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外窗設(shè)計(jì)形態(tài)對建筑室內(nèi)自然通風(fēng)的影響的論文
前言
隨著全球資源的日益匱乏，綠色節(jié)能理念越來越受到人們的關(guān)注。自然通風(fēng)作為一種傳統(tǒng)的調(diào)節(jié)建筑室內(nèi)環(huán)境的手段之一，也越來越得到人們的重視。相比于機(jī)械通風(fēng)，自然通風(fēng)有其特有的優(yōu)點(diǎn)，尤其在資源的節(jié)約、室內(nèi)環(huán)境的優(yōu)化以及人體舒適度的提高等方面。室內(nèi)自然通風(fēng)的形成，主要是通過風(fēng)壓或熱壓的作用，將室外空氣引入室內(nèi)并在形成流動[1]，所以影響建筑室內(nèi)自然通風(fēng)的形成及其通風(fēng)效果的因素主要有建筑物外部風(fēng)壓、建筑物內(nèi)外熱壓差以及建筑物內(nèi)外門窗開孔的位置、大小和形式等[2]。通過對眾多研究成果的總結(jié)，本文采用數(shù)值模擬法中的計(jì)算流體動力學(xué)，針對影響室內(nèi)自然通風(fēng)的主要因素之一——窗口，進(jìn)行對室內(nèi)風(fēng)環(huán)境影響的模擬分析，根據(jù)控制變量法分別對外窗洞口開孔的位置、大小、形式這三個因素進(jìn)行分析研究。
1模擬分析
1.1軟件簡介
針對本文的研究目的和研究邏輯，本文中的模擬運(yùn)用了流體通用軟件中的PHOENICS軟件，并選用其眾多模塊中的FLAIR模塊。
1.2模型介紹
本文中研究對象為一個單體房間，設(shè)置其進(jìn)深為6m，開間為3.6m，層高為3m，房間朝向?yàn)檎媳保⒂幸淮耙婚T。通過將窗口的大小、形狀和相對位置這三個因素中兩個因素設(shè)置為定量，剩余一個因素作為變量，進(jìn)行模擬并分析這三種因素在現(xiàn)實(shí)情況中對室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的影響。模擬對象房間的門窗洞的大小、形狀和相對位置這三種因素是按照《建筑門窗洞口尺寸系列》GB/T5824-2008進(jìn)行選取并設(shè)置的。
1.3工況設(shè)置
本文首先確定門的寬度為0.9m，高度為2.1m，其位置固定位于房間的一角，窗臺高度統(tǒng)一為0.9m。本文采用用控制變量法來研究窗對室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的影響，通過對模擬對象房間的外窗洞口開孔的尺寸、形狀以及與室內(nèi)門的相對位置，這三種影響因素的設(shè)定來設(shè)置模擬工況。并在不同的工況下，設(shè)定兩個不變因素和一個變量因素。根據(jù)控制變量法分析原則，此次模擬分析的工況分為以下幾種：（1）窗口的大小作為變量，窗口的形狀為正方形，開窗位置為等分于墻，選擇窗的尺寸分別為1.2m×1.2m，1.5m×1.5m，1.8m×1.8m；（2）窗口大小固定為2.4m2，開窗位置為等分于墻，選擇窗的尺寸分別為1.2m×2m，1.6m×1.5m，2m×1.2m；（3）窗口大小固定為2.4m2，選擇窗的尺寸為1.2m×2m，設(shè)置門窗的相對位置分別為完全直接對流、非完全直接對流和非直接對流。各工況如表1所示。本文模擬中的9種工況設(shè)置的邊界條件為：本文中的模擬使用室內(nèi)外風(fēng)壓差作為自然通風(fēng)的來源，設(shè)置各工況室內(nèi)外風(fēng)壓差均為3.0Pa，其中靠窗側(cè)外墻表面風(fēng)壓為2.0Pa，靠門側(cè)外墻表面風(fēng)壓為-1.0Pa。模擬過程中，每個工況均在房間幾何中心位置模布置測點(diǎn)，以便收集各工況最后的模擬結(jié)果數(shù)據(jù)，并進(jìn)行對比分析。
1.4數(shù)值模擬與分析
本文中室內(nèi)自然通風(fēng)狀況以空氣齡作為評價指標(biāo)，空氣齡是指空氣在室內(nèi)某點(diǎn)處所停留的時間，能夠反映室內(nèi)空氣的新鮮程度，是評價室內(nèi)空氣品質(zhì)的重要指標(biāo)。本次模擬中所得出的結(jié)果平面圖均截取的0.8m工作面高度。根據(jù)模擬整理所得的具體數(shù)據(jù)如表2所示。
