含中庭建筑室内热环境特性及其测试技术研究

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3.0 牛悦 2024-11-19 4 4 10.03MB 98 页 15积分
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I
摘 要
本文以上海市建筑科学研究院建设的含中庭生态办公示范楼为研究对象，对
生态办公楼的测试内容、测点布置方法及其测试技术等进行了系统的研究，并在
实测的基础上，进行了室内中庭空间热环境特性的分析研究，以及舒适性评价指
标体系的探讨。
评估实际工程时，科学、合理的测试技术对于测试结果尤为重要。由于本生
态办公建筑其中庭空间的特殊结构及独特的室内空调环境设计，使其中庭空间夏
季空调环境的测试，以及热环境特性分析方法与评价指标，都存在一定的特殊性。
针对本生态办公建筑特点，通过夏季室内热环境实测工作总结与提炼，提出了一
整套模拟预测指导测试布点、现场测试方法、测试结果分析，以及实测与数值模
拟结果的耦合分析等测试技术体系。
测试前期利用 Airpak 软件，对办公楼进行测试前的室内热环境模拟预测，通
过CFD 模拟预测，以初步了解即将进行测试的室内热环境及流场，依据模拟结果
确定和指导现场实测方案，重点对测试布点等进行有针对性的确定，以更有效地
使测试内容反映室内热环境和简化测试程序与方案。
本次现场实测共进行了 10 个测试日 15 个工况的测定，测试内容涉及到室外
环境参数、室内水平与垂直温度分布，围护结构内壁面温度、PMV、空调系统在
线能效比等方面。尤其针对 PMV 的测试进行了深入探讨，通过过渡季和夏季的测
试过程提出一套工程廉价测试计算方法，使 PMV 测试便于工程推广。
在现场实测基础上同时进行了热环境评估体系的讨论，对生态楼室内中庭环
境的空气分布特性指标（ADPI）、过渡季自然通风状况、局部热不舒适例如吹风感、
非对称热辐射、垂直温差等指标进行了测定与评价。特别对自然通风及局部吹风
感等测定方法进行了探讨，通过对空调环境局部不舒适感测定结果分析，得出了
吹风感是形成局部不适感的重要因素。论文最后结合必要通风量的确定、自然通
风有效利用系数、通风效率对自然通风效果进行了综合评价。
关键词：中庭建筑 热环境特性 测试技术 CFD 模拟 PMV 指标
自然通风
II
ABSTRACT
The paper takes an ecological office building with atrium built by Shanghai
Research institute of Building Sciences as research object, systematically investigates the
office building measurement contents, samples positioning and measurement
technologies, also analyzes atrium space thermal environment characteristics and
thermal-comfort evaluate system.
It is very important to use measurement technologies scientifically when we
processing projects evaluation. Owing to the particularities of the atrium space and air-
conditioning design, we carries out a whole measurement system covers forecast
simulation to guide samples positioning, field measurement technologies, results
analysis, the combined-study between field measurement and numerical simulation.
Simulating thermal environment of office building atrium space with Airpak
software before field measurement, so we can get a primary overview about the indoor
thermal environment characteristics and air distributions, use the simulation results to
guide measurement plan designing, especially direct us to position samples effectively,
as a result, having measurement processing simplified and indicating the indoor thermal
environment more effectively.
Field-measurements of the office building have been carried on with almost 15
measuring-conditions. Indoor and outdoor climatic parameters, indoor temperate
distribution, PMV values, wall- temperature and air-conditioning system online EER are
chosen as parameters for field-measurements. Particularly, describes PMV measurement
in detail, work out an cheap edition testing method to make the PMV measurement
more viable in practice.
The paper also discusses thermal-comfort evaluate system. Evaluating the office
building atrium space’s thermal environment with indexes: ADPI(air diffusion
performance index), natural ventilation during the transitional season, local discomfort
such as draft, asymmetric thermal radiation, vertical air temperature difference, etc.
According to the analysis about air-conditioning environment local discomforts,
concludes that draft is a crucial element which could cause local discomfort. In the end,
a integration evaluation about natural ventilation is presented, which including air-flow
volume acquirement, natural ventilation utilize coefficient, ventilation efficiency.
III
Key Word：atrium building, thermal environment characteristics,
measurement technologies, CFD simulation, PMV index,
natural ventilation
I
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论...............................................................................................................1
§1.1 课题的提出及研究意义.......................................................................................1
§1.2 中庭建筑热环境概况...........................................................................................2
§1.3 热环境测试概况及 CFD 技术在暖通空调领域的应用.....................................3
§1.3.1 热环境测试概况............................................................................................3
§1.3.2 CFD 技术在暖通空调领域的应用...............................................................6
§1.4 本文主要研究内容和研究方法...........................................................................7
§1.5 中庭热环境测试体系的建立与评价指标的确定..............................................8
§1.5.1 中庭热环境测试体系....................................................................................8
§1.5.2 中庭热环境舒适性评价................................................................................9
第二章 生态办公楼前期测试规划暨空调环境 CFD 模拟预测及其实例验证.......10
§2.1 生态楼建筑及空调概况.....................................................................................10
§2.1.1 生态楼建筑概况..........................................................................................10
§2.1.2 空调概况......................................................................................................11
§2.2 夏季空调工况测试体系设计方案.....................................................................12
§2.2.1 测试对象与测试目的..................................................................................12
§2.2.2 测试状态及工况设计..................................................................................13
§2.2.3 测试内容和主要测试仪器情况..................................................................15
§2.3 生态楼 CFD 模型概况及边界条件设置..........................................................17
§2.3.1 模拟目的与模拟方案..................................................................................17
§2.3.2 Airpak 模拟软件简介..................................................................................18
§2.3.3 模拟用物理模型及网格划分.....................................................................19
§2.3.4 边界条件的特殊处理与物理边界..............................................................20
§2.4 预测模拟与测试方案的确定.............................................................................21
§2.4.1 预测模拟边界条件与计算模型..................................................................21
§2.4.2 室内温度场模拟结果与测点规划..............................................................21
§2.4.3 室内流场模拟结果与测试布点..................................................................23
§2.5 典型测试日验证模拟.........................................................................................25
