清华大学学报(自然科学版)2003年第43卷第6期JTsinghuaUniv(Sci&Tech),2003,Vol.43,No.630/38
826-828,843
安徽传统民居夏季室内热环境模拟
宋 凌, 林波荣, 朱颖心
(清华大学建筑技术科学系,北京100084)
摘 要:设计适应地方气候的建筑结构有利于节能和环保。为研究安徽传统民居对自然条件的适应性,在实测分析的基础上,采用建筑环境模拟软件DeST对室内热环境进行了数值模拟分析。将实测数据,如室外气温、太阳辐射强度、围护结构热物性参数和房间内扰模式等作为已知边界条件,通过对不同自然通风模式的室内热状况进行模拟比较,拟合出了与实测情况相符的自然通风模式。验证了:采用热惯性小、隔热作用好的围护结构和双坡屋顶结构减少建筑的太阳辐射得热对改善室内热环境所起的作用。
关键词:传统民居;室内热环境;太阳辐射;围护结构;
通风
中图分类号:TU241.5
文献标识码:A
文章编号:1000-0054(2003)06-0826-03
Simulatioconrditionnofthesummerindoorthermal
esidentialofatraditionalChinSONGLing,LINbuildinBorong,gZHUinYingAnxhui
eseinTsinghua(DeparUnivertmentsityo,fBeijBuilidingng100084Science,,China)
Ambstract:BuildingdesigncanbeimprovrcoesidentethodsmfortableiatlobuildingsaveenerindoorstheringymAaalnhuindproconditintectiosouttnshheinernenviroedbytheCsummhinanmusingnatent.er.urTallyTtrraditaditiohephysical
provionalnalideprsimincipltypicalulationesosoffthetwarnaeturalDeSTthermtosimalulatcomeforthetwthereremstudiedalconditusingionsintheatchaemperthermal
atestsractature,Anhuiresidence.boedundareristicsintheysimcoofthnditte
heulatioenvsolions.eloar
Field-ntoVpe,radiatmeasurfindarioawusndion
edintdataensitsuchy,asthe
theoutsidehichnatthemurintoaleriodeventrhresultileatatsiongainsinthemodesweremeasurwusedereindoed
maodeorwtemastperatolimure.Theresultsshowedthatthemosteffectivevtnight.Ventilatitionatnuralbytheventstilatioackneffdecrectingwasthekeydaytoandprovidingpromotetitthenteilatlowiomn.assOtherbuildingimporenveltantopefactorandswtheerehigalsohathernalymzed,includinghisdouble-slopestructure.
alresistance,Keywords:trsolaraditioradiation;buildingnalresidentialbuilding;indooenvelope;ventilation
rthermalcondition;
找到最能适应地方气候和自然条件的模型并用以指导现代建筑的设计,对于减少能源的消耗、减轻对环境的压力具有重要意义。传统民居在营造良好的室内热环境方面具有独特作用。文[1～3]针对不同形式的传统民居进行了定性的分析和局部的仿真模拟,试图从不同的方面论证建筑结构对室内热环境的影响。
院合作2000,对安徽省泾县查济村进行了测试年清华大学建筑学院和安徽建,筑工发现此处
业学
传统民居在夏季较热的室外环境下仍具有良好的室内热舒适条件[4]
因素:1)双坡屋顶。可能对民居对太阳辐射热环境起主导作的遮挡作用;2)用的
围护结构的热物性对房间得热量的影响;3)房间通
风模式对房间温度的影响。
在此基础上,本文利用建筑环境模拟软件D试的eST气对兆兰宅的热环象参数和围护结境进构热行仿物性真模拟参数作。为通已过将知测条件,比较不同的房间通风模式,找出导致实际热环境状况的通风模式。并对其他的主要影响因素进行了定量地分析,包括建筑物围护结构对房间热惯性的影响,双坡屋顶对太阳辐射的减弱作用。
1 模拟方法
