一种节能舒适并适用于大型公共建筑的热压通风方法技术

本发明专利技术涉及建筑通风领域，公开了一种节能舒适并适用于大型公共建筑的热压通风方法。本发明专利技术的有益效果在于，利用大型公共建筑的特殊空间，设置太阳能烟囱，强化空间热压通风，用最小的能耗，达到最大化的热舒适。

【技术实现步骤摘要】
一种节能舒适并适用于大型公共建筑的热压通风方法
本专利技术涉及建筑通风领域，尤其涉及一种节能舒适并适用于大型公共建筑的热压通风方法。
技术介绍
我国城市化进程中，大型公共建筑成为非常普遍的建筑类型。但大型公共建筑空间往往具有空间尺度巨大、形态相对封闭、周边功能复合的特征，越来越倾向于依靠高耗能的设备驱动与空调调节，使其在实际运行中面临高能耗与低舒适的挑战。为达到设备环境下的高舒适度，不得不消耗大量的运行能源。大多数公共建筑能耗集中在50-70Wh/(m2a),规模较大、功能组织复杂的公共建筑空间能耗集中在120-150Wh/(m2a)的较高能耗水平。高能耗之外，大型公共建筑密闭空间带来的健康问题同样严峻。据世界卫生组织(WHO)统计，目前世界上受病态建筑综合症(SBS,sickbuildingsyndrome)影响的有30％的新建和将近30％的整修建筑物，受其困扰的办公人员约20％～30％。加强自然通风，从“气密性建筑”到“气候性建筑”，是一个建筑设计领域的新挑战，大型公共建筑尤甚。大型公共建筑在自然通风方面具有先天的劣势，单纯的风压通风在大型公共建筑空间中难以发挥有效性能。实验表明，进深超过40米会造成建筑通风路径拉长，风压通风效果受限。而热压通风取决于室内外温度差与气流通道的高度或通风上下开口之间的垂直距离，对解决大尺度空间中的通风问题尤为重要，可利用建筑中的中庭空间、建筑过度空间，或建筑双层界面空间来实现。通过热压通风达成的空间气候调控技术复杂度要高得多，一方面，热与风的综合作用机制和有效性需要更精准的技术调适；另一方面，建筑空间形态、组织与构造，成为自然通风设计的关键，需要建筑本体设计的根本性转变。我们要有更多自然通风的办公和生活环境，而不要都依赖空调。建筑自然通风不仅是绿色建筑、健康建筑的基本要求，也是建筑疫情应急有效措施之一。因此，本领域的技术人员致力于开发一种适用于大型公共建筑并且节能绿色舒适的热压通风方法。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是如何利用大型公共建筑的特殊空间，设置太阳能烟囱，强化空间热压通风，用最小的能耗，达到最大化的热舒适。为实现上述目的，本专利技术提供了一种节能舒适并适用于大型公共建筑的热压通风方法，其特征在于，包括如下步骤：(a)根据大型公共建筑的自身结构，利用现有建筑空间，设置拔风井；(b)利用热压通风原理，强化自然通风；(c)根据图纸建立物理模型，按月份进行模拟计算，若每个月份内气象参数跨度较大，则再进行划分；(d)进行网格划分，将烟囱与主体部分切开，烟囱采用六面体网格、主体采用四面体网格，采用整体控制和局部加密的策略对窗户和建筑整体进行网格划分，最终得到的网格需满足网格质量要求的两个指标；(e)建立数学模型，基于平均湍流能量模型，采用有限体积法对控制方程组进行离散求解，利用求解器计算；单值性条件包括几何条件、物理条件和边界条件；(f)通过计算得到每层自然通风区域的最小新风量，根据模拟结果，调节开窗数量和中和面的位置。优选的，步骤(b)的实现方法为在已有拔风井的基础上提高其高度和/或设置太阳能烟囱，所述太阳能烟囱位于南边墙体，排风口相对设在北边墙体。优选的，所述太阳能烟囱包括玻璃幕墙、太阳能集热器和隔热板，所述玻璃幕墙与所述太阳能集热器相对设置，所述隔热板设在所述太阳能集热器之后。优选的，所述玻璃幕墙使用的玻璃为透明平板玻璃。优选的，所述太阳能集热器的吸热板芯采用铝合金材料加黑色涂层，所述隔热板的隔热材料为酚醛泡沫。优选的，步骤(c)的物理模型为在每个方案计算时对计算区域内的空气流动的假设符合布辛尼斯克(Boussinesq)假设。优选的，步骤(c)中的控制方程包括质量守恒方程、动量守恒、Reynolds应力湍流方程、湍流涡粘系数模化方程、湍流动能守恒方程、湍流动能耗散守恒方程、湍流动能剪切和浮力附加项，具体方程式为：优选的，步骤(c)中的物理条件包括参与流动与传热传质的物质的物理特征和源项的大小和分布情况，其中源项主要包括照明负荷、人员的发热量以及其他设备的发热量。优选的，步骤(c)的边界条件为：，步骤(c)为非稳态三维流动的数值模拟，边界条件随着室外气象参数的改变而改变，需要编写用户自定义函数UDF将建筑所在地的过渡季节的气象参数导入到边界条件中，气象参数取春秋两季(3，4，5月为春季；9，10，11月为秋季)，计算时间为每天的8:00-17：00。优选的，所述用户自定义函数UDF的编译需要完成三个宏的编写，分别是unsteady_Heat_Flux、thread_inlet_temperature和hourly_glass_temperature，分别实现了逐时的室外干球温度、综合温度和太阳辐射的输入。