居住建筑通风与室内空气质量营造的研究

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居住建筑通风与室内空气质量营造的研究刘素梅天津大学
除了高污染和极端气候地区,自然通风可以有效改善室内空气品质和热舒适,减少空调使用。利用自然通风需要知道风是如何通过小区进入室内的,然而,现有研究未给出如何利用郊区气象站的数据来准确计算室内自然通风的方法。此外,中国的厨房散发大量气态污染物和颗粒物,依靠自然通风不能保证厨房的空气品质和热舒适。本研究目的在于研究风从郊区气象站向市区迁移最终进入住宅室内的流动机理,提出合理的数值计算方法。同时,针对厨房环境,提出合理的机械送风,补风和排风以及空调技术。通过实验验证,本研究为住宅室内外热舒适及空气品质环境营造提供指导依据。本研究主要进行了以下几个内容的研究:1)首次提出了将郊区气象站风环境合理迁移至市区的全尺度模型,并确定了在目标建筑自然通风设计时需要保留的最小其他建筑范围。2)本研究提出了将小时平均的郊区气象站数据转化为每分钟甚至每秒钟瞬态气象数据的方法,进一步计算以穿堂风形式进入住宅的自然通风量,通过与实验数据的对比,验证该方法的准确性。3)针对自然通风无法满足保证厨房空气品质和热舒适的状况,本研究进一步对中国家用厨房环境存在的问题和解决措施开展了全面、系统的调研,提出了一套解决厨房内热舒适和空气品质的机械送风、补风和排风以及空调集成系统。主要结论:1.本研究提出了一个详细全尺度模型,该模型能通过11 km处郊区气象站的数据计算出市区的流场,和屋顶实验数据对比计算误差为20%。2.简化全尺度模型计算出的平均风速仅比详细全尺度模型的计算结果高5.5%,而简化模型的网格数仅为详细模型的69%,可以节省至少三分之一的计算时间。3.在对目标建筑进行室外风场计算时,目标建筑周围至少需要保留R=3L的建筑,其中L为目标建筑的最大几何尺寸。4.基于修正后的每分钟气象数据,可以通过非稳态的CFD数值模拟合理计算出室内外自然通风,屋顶风速和穿堂风量,CFD模拟结果与实验测试数据之间的平均相对误差分别为24.4%和14%。5.本研究提出在灶台周边用上送风幕补风限制污染物扩散,在灶台下用置换空调通风提供热舒适,通过油烟机排风排污的集成系统,实测厨房污染物排除效率为96.2%至97.1%,室内空气温度适宜,保证厨房内空气品质和热舒适。