.

大跨度体育馆风效应的大涡模拟及风洞试验的对比研究

文章利用大涡模拟(large eddy simulation,LES)湍流模型对合肥某大跨度体育馆的风效应进行研究,得到体育馆表面平均风压和脉动风压的分布规律,并与刚性模型测压风洞试验数据进行对比,验证数值模拟的可靠性。分析结果表明,副馆及周边建筑群对主馆平均风压和脉动风压分布有较大影响,数值模拟得到的风压系数与风洞试验结果吻合较好。研究结果可为大跨度体育场馆的抗风设计提供技术参考。

日总辐射推算模型在中国的适用性研究

归纳了经验模型的类型并基于中国数据状况提出3大类8种模型形式用于比较和分析。选择覆盖中国5个建筑气候区的7个典型台站2000-2013年的数据，引入相关系数R^2和均方根误差（RMSE）作为衡量标准完成模型适用性研究。研究发现在晴空指数较高的地区可以选择基于日照时数的模型（模型2），随着晴空指数的降低，二参数（模型6）及三参数（模型8）模型的推算结果优于单参数模型（模型2）。研究为在不同地域选择适当的日总辐射推算模型提供依据。

基于气候环境的浙江建筑设计措施分析

基于建筑所在地区的气候环境,在不借助机械设备条件下通过采用建筑气候设计措施,延长建筑室内环境的舒适时间、减少不利环境的出现几率,是当前建筑研究领域中一个重要课题.在广泛调查的基础上,得到浙江地区的中性温度,并以杭州为例,利用气候分析法对其气候环境进行分析,得到了杭州地区建筑最适宜采用的设计措施,以及可以实施建筑气候设计措施的日数,以供设计人员在以后的建筑设计中作为参考.

日散射辐射推算模型在中国的适用性研究

根据因变量的不同将散射辐射经验模型归纳为2大类,再按照输入变量进一步将其划分为9个子类,结合中国观测数据状况,选择出9个有代表性的模型。利用分布于中国5个建筑气候区的15个典型台站2000~2013年的观测数据进行建模与验证。引入相关系数R^2、平均绝对误差MAE和均方根误差RMSE作为模型适用性评价指标。结果显示:第Ⅰ类模型的推算误差总体小于第类模型,且第Ⅰ类模型的推算误差与当地平均晴朗指数呈负相关;模型4和模型8分别是Ⅰ类和Ⅱ类中最佳适用性模型。

中国不同气候区日总太阳辐射计算模型适用性分析及通用计算模型优化

利用中国5个气候区96个气象台站的1981—2010年的日值气象数据,对比分析12个基于日照百分率和12个基于温度的日总太阳辐射计算模型在不同气候区的适用性。采用判定系数(R^(2))、均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MABE)、平均误差(MBE)和全局性能系数(GPI)5个评价指标,确定各气候区最适宜的模型形式。以该模型为基准,建立适用于中国不同气候区的基于日照百分率和基于温度的日总太阳辐射通用计算模型。结果表明,三次方形式的基于日照百分率和基于日较差-平均温度的模型在各气候区计算精度均最高;以该模型为基础,建立适用于中国不同气候区的基于日照百分率和基于温度的日总太阳辐射通用计算模型,其平均R~2分别为0.91和0.68。

群集建筑中大跨裙摆屋盖风荷载特性的数值模拟研究

以苏州太平金融大厦为工程背景,针对其大跨裙摆屋盖的风荷载作用,首先采用RNG k-ε模型模拟分析了其平均风压分布规律,以及风向变化对屋盖表面风荷载体型系数的影响;其次,引入干扰因子IF,探讨了周边建筑对大跨裙摆屋盖风荷载的气动干扰作用。结果表明:0°风向下,走廊上方屋盖两侧区域出现“上吸下顶”的叠加作用;90°风向下屋盖北侧飘带末端区域受到狭道风效应出现正压集中现象;风向变化对大跨裙摆屋盖的风荷载体型系数分布影响较大;且周围建筑物对大跨裙摆屋盖的气动干扰效应明显,主要表现为风压“遮挡效应”,而局部区域表现为风压“放大效应”。

群体布局下建筑风驱雨量分布的数值分析研究

基于欧拉-欧拉多相流模型,以雨滴谱及雨滴降落末速度确定雨滴体积分数并构成雨相组分边界;采用Realizable k-ε湍流模型封闭求解N-S方程的新型WDR数值方法,模拟研究了单体多层、高层建筑及群体布局建筑的迎风面雨量分布特性。分析结果表明:单体建筑WDR抓取率分布呈由下至上、由中间向两侧增加的规律,整体WDR抓取率随风速和雨强的增大而呈增大趋势;群体布局时,前排建筑迎风面WDR抓取率分布仍类似于单体,随间距减小而减小;后排建筑在迎风面顶端两侧仍出现较大抓取率,其值随前后间距(顺风向)减小而大致减小,随左右间距(横风向)减小而大致增大;后排建筑迎风面与前排建筑等高的两侧区域,WDR抓取率出现突增,其值随前后间距减小而增大,随左右间距减小而先增大后减小;交错布局时,后排建筑迎风面顶端拐角区域的WDR抓取率较单体增加显著。模拟分析获得的建筑迎风面雨量分布规律及布局干扰特性可为相关领域的研究与设计提供指导。