（1）窗口大小對室內(nèi)風(fēng)環(huán)境影響模擬分析在工況1即外窗洞口開孔尺寸為1.2m×1.2m時，模擬對象房間室內(nèi)各部分區(qū)域風(fēng)速分布較為均勻，未出現(xiàn)無風(fēng)區(qū)，在外窗與門相連的直線范圍內(nèi)，風(fēng)速較房間其他區(qū)域更大。在工況2即外窗洞口開孔尺寸為1.5m×1.5m時，模擬對象房間室內(nèi)各部分區(qū)域風(fēng)速分布較為均勻，未出現(xiàn)無風(fēng)區(qū)，在外窗與門相連的直線范圍內(nèi)，風(fēng)速較房間其他區(qū)域更大。在工況3即外窗洞口開孔尺寸為1.2m×1.2m時，模擬對象房間室內(nèi)各部分區(qū)域風(fēng)速分布較為均勻，未出現(xiàn)無風(fēng)區(qū)，在外窗與門相連的直線范圍內(nèi)，風(fēng)速較房間其他區(qū)域更大。通過對以上三個工況模擬結(jié)果數(shù)據(jù)的對比分析，當(dāng)控制窗口形狀和門窗相對位置這兩個影響因素為不變量時，隨著開窗洞口尺寸的增大，室內(nèi)大部分區(qū)域風(fēng)速也隨之增加，空氣齡也會相應(yīng)減小。說明房間室內(nèi)空氣停留時間隨著開窗洞口面積增大而縮短，換氣次數(shù)增加，室內(nèi)得到的新風(fēng)量就會增加。
（2）窗口形狀對室內(nèi)風(fēng)環(huán)境影響模擬分析在工況4即外窗洞口開孔尺寸為1.2m×2m時，模擬對象房間室內(nèi)各部分區(qū)域風(fēng)速分布較為均勻，未出現(xiàn)無風(fēng)區(qū)，在外窗與門相連的直線范圍內(nèi)，風(fēng)速較房間其他區(qū)域更大。在工況5即外窗洞口開孔尺寸為1.6m×1.5m時，模擬對象房間室內(nèi)各部分區(qū)域風(fēng)速分布較為均勻，未出現(xiàn)無風(fēng)區(qū)，在外窗與門相連的直線范圍內(nèi)，風(fēng)速較房間其他區(qū)域更大。在工況6即外窗洞口開孔尺寸為2m×1.2m時，模擬對象房間室內(nèi)各部分區(qū)域風(fēng)速分布較為均勻，未出現(xiàn)無風(fēng)區(qū)，在外窗與門相連的直線范圍內(nèi)，風(fēng)速較房間其他區(qū)域更大。通過對以上三個工況模擬結(jié)果數(shù)據(jù)的對比分析，當(dāng)控制外窗洞口開孔大小和門窗相對位置這兩個影響因素為不變量時，隨著開窗洞口寬高比的增大，室內(nèi)大部分區(qū)域風(fēng)速也隨之增加，空氣齡也會相應(yīng)減小，并且室內(nèi)風(fēng)速分布也更加均勻。說明房間室內(nèi)空氣滯留時間隨著開窗洞口寬高比的增大而縮短，換氣次數(shù)增加，室內(nèi)得到的新風(fēng)量就會增加。
�。�3）開窗位置對室內(nèi)風(fēng)環(huán)境影響模擬分析在工況7即開窗位置為門窗完全直接對流時，模擬對象房間室內(nèi)各部分區(qū)域風(fēng)速分布較為均勻，未出現(xiàn)無風(fēng)區(qū)，在外窗與門相連的直線范圍內(nèi)，風(fēng)速較房間其他區(qū)域更大。在工況8即開窗位置為門窗非完全直接對流時，模擬對象房間室內(nèi)各部分區(qū)域風(fēng)速分布較為均勻，未出現(xiàn)無風(fēng)區(qū)，在外窗與門相連的直線范圍內(nèi)，風(fēng)速較房間其他區(qū)域更大。在工況9即開窗位置為門窗非直接對流時，模擬對象房間室內(nèi)各部分區(qū)域風(fēng)速分布較為均勻，未出現(xiàn)無風(fēng)區(qū)，在外窗與門相連的直線范圍內(nèi)，風(fēng)速較房間其他區(qū)域更大。
2結(jié)論
�。�1）通過對不同尺寸窗口的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的模擬得出：隨著開窗洞口面積的增大，室內(nèi)大部分區(qū)域風(fēng)速也隨之增加，空氣齡也會相應(yīng)減小。說明房間室內(nèi)空氣滯留時間隨著開窗洞口面積增大而縮短，換氣次數(shù)增加，室內(nèi)得到的新風(fēng)量就會增加，室內(nèi)環(huán)境越好。
�。�2）通過對不同形狀窗口的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的模擬得出：隨著開窗洞口寬高比的增大，室內(nèi)大部分區(qū)域風(fēng)速也隨之增加，空氣齡也會相應(yīng)減小，并且室內(nèi)風(fēng)速分布也更加均勻。說明房間室內(nèi)空氣滯留時間隨著開窗洞口寬高比的增大而縮短，換氣次數(shù)增加，室內(nèi)得到的新風(fēng)量就會增加。
（3）通過對不同窗口與室內(nèi)門相對位置的室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的模擬得出：當(dāng)房間窗和門完全直接對流時，房間風(fēng)速較大處集中在門直接窗相對區(qū)域；當(dāng)采取非完全直接對流時，室內(nèi)風(fēng)場均勻，舒適性較好；當(dāng)采取非直接對流時，房間易形成渦流區(qū)，也不利于房間舒適性。
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