【摘 要】
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城镇化进程中,一线城市里高密建筑群阻碍了建筑间局部气流的运动,造成行人区风速过低无法快速带走建筑散热。这一现象加剧了城市热岛同时也降低了城市的宜居性,尤其是造成了市民在室外活动时的热不舒适。建筑架空设计被证明能够有效放大其周围行人区的风速和湍流强度,但已有研究多关注单栋架空建筑及有无周围建筑对其改善效果的影响,尚缺乏对建筑群中不同架空形式及其对行人区风热环境影响的探讨。此外,现有建筑风环境研究中仅
【基金项目】
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国家自然科学基金青年科学基金项目《基于流场信息瞬时化的工业建筑风环境快速设计方法研究》(编号:52008079);
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城镇化进程中,一线城市里高密建筑群阻碍了建筑间局部气流的运动,造成行人区风速过低无法快速带走建筑散热。这一现象加剧了城市热岛同时也降低了城市的宜居性,尤其是造成了市民在室外活动时的热不舒适。建筑架空设计被证明能够有效放大其周围行人区的风速和湍流强度,但已有研究多关注单栋架空建筑及有无周围建筑对其改善效果的影响,尚缺乏对建筑群中不同架空形式及其对行人区风热环境影响的探讨。此外,现有建筑风环境研究中仅考虑单一因素——风的影响,少有对建筑周围热辐射强度进行定量化的耦合探究,这也给深入分析建筑架空改善行人区热舒适性带来了难度。本研究旨在探究复杂城市布局中不同架空建筑周围热辐射强度对行人区风热环境及热舒适的影响,并将研究成果应用于实际工程。具体的研究内容、方法和结果如下:(1)通过对实际工程中,架空建筑影响行人区风热环境和热舒适的观察与感知,提出了本文的研究问题。结合文献综述,厘清了建筑风热环境和室外热辐射影响架空建筑周围行人热舒适的研究现状,确定了本研究的研究内容及技术路线。(2)通过选取了两组风洞实验(考虑温度场和未考虑温度场的理想建筑群风环境)进行计算流体力学(CFD)建模模拟,用于验证湍流模型和数值方法的预测准确性和有效性。结果表明模拟与风洞实验的速度场结果对比的相关系数为0.83,温度场模拟结果与实验结果的吻合度高。由此确定了本研究中后续采用的稳态雷诺时均方法中湍流模型为RNG k-ε模型、数值方法及边界条件。(3)根据风洞实验和现场测量的建筑尺寸确定本文研究算例的建模尺寸,并提出了三种具有多栋架空建筑的不同复杂街区形式,包括Type 1(无架空)、Type 2(N-型)和Type 3(M-型)。对单栋建筑、单栋架空建筑和三种复杂街区模型进行模拟计算。采用风速比、湍流强度、阵风风速、生理等效温度(PET)、平均风速变化率、温度、对流换热系数等建筑风热环境评价指标对模拟结果进行分析。结果表明建筑架空可以放大架空周围行人区的风速和湍流强度,并可为市民提供一个相对热舒适的局部休憩空间。同时给出了考虑热辐射影响后,单栋架空建筑的周围风速场比不考虑时差异较大,特别是行人区风速平均变化率差值为30%。(4)研究选取了夏热冬冷地区一栋具有裙楼的办公大楼作为工程改造对象,将以上研究成果用于改善该建筑群周围行人区的局部风热环境和热舒适性。对比在该建筑前方有无架空建筑的风速场、湍流强度、温度场和热舒适性的分布差异,结果表明架空形式能够改善办公大楼背风侧的涡流分布,降低办公大楼迎风侧的湍流强度,并改善了建筑周围行人热舒适。本研究通过数值模拟定量探究了考虑热辐射强度下架空建筑在复杂街区形式中对行人区风热环境及热舒适的影响,并将理论研究结果应用到实际改造工程中去,其结论对生态城区规划改造工程具有实际意义。
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