开题报告-地下空间壁面温度求解模型及其变化特性研究

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1、一、课题的来源及意义：随着我国城市化进程的加快，城市人口急剧增长，现代化生活节奏加快，交通压力不断增大，城市道路拥挤不堪，给市民的正常出行带来了极大不便，城市交通问题日益突出，严重影响了经济建设的进程。要解决这一难题，不能把希望仅仅寄托在无休止的道路建设上，发展城市地铁轨道交通才是应对城市交通拥堵的好方法。近年来，随着我国经济社会的快速发展，我国的轨道交通发展也进去了一个全新的时期。自2007年起，国内各大城市分两轮递交了轨道交通建设规划——第一轮城市为15个(北京、上海、广州、青岛、深圳、南京、重庆、武汉、杭州、成都、苏州、西安、哈尔滨、大连、长春）；第二轮为10个（宁波、无锡

2、、长沙、郑州、福州、昆明、南昌、东莞、沈阳、厦门），其中绝大部分城市都已获得国务院及发改委的批准。截止2011年底，全国已有北京、上海、广州、深圳、南京、天津、重庆、武汉、长春、大连、成都、沈阳等12个城市的轨道交通投入运营，线路总里程达到了1300公里。目前，全国已有30多个城市获得了轨道交通的建设批复，2010年-2015年间，全国规划建设轨道交通线路总里程将达到1700公里，可以说，我国的地铁轨道交通建设已经进入了全面井喷时期。随着地下轨道交通的全面开展，近些年来我国在地下空间的开发利用方面也投入力度很大，开展了大量的工作,目前北京、上海、广州、天津、深圳、南京、青岛、杭州

3、、武汉、重庆、成都、哈尔滨、佛山等城市正在建设之中，还有二十多个城市正在积极筹划之中。而地铁的建设和城市中心区的大规模改建加快了新一代地下空间开发利用的速度，如北京的西单文化广场、东直门和西直门交通枢纽，上海静安寺广场，杭州钱江新城地下空间开发，深圳福田中心区地下空间开发等。从总体上看，我国地下空间发展呈现出以下几个主要特点：（1）开发规模和力度大，开发速度快；（2）从孤立的单体建设转变为城市整体建设和改造的组成部分；（3）从孤立的地下建筑形式转变为功能复杂多样的巨大地下综合体[1][2]。城市地下空间，即在城市地面以下的岩层或土层中天然形成或经过人工开发形成的空间[3],是城市

4、的战略性空间资源，是新型国土资源，同时地下空间开发利用与地上空间开利用相比有其独到之处。地下空间恒温性、恒湿性、隔热性、遮光性、气密性、隐蔽性、空间性、安全性等诸多方面远远优于地上空间。发展中的中国城市将地下空间广泛应用于城市交通、商业、仓储、防空、等各个领域，对于城市的地下空间规划，部分城市已取得部分成就，积累了一定经验。由于地下空间的快速开发和利用，相应的其它地下建筑都会涉及到地下空间的热环境问题，而对围岩壁面温度场的变化及其传热特性等问题的研究是地下空间热环境问题中不可缺少的一部分。地下空间一般蓄热性能比较好，当夏季温度较高时，室外高温空气被送入地下空间（洞室、地铁、地下超

5、市、商场、车库等），与围岩壁面接触进行换热，将自身热量传递给围岩，从而使围岩壁面温度逐渐升高，同时自身热量减少也达到温降的效果，温度升高了的围岩壁表面向岩体内部传热，由于岩石具有较大热容性与其热惰性，使其内部各层的温度变化有一定的衰减与延迟。这样当冬季温度较低的室外空气进入地下空间时，由于围岩壁面温度比空气温度高，围岩壁又将热量传递给地下空间的室内空气，使空气温度得以升高[4]。地下空间围岩壁面温度的高低影响着与空气的对流换热量，导致空气的温度变化，而且壁面温度不同时，与人员之间的辐射换热量也不同，这都会导致人员活动时的热舒适性改变，为满足人体热舒适性，地下空间空调负荷也随之改变

6、，正是由于地下空间壁体的这一特性，从而使空调了冷热负荷的计算复杂化，而室内冷热负荷是空调设计风量、空调系统以及空调设备容量确定的原始依据，在传统的地下建筑通风空调设计中，热负荷计算只考虑冬季和夏季两个静态工况，有些将壁面吸放热量作为安全余量来考虑而不计入负荷计算中，这样的计算无疑缺乏准确性，给制冷空调系统设备容量的选取带来浪费。因此研究地下空间壁面温度，分析影响壁面温度变化的主次因素，为进一步精确计算地下空间空调系统负荷提供参考，同时它也为地下建筑进行通风空调的优化设计提供依据，为通风方案的选取提供了合理化建议，以达到节能的目标。二、简述该领域目前的国内外先进水平目前各国研究地下

7、空间壁面温度及传热方面主要有地铁隧道围岩土壤的传热，土壤传热对地源热泵地埋管换热能力的分析，地下超市、商场以及人防工程等地下空间围护结构围岩侧土壤传热，矿井温度与通风等问题的研究。大部分研究采用理论分析计算，数值模拟，搭建模型试验，现场实测等。模型试验作为一种研究方法，可操作性好，可以精确控制实验工况的主要参数，而不受外界条件和自然条件的限制，实验结果准确度搞，而且能够通过实验数据分析实验对象与实验工况之间的关系，因此模型试验就成为现象相似问题模拟的最为重要研究手段。（一）国内地