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1、第卷第期太阳能学报年月!∀#∃!!∀#一一一!文章编号单栋建筑室外热环境的模拟计算方法,,,于震李先庭李莹赵彬,清华大学建筑技术和科学系北京摘。要建筑室外热环境模拟计算是住区微气候研究的重要内容本文提出了将求解建筑物和周围下垫面的热平衡方,程组与室外空气场的模拟计算相结合的方法解决了空气场计算时间步长与建筑物。以及下垫面计算时间步长不一致的问题并提出将下垫面温度简化为逐时太阳直射区
2、域温度和日影区域温度的方法,降低。,了计算的复杂程度该数值方法可以得到在自然条件作用下建筑物表面和下垫面表面的逐时温度及。,。空气温度与流动情况计算结果与实验结果吻合较好说明所提出的计算方法是有效的日影关键词微气候下垫面数值模拟中图分类号丁文献标识码件一“〕,。可能导致计算结果不准确引言,总体来看分布参数方法比集总参数方法准,随着对舒适、自然、环保观念的认识的深入,确但如何在保持分布参数的优势下尽量减少计算人们越来越关注建筑与周围环境的关系,而不是孤量,目前的研究还很少。本文提出了将求解描述建。立地考察建筑本身住区微气候与在建筑中居住
3、的筑物和周围下垫面的热平衡方程组与住区空气场的,人的舒适程度以及建筑物的能耗和建筑物内环境调模拟计算相结合的方法在不降低计算精度节技术的选择息息相关,已经成为一个研究热点。的同时,显著减少了计算用网格以及边界数,从而,。在室外微环境中空气与地表及建筑表面存在使计算量大为减少对流换热,地表、建筑表面还接收到太阳辐射、天、、,计算模型空长波辐射各表面之间的相互辐射潜热散热以及向地下或建筑内的导热等热流。、空物理模型自然环境气场、下垫面和建筑间相互藕合,构成一个能量在室外微环境中,空气与地表及建筑表面存在。,、、系统对流换热地表建筑表面还接受到太阳辐射天目前
4、对于住区微气候的研究使用的理论研究模空长波辐射、各表面之间的相互辐射、潜热散热,。。型有集总参数模型和分布参数模型两类集总参数以及向地下或建筑内的导热等热流图中所示为、。,模型有一维能量收支平衡模型〔’〕室外微环境的热平衡关系图中是表面吸收模型“〕和改进等模的太阳辐射是表面吸收的地面反射太阳辐射。,型〕上述研究方法的尺度较大多用于城市尺是表面吸收的地面长波辐射是表面向内。。度的气候研究分布参数模型主要使用方法部导热是表面向外界的净长波辐射
5、,进行模拟计算是表面向周围空气进行的对流换热是表面与但是对于在室外环境下如何给定合适的建筑表面和下垫面表面温度的问题还没有很好。,环境间的潜热换热从中可以看出住区微环境包。,。的解决办法目前大多数的计算采用将下垫面与空括住区建筑下垫面以及以之为边界的空气场因,气场化分为同样大小的网格然后用差分法求此微气候模拟包括两个部分空气场计算部分和建一“,,。解〔了导致计算量很大另外难以实际应用筑及下垫面计算部分一些研究则就不计算下垫面和建筑表面的温度,而对于空气场计算部分,应用,计算方法是给出一个假设的温度作为空气场计算的边界条只要给出计算区域处边界条件
6、和内部边界的完整描一一收稿日期期于震等单栋建筑室外热环境的模拟计算方法,,。述就仁’。〕可以求出计算区域内各点的气流速度场和温实验实验结果表明这一假设是合理的。度场由于建筑区域中空气的速度场和温度场受下下垫面和建筑表面热平衡模型垫面的影响很大,需要准确地给出下垫面及建筑物建筑表面和下垫面的热平衡方程可分别用下面,各个表面在太阳辐射作用下的逐时温度以此作为两个公式表示。模拟计算的边界条件而这就需要下垫面计、!。算部分的结果、、。“,
7、其中表面吸收的太阳辐射表面——吸收的地面反射太阳辐射表面吸收的地今拜面长波辐射表面—向内部导热—、表面向外界的净长波辐射表“——面向周围踢胎巍涤具潺空气进行的对流换热表面与环。—境间的潜热换热,图室外微环境热平衡关系图由于下垫面和建筑维护结构的蓄热作用当前,时刻的表面温度与其历史状况有关可使用反应系。数方法来求解土壤和建筑围护结构的非稳态传热对,于下垫面部分来说可以采用求解下垫面和基本思路是将随时间连续变化的扰量曲线离散为建筑表面的热平衡