§2.5.1 验证模拟工况及其边界条件设置..............................................................25
§2.5.2 验证模拟方案的确定..................................................................................26
II
§2.5.3 室内温度场模拟结果与实测对比..............................................................27
§2.5.4 室内 PMV 模拟结果与实测对比 ...............................................................29
§2.6 小结.....................................................................................................................29
第三章 生态办公楼空调系统室内热环境测试体系实施及热环境特性探讨.........30
§3.1 前期测试概况与空调环境测试规划.................................................................30
§3.2 室外环境测试与分析.........................................................................................31
§3.3 中庭垂直方向温度分布测试技术及测试分析.................................................34
§3.3.1 中庭垂直方向温度测试原理及布点方式..................................................34
§3.3.2 测试结果与典型测试日分析......................................................................37
§3.4 工作区域温度测试方法与测试分析.................................................................39
§3.4.1 工作区域温度测点布置..............................................................................39
§3.4.2 不同测量仪器非等精度测量偏差分析......................................................40
§3.4.3 南北、东西向水平温度分布测试结果及分析..........................................42
§3.4.4 一层大厅工作区域热环境测试..................................................................43
§3.4.5 一层大厅水平方向温度布点简化..............................................................45
§3.5 一层空调区域围护结构内表面温度的测试.....................................................47
§3.5.1 表面温度测试对象确定..............................................................................47
§3.5.2 空调区域壁面温度测试结果及分析..........................................................47
§3.6 生态楼室内 PMV 现场廉价测试方法及测试分析 .........................................48
§3.6.1 PMV 简介及其计算公式 ............................................................................ 48
§3.6.2 PMV 简化测试计算处理方法 .................................................................... 49
§3.6.3 过渡季 PMV 测试概况 ..............................................................................51
§3.6.4 廉价测量方法与 INNOVA 测试结果比较 ................................................ 52
§3.6.5 夏季 PMV 测点布置及其测试方法验证 ...................................................55
§3.6.6 夏季 PMV 测试结果及典型测试日分析 ...................................................56
§3.7 中庭风环境测试方案确定.................................................................................59
§3.8 在线空调制冷系统能效比测试方法与测定分析.............................................60
§3.8.1 在线能效比测量方法..................................................................................60
§3.8.2 测试结果及典型测试日结果分析..............................................................61
§3.9 小结.....................................................................................................................64
§3.9.1 中庭热环境测试技术..................................................................................64
§3.9.2 中庭热环境特性分析结果..........................................................................65
第四章 室内热环境舒适性评价体系及其测定.........................................................66
III
§4.1 各层公共区域空气分布特性及测试结果.........................................................67
§4.1.1 有效温度差及 ADPI 指标 ......................................................................... 67
§4.1.2 各层公共区域测试结果及分析..................................................................68
§4.2 自然通风量的测定及其评价方法.....................................................................69
§4.2.1 自然通风测试原理......................................................................................69
§4.2.2 必要通风量的确定......................................................................................71
§4.2.3 通风量评价指标..........................................................................................74
§4.3 局部风场与吹风感.............................................................................................76
§4.3.1 吹风感含义及计算公式..............................................................................76
§4.3.2 局部风场与吹风感测试及结果分析..........................................................77
§4.4 非对称热辐射及其测定.....................................................................................79
§4.4.1 非对称热辐射指标含义..............................................................................79
§4.4.2 典型测试日测试结果分析..........................................................................80
§4.5 各层公共区域垂直温差的分析........................................................................80
§4.6 小结.....................................................................................................................81
第五章 结论及展望.....................................................................................................83
§5.1 结论.....................................................................................................................83
§5.1.1 CFD 模拟预测方法的讨论.........................................................................83
§5.1.2 中庭空间热环境测试技术..........................................................................83
§5.1.3 中庭空间热环境特性分析..........................................................................84
§5.1.4 中庭空间热环境舒适性评价......................................................................85
§5.2 有待继续研究的内容.........................................................................................85
附录 1：PMV 各参数测试数据及结果 ......................................................................86
参考文献.........................................................................................................................91
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果.............................................94
致 谢 ..........................................................................................................................96
摘要：

I摘要本文以上海市建筑科学研究院建设的含中庭生态办公示范楼为研究对象，对生态办公楼的测试内容、测点布置方法及其测试技术等进行了系统的研究，并在实测的基础上，进行了室内中庭空间热环境特性的分析研究，以及舒适性评价指标体系的探讨。评估实际工程时，科学、合理的测试技术对于测试结果尤为重要。由于本生态办公建筑其中庭空间的特殊结构及独特的室内空调环境设计，使其中庭空间夏季空调环境的测试，以及热环境特性分析方法与评价指标，都存在一定的特殊性。针对本生态办公建筑特点，通过夏季室内热环境实测工作总结与提炼，提出了一整套模拟预测指导测试布点、现场测试方法、测试结果分析，以及实测与数值模拟结果的耦合分析等测试技术...

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