试。将室内热物理环境最好的一户2000-08-09—30,在安徽省泾县——查济村兆兰宅作为进行测
模拟对象。这是一户南北朝向,单进双层的建筑(见
图1)。
1.1 采模拟工具用清华大——学DeST
开发的建筑热环境模拟软件
增强的状态空间法求
收稿日期:2002-06-19
基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(59836250)作者简介:宋凌(1976-),女(彝),四川,硕士研究生。通讯联系人:朱颖心,教授,E-mail:[email protected]
图1 兆兰宅
解建筑物和围护结构的热物理方程,进而模拟出建筑物各房间全年的逐时温度。1.2 气候条件
热工特性参数是实测的复合传热系数和复合热阻。1.4 内扰模式
房间
作息模式17:00—21:0022:00—07:0012:00—13:00表2 内扰模式设定值
热负荷上限人数灯光/W设备/W[1**********]
301502000热负荷比例/%
1001001000模拟中采用实测的气象数据:包括气温和太阳
辐射强度。根据实测气温的昼夜温差,确定气候条件。温差在12℃以上,白天气温高达36℃以上时,可认为是晴天;温差在12℃左右,但白天气温很少高于36℃时,认为多云天气;温差只有5℃左右,且白天气温不高于31℃时,认为是阴雨天。
气象条件:晴天的大气透明度取为0.62;多云天气取云量(采用云遮系数法[5]计算天气晴朗程度的参数)为9;阴雨天时认为太阳散射量近似为0。晴天的太阳直射量一般在100～400W/m之间,多射量取为0W/m。
2
2
客厅卧室厨房其他
1.5 通风模式
云天气的太阳直射量在0～100W/m之间。太阳散
传统民居双坡斜屋顶的太阳辐射强度与现代民
2
通过与实测结果比较,找出较为符合实际情况
的通风模式如表3。
表3 通风模式1的换气次数房间二楼南向中间大二楼南向小二楼北向天井与室外一楼厅堂与天井相通的631757换气次数/h-1
居平屋顶的太阳辐射强度有很大的区别。计算太阳直射量时,分别计算朝南和朝北的屋顶的太阳直射量,并换算成与平屋顶当量的太阳直射量,二者相加得总太阳直射量。太阳辐射计算公式见文[5]。1.3 围护结构
6.43.21.67.55.57.5根据实地勘测,确定围护结构特性如表1。其中
表1 围护结构特性
围护结构的总传热系数为k,总热阻为R。屋顶的
项目地面内墙楼板屋顶
材料三合土地面薄木板结构较厚楼板结构青瓦+望砖
k/(W·m-2-10.893.621.110.7410.58
2-11.480.030.6250.6250.47
外墙薄砖空心夹土墙
2 模拟结果
从模拟的结果(图2,3)来看,客厅的模拟室温
和实际室温的最高温偏差最大值为2.12℃,最低温偏差最大值为1.41℃,平均偏差为0.07℃;西卧室的模拟室温和实际室温的最高温偏差最大值为
1.为090.℃27,℃最。低温说明偏建筑差最物对大值为外温的1.衰减54℃基,平均本符偏合差
实际情况;但峰值与谷值出现的时间均比实测室温提前1～2h,说明模拟过程中建筑物对外温的延迟作用描述不够准确,即围护结构热工性能和通风模式
的影响。
图2
客厅模拟温度与测试温度比较
图3 西卧室模拟温度与测试温度比较
33. 1 分析与讨论
气象双坡屋顶对太阳辐射的遮挡作用
参数的影响除了气温,太阳辐射的影响更
大。在考虑太阳辐射的影响时,主要需要考虑实际天气的阴晴状况。计算发现,阴天和晴天的气温相差不大,但建筑的太阳辐射得热相差很大,所以房间的温度受到了较大影响(图4)。而从图5可以看到,在相
同气象参数下,双坡屋顶的太阳辐射得热量比平屋
顶的太阳辐射得热量少1.22kW/(m2
例),说明双坡屋顶对减少建筑的太阳辐射得热有明·d)
(以晴天为显的作用。
3.2 房间的通风模式包括室内房间之间的换气次数
改变通风模式对室内温度的影响
和周边房间与室外的换气次数
。而对房间温度起主
图4
不同气象情况下的房间气温比较
图5 不同屋顶的太阳辐射得热量比较
要影响作用的是周边房间与室外的换气次数的不同。选择了4种通风模式:与通风模式1相比,模式2气次数增加了白天;模式的换气次4减少了夜间的换气次数数;模式3减少了白。
天的换
模拟结果表明,与实测结果接近的通风模式的
温差不到0.5℃,而4种通风模式均未影响建筑物对外温的延迟效应,故通风模式对延迟的影响可以不考虑。以上说明在昼夜温差很大的地方,房间的通风模式以白天减少换气次数而夜间加大换气次数为佳。
而根据实测情况,天井风速一般小于0.5m/s且风速变化不大,但白天室外风速一般大于0.3m/s,而夜间室外风速一般小于0.3m/s,说明天井的结构使得房间换气是通过热压而非风压形成的,并且由于白天室外气温高,室外气体不易进屋,而夜间室外气温低,热压加速了房间与室外之间的换气。3.3 分改变围护结构对室内温度的影响
别采用普通屋顶(传热系数约0.6W/
(m2
·K))和青瓦望砖的屋顶进行模拟(下转第。
843页)