典型气象年数据更新及其在建筑节能设计中的应用

JGJ/T 346—2014《建筑节能气象参数标准》是我国首个关于气象参数的标准,给出了我国450个主要城镇的建筑节能典型气象年数据,对我国建筑节能设计及能耗模拟起到了指导性作用。然而,随着气候变化及城镇化的发展,典型年气象数据亟需在时间尺度上更新、在空间尺度上扩展。因此,"十三五"国家重点研发计划课题"建筑能耗模拟气象年"立足于扩展典型气象年数据的覆盖面,提高时效性和数据应用的全面性,生成了覆盖全国所有气候区1000多个台站的典型气象年数据。选择办公建筑模型,采用动态能耗模拟,研究了典型气象年新旧数据更替和气候变化对我国建筑能耗的影响。研究结果表明课题完成的典型气象年数据更贴合实际;气候变化下我国建筑节能的重点应该是抑制制冷能耗的增长,重点应该侧重于寒冷地区。本研究对典型气象年数据更替对建筑能耗模拟和建筑节能设计产生的影响起到了全面、定量化的评估作用。

基于GA-BP神经网络的逐时总辐射分组模型研究

通过分析影响太阳辐射的主要因素,提出以太阳高度角、季节和天气(晴空指数)作为数据划分依据的分组模型建立方法。以拉萨和西安地区的逐时气象数据和辐射数据为例,基于遗传算法(genetic algorithm,GA)优化的BP神经网络,建立太阳高度角、季节和天气类型的逐时总辐射分组模型。该研究揭示分组模型误差变化的规律,并将其估算误差与AllData模型比较。结果显示,相较于AllData模型,分组模型的估算误差均有降低。其中,天气分组模型误差最小,且西安的天气分组模型结果优于拉萨。西安天气分组模型平均绝对百分比误差(MAPE)和相对均方根误差(rRMSE)相较AllData模型结果分别下降3.96%和4.18%。研究结果表明分组模型能够降低逐时总辐射估算误差,可为估算逐时总辐射提供方法借鉴。

浙江西部传统民居的生物气候设计

浙江西部传统民居经过长期的历史演变,形成了一系列应对气候条件的建筑形态特征.从生物气候的设计角度分析了浙西传统民居的形态、组合、色彩、材质等,并以诸葛村为例,通过实地社会调查和在夏季极端气候条件下实际测量室内外的物理环境,对民居的室内环境进行分析.结果表明,因民居的天井与一层堂屋连通成为耦合空间,且天井的高度与面积较小,致使风压和风速不大,导致通风效果不佳.但民居室内环境仅在13：00～14：00间有持续1 h温度偏高外,其他时间段内室内环境还较为舒适.浙西传统民居的设计者在采用某些气候设计措施后,延长了室内的舒适时间,提高了室内的舒适程度,表明传统的气候设计措施在现代民居的设计中有必要传承与拓展.

典型气象年和非典型气象年在建筑节能设计中的应用研究

采用Sandia实验室方法挑选出5个热工设计分区代表城市的典型气象年数据,以及4个类型(V;、V;、V;、V;)的非典型气象年数据,对各区代表城市的典型办公建筑进行能耗模拟,分析平均能耗和峰值能耗;同时计算建筑被动式设计策略的有效时间比,分析不同类型UMY的自然通风及被动式太阳能采暖有效时间比的计算结果。模拟结果表明,V;类型的非典型气象年对严寒、寒冷、夏热冬冷3个地区的供暖能耗峰值分析具有重要价值,而对于制冷能耗峰值,则需根据具体城市进一步分析。在自然通风设计策略的有效时间比计算结果中,V;类型的UMY有效时间最少,而被动式太阳能采暖设计策略的有效时间比的最低计算值在不同地区出现在不同类型的UMY中。对补充完善典型气象年的平均能耗评估,定量、全面地分析建筑能耗及建筑被动式设计策略具有重要参考价值。

基于气候突变年的太阳辐射模型统计时长选取方法

建立太阳辐射模型,通过气象参数估算太阳辐射是完善太阳辐射数据的重要途径.建模数据统计时长的选取影响辐射模型系数,进而影响其估算误差.为选择适当的数据统计时长,减小辐射模型估算误差,本文提出一种借助气候突变年选取建模数据统计时长的方法.以我国90个台站超过25年的气象和辐射数据记录为例,选择与太阳辐射相关性较强的日照时数、温度和湿度3个气象要素分别进行突变检验,使用变差系数法确定气候突变年.选取观测数据超过25年的统计时长和突变年之后的统计时长分别建立日总辐射模型和日散射辐射模型,比较使用不同统计时长建立的模型估算误差.误差结果显示,以气候突变年为时间节点,选择其后的数据记录年份作为建模统计时长可以使辐射模型的均方根误差百分率降低2%以上,证明借助气候突变年选取辐射模型建模时长的方法可以有效降低模型估算误差.该方法可为辐射模型统计时长的选取提供依据.

太阳辐射两级区化方法及其应用

完整准确的太阳辐射数据是利用太阳能的前提,但实测数据严重匮乏,建立太阳辐射区域估算模型可以有效解决数据缺失的问题。提出太阳辐射两级区划方法,以晴空指数为一级区划指标,日照时数和平均温度为二级区划指标,对中国太阳辐射气候进行区域划分,共得到17个太阳辐射区,通过建立区域模型计算该区域内无辐射实测数据台站的日总辐射量。以陕西省为例,计算全省范围内33个台站的日总辐射量,结果显示,累年平均日总辐射量由陕北北部、陕北中部至关中、陕南逐渐递减,分布状况与纬度、气候和地形对太阳辐射强度的影响机理相符,表明太阳辐射两级区化方法可以用于日总辐射量计算中。