本专利技术的有益效果在于，利用大型公共建筑的特殊空间，设置太阳能烟囱，强化空间热压通风，用最小的能耗，达到最大化的热舒适。附图说明图1是本专利技术的一个较佳实施例的西侧拔风井及其负责的通风区域；图2是本专利技术的一个较佳实施例的东侧拔风井及其负责的通风区域；图3是本专利技术的一个较佳实施例的太阳能烟囱示意图；图4是本专利技术的一个较佳实施例的太阳能烟囱尺寸示意图；图5是本专利技术的一个较佳实施例的西侧拔风井及其负责的通风区域共104万网格的示意图；图6是本专利技术的一个较佳实施例的东侧拔风井及其负责的通风区域共281万网格的示意图；图7是本专利技术的一个较佳实施例的UDF略图；图8是本专利技术的一个较佳实施例的各月份一、二楼初次模拟风量与气象参数图；图9是本专利技术的一个较佳实施例的一、二楼窗户开启方案中一楼的开窗示图；图10是本专利技术的一个较佳实施例的各月份三至九楼初次模拟风量与气象参数图；图11是本专利技术的一个较佳实施例的三到九楼窗户开启方案的开窗示图；图12是本专利技术的一个较佳实施例的方案6-5和方案6-5-2的中和面位置对比示意图；图13是本专利技术的一个较佳实施例的各楼层风速图；图14是本专利技术的一个较佳实施例的各楼层温度分布图；图15是本专利技术的一个较佳实施例的各楼层风压力图；图16是本专利技术的一个较佳实施例的一层及西侧拔风井风速图；图17是本专利技术的一个较佳实施例的三层及东侧拔风井风速图。具体实施方式以下参考说明书附图介绍本专利技术的多个优选实施例，使其
技术实现思路
更加清楚和便于理解。本专利技术可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本专利技术的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。本文述及的“F1”、“F2”、“F3”、“F4”、“F5”、“F6”、“F7”、“F8”和“F9”代表“第1层”、“第2层”、“第3层”、“第4层”、“第5层”、“第6层”、“第7层”、“第8层”和“第9层”。1、在合适位置处，设置拔风井根据建本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种节能舒适并适用于大型公共建筑的热压通风方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(a)根据大型公共建筑的自身结构，利用现有建筑空间，设置拔风井；/n(b)利用热压通风原理，强化自然通风；/n(c)根据图纸建立物理模型，按月份进行模拟计算，若每个月份内气象参数跨度较大，则再进行划分；/n(d)进行网格划分，将烟囱与主体部分切开，烟囱采用六面体网格、主体采用四面体网格，采用整体控制和局部加密的策略对窗户和建筑整体进行网格划分，最终得到的网格需满足网格质量要求的两个指标；/n(e)建立数学模型，基于平均湍流能量模型，采用有限体积法对控制方程组进行离散求解，利用求解器计算；单值性条件包括几何条件、物理条件和边界条件；/n(f)通过计算得到每层自然通风区域的最小新风量，根据模拟结果，调节开窗数量和中和面的位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种节能舒适并适用于大型公共建筑的热压通风方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)根据大型公共建筑的自身结构，利用现有建筑空间，设置拔风井；
(b)利用热压通风原理，强化自然通风；
(c)根据图纸建立物理模型，按月份进行模拟计算，若每个月份内气象参数跨度较大，则再进行划分；
(d)进行网格划分，将烟囱与主体部分切开，烟囱采用六面体网格、主体采用四面体网格，采用整体控制和局部加密的策略对窗户和建筑整体进行网格划分，最终得到的网格需满足网格质量要求的两个指标；
(e)建立数学模型，基于平均湍流能量模型，采用有限体积法对控制方程组进行离散求解，利用求解器计算；单值性条件包括几何条件、物理条件和边界条件；
(f)通过计算得到每层自然通风区域的最小新风量，根据模拟结果，调节开窗数量和中和面的位置。


2.根据权利要求1所述的热压通风方法，其特征在于，步骤(b)的实现方法为在已有拔风井的基础上提高其高度和/或设置太阳能烟囱，所述太阳能烟囱位于南边墙体，排风口相对设在北边墙体。


3.根据权利要求2所述的热压通风方法，其特征在于，所述太阳能烟囱包括玻璃幕墙、太阳能集热器和隔热板，所述玻璃幕墙与所述太阳能集热器相对设置，所述隔热板设在所述太阳能集热器之后。


4.根据权利要求3所述的热压通风方法，其特征在于，所述玻璃幕墙使用的玻璃为透明平板玻璃。


5.根据权利要求3所述的热压通风方法，其特征在于，所述太阳能集热器的吸热板芯采用铝合金材料加黑色涂层，所述隔热板的隔热材料为酚醛泡沫。

【专利技术属性】
技术研发人员：李麟学，吴杰，周凯锋，王彦雯，张琪，
申请(专利权)人：同济大学，同济大学建筑设计研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31