清华大学学报(自然科学版)2003年第43卷第6期JTsinghuaUniv(Sci&Tech),2003,Vol.43,No.630/38
826-828,843
安徽传统民居夏季室内热环境模拟
宋 凌, 林波荣, 朱颖心
(清华大学建筑技术科学系,北京100084)
摘 要:设计适应地方气候的建筑结构有利于节能和环保。为研究安徽传统民居对自然条件的适应性,在实测分析的基础上,采用建筑环境模拟软件DeST对室内热环境进行了数值模拟分析。将实测数据,如室外气温、太阳辐射强度、围护结构热物性参数和房间内扰模式等作为已知边界条件,通过对不同自然通风模式的室内热状况进行模拟比较,拟合出了与实测情况相符的自然通风模式。验证了:采用热惯性小、隔热作用好的围护结构和双坡屋顶结构减少建筑的太阳辐射得热对改善室内热环境所起的作用。
关键词:传统民居;室内热环境;太阳辐射;围护结构;
通风
中图分类号:TU241.5
文献标识码:A
文章编号:1000-0054(2003)06-0826-03
Simulatioconrditionnofthesummerindoorthermal
esidentialofatraditionalChinSONGLing,LINbuildinBorong,gZHUinYingAnxhui
eseinTsinghua(DeparUnivertmentsityo,fBeijBuilidingng100084Science,,China)
Ambstract:BuildingdesigncanbeimprovrcoesidentethodsmfortableiatlobuildingsaveenerindoorstheringymAaalnhuindproconditintectiosouttnshheinernenviroedbytheCsummhinanmusingnatent.er.urTallyTtrraditaditiohephysical
provionalnalideprsimincipltypicalulationesosoffthetwarnaeturalDeSTthermtosimalulatcomeforthetwthereremstudiedalconditusingionsintheatchaemperthermal
atestsractature,Anhuiresidence.boedundareristicsintheysimcoofthnditte
heulatioenvsolions.eloar
Field-ntoVpe,radiatmeasurfindarioawusndion
edintdataensitsuchy,asthe
theoutsidehichnatthemurintoaleriodeventrhresultileatatsiongainsinthemodesweremeasurwusedereindoed
maodeorwtemastperatolimure.Theresultsshowedthatthemosteffectivevtnight.Ventilatitionatnuralbytheventstilatioackneffdecrectingwasthekeydaytoandprovidingpromotetitthenteilatlowiomn.assOtherbuildingimporenveltantopefactorandswtheerehigalsohathernalymzed,includinghisdouble-slopestructure.
alresistance,Keywords:trsolaraditioradiation;buildingnalresidentialbuilding;indooenvelope;ventilation
rthermalcondition;
找到最能适应地方气候和自然条件的模型并用以指导现代建筑的设计,对于减少能源的消耗、减轻对环境的压力具有重要意义。传统民居在营造良好的室内热环境方面具有独特作用。文[1～3]针对不同形式的传统民居进行了定性的分析和局部的仿真模拟,试图从不同的方面论证建筑结构对室内热环境的影响。
院合作2000,对安徽省泾县查济村进行了测试年清华大学建筑学院和安徽建,筑工发现此处
业学
传统民居在夏季较热的室外环境下仍具有良好的室内热舒适条件[4]
因素:1)双坡屋顶。可能对民居对太阳辐射热环境起主导作的遮挡作用;2)用的
围护结构的热物性对房间得热量的影响;3)房间通
风模式对房间温度的影响。
在此基础上,本文利用建筑环境模拟软件D试的eST气对兆兰宅的热环象参数和围护结境进构热行仿物性真模拟参数作。为通已过将知测条件,比较不同的房间通风模式,找出导致实际热环境状况的通风模式。并对其他的主要影响因素进行了定量地分析,包括建筑物围护结构对房间热惯性的影响,双坡屋顶对太阳辐射的减弱作用。
1 模拟方法
试。将室内热物理环境最好的一户2000-08-09—30,在安徽省泾县——查济村兆兰宅作为进行测
模拟对象。这是一户南北朝向,单进双层的建筑(见
图1)。
1.1 采模拟工具用清华大——学DeST
开发的建筑热环境模拟软件
增强的状态空间法求
收稿日期:2002-06-19
基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(59836250)作者简介:宋凌(1976-),女(彝),四川,硕士研究生。通讯联系人:朱颖心,教授,E-mail:[email protected]
图1 兆兰宅
解建筑物和围护结构的热物理方程,进而模拟出建筑物各房间全年的逐时温度。1.2 气候条件
热工特性参数是实测的复合传热系数和复合热阻。1.4 内扰模式
房间
作息模式17:00—21:0022:00—07:0012:00—13:00表2 内扰模式设定值
热负荷上限人数灯光/W设备/W[1**********]
301502000热负荷比例/%
1001001000模拟中采用实测的气象数据:包括气温和太阳
辐射强度。根据实测气温的昼夜温差,确定气候条件。温差在12℃以上,白天气温高达36℃以上时,可认为是晴天;温差在12℃左右,但白天气温很少高于36℃时,认为多云天气;温差只有5℃左右,且白天气温不高于31℃时,认为是阴雨天。
气象条件:晴天的大气透明度取为0.62;多云天气取云量(采用云遮系数法[5]计算天气晴朗程度的参数)为9;阴雨天时认为太阳散射量近似为0。晴天的太阳直射量一般在100～400W/m之间,多射量取为0W/m。
2
2
客厅卧室厨房其他
1.5 通风模式
云天气的太阳直射量在0～100W/m之间。太阳散
传统民居双坡斜屋顶的太阳辐射强度与现代民
2
通过与实测结果比较,找出较为符合实际情况
的通风模式如表3。
表3 通风模式1的换气次数房间二楼南向中间大二楼南向小二楼北向天井与室外一楼厅堂与天井相通的631757换气次数/h-1
居平屋顶的太阳辐射强度有很大的区别。计算太阳直射量时,分别计算朝南和朝北的屋顶的太阳直射量,并换算成与平屋顶当量的太阳直射量,二者相加得总太阳直射量。太阳辐射计算公式见文[5]。1.3 围护结构
6.43.21.67.55.57.5根据实地勘测,确定围护结构特性如表1。其中
表1 围护结构特性
围护结构的总传热系数为k,总热阻为R。屋顶的
项目地面内墙楼板屋顶
材料三合土地面薄木板结构较厚楼板结构青瓦+望砖
k/(W·m-2-10.893.621.110.7410.58
2-11.480.030.6250.6250.47
外墙薄砖空心夹土墙
2 模拟结果
从模拟的结果(图2,3)来看,客厅的模拟室温
和实际室温的最高温偏差最大值为2.12℃,最低温偏差最大值为1.41℃,平均偏差为0.07℃;西卧室的模拟室温和实际室温的最高温偏差最大值为
1.为090.℃27,℃最。低温说明偏建筑差最物对大值为外温的1.衰减54℃基,平均本符偏合差
实际情况;但峰值与谷值出现的时间均比实测室温提前1～2h,说明模拟过程中建筑物对外温的延迟作用描述不够准确,即围护结构热工性能和通风模式
的影响。
图2
客厅模拟温度与测试温度比较
图3 西卧室模拟温度与测试温度比较
33. 1 分析与讨论
气象双坡屋顶对太阳辐射的遮挡作用
参数的影响除了气温,太阳辐射的影响更
大。在考虑太阳辐射的影响时,主要需要考虑实际天气的阴晴状况。计算发现,阴天和晴天的气温相差不大,但建筑的太阳辐射得热相差很大,所以房间的温度受到了较大影响(图4)。而从图5可以看到,在相
同气象参数下,双坡屋顶的太阳辐射得热量比平屋
顶的太阳辐射得热量少1.22kW/(m2
例),说明双坡屋顶对减少建筑的太阳辐射得热有明·d)
(以晴天为显的作用。
3.2 房间的通风模式包括室内房间之间的换气次数
改变通风模式对室内温度的影响
和周边房间与室外的换气次数
。而对房间温度起主
图4
不同气象情况下的房间气温比较
图5 不同屋顶的太阳辐射得热量比较
要影响作用的是周边房间与室外的换气次数的不同。选择了4种通风模式:与通风模式1相比,模式2气次数增加了白天;模式的换气次4减少了夜间的换气次数数;模式3减少了白。
天的换
模拟结果表明,与实测结果接近的通风模式的
温差不到0.5℃,而4种通风模式均未影响建筑物对外温的延迟效应,故通风模式对延迟的影响可以不考虑。以上说明在昼夜温差很大的地方,房间的通风模式以白天减少换气次数而夜间加大换气次数为佳。
而根据实测情况,天井风速一般小于0.5m/s且风速变化不大,但白天室外风速一般大于0.3m/s,而夜间室外风速一般小于0.3m/s,说明天井的结构使得房间换气是通过热压而非风压形成的,并且由于白天室外气温高,室外气体不易进屋,而夜间室外气温低,热压加速了房间与室外之间的换气。3.3 分改变围护结构对室内温度的影响
别采用普通屋顶(传热系数约0.6W/
(m2
·K))和青瓦望砖的屋顶进行模拟(下转第。
843页)