湿热气候条件下大空间公共建筑向下通风降温关键问题研究与优化分析

The project was chosen based on the research need of the public building energy efficiency field. The research aim is to find means to reduce cooling energy consumption of large space public buildings in hot and humid climates. Main research methods include computational fluid dynamics (CFD) simulations, field testing, prototype testing and thermal simulation. Fundamental research is the feature of this project. The research focus is on the analysis of how to integrate the design of large space public buildings with downdraught cooling in hot and humid climate conditions to ensure maximum cooling potential. A typical large volume building type will be proposed to incorporate downdraught cooling and maximize its efficiency. Computational fluid dynamics (CFD) simulation is used to analyze different types of large space buildings. Field testing and Post-Occupancy Evaluation（POE）are the means to assess system efficiency and its performance with other complementary energy efficiency cooling systems. Prototype testing and thermal simulation are applied together to assess the interaction of downdraught cooling with other passive design strategies in hot and humid climates. Theoretical fundamentals of downdraught cooling and its integration with other passive strategies are established. The research project and its possible results are distinctive in the academic field and can contribute significantly to the understanding of the system's application. The research contributes to the scientific theory of large space public building energy efficiency.

本项目以公共建筑节能领域的重大需求为背景,以大空间公共建筑为对象，以降低湿热气候大空间公共建筑制冷能耗为目标，以计算流体力学模拟、实地测试、原型模型测试以及热负荷能耗模拟为主要研究手段，以应用基础性研究为特色，以湿热气候下大空间公共建筑与向下通风降温策略的整合设计与分析为锁定研究内容，提出基于向下通风降温策略的典型大空间公共建筑类型, 利用计算流体力学模拟分析不同类型大空间公共建筑与向下通风降温策略的整合设计; 通过实地测试和使用后评估，实现系统效率的研究以及向下通风降温系统与其它低能耗制冷系统集成互补的优化分析; 通过模型测试和热负荷能耗模拟相结合，揭示向下通风降温策略在湿热气候下与其他被动式节能策略的相互影响机制，并建立向下通风降温策略在湿热气候下整合与一体化设计的理论基础。本项目既有鲜明学术前沿性，也有显著应用意义，可为湿热气候下大空间公共建筑的节能应用研究提供科学的理论支撑。

建筑节能是国家节能减排总体目标的重要组成部分,大空间公共建筑制冷能耗消耗巨大，可能的节能潜力很大，是建筑节能领域研究的重点之一。本项目以湿热气候大空间公共建筑与向下通风降温策略的整合设计为主要研究内容。首先选取58个现有大空间公共建筑的平面布局进行分析，并提出三种介入模式：轻微介入，中级介入和主要介入。利用生命周期成本模型（PDEC-LLC）计算需要介入的模式和不同参数后的成本。进行了平均介入成本，能源节约以及减少二氧化碳排放的估算。通过对宁波诺丁汉大学能源研究中心实地测试所获得的数据进行系统效率的研究和分析，分析表明该系统可提供有效的冷却。当室外温度达到34-35ºC，室内温度在降至22ºC左右。同时利用问卷调查表进行使用后评估,并与其他建筑实例的调查结果进行比较分析。同时通过对比实测数据与CFD模拟结果，对RATI办公与创新中心数值模拟模型进行验证和校准，以测试不同的通风模式，通风塔的几何形状、生产大厅尺寸和降温策略，同时对仿真模拟的各项参数进行逐步修改，并通过量化动态能耗以及热舒适性模拟（IDA ICE）对室内热舒适性，能耗数据以及与其他被动式设计策略的相互影响关系进行研究。分析结果显示与不具有通风塔的平屋顶模型（常规空调通风冷却）相比向下通风降温策略可以节能60%，同时整体来说也具有更好的通风和采光效果。根据前期类型分析的结果实地搭建的原型测试模型表明向下通风降温系统可以达到显着的降温效果,但环境条件的微小变化或意外的外部因素会使整个系统的效率降低。通过以上研究提出的向下通风降温系统在湿热气候下整合与一体化设计策略为湿热气候条件下大空间公共建筑的节能应用研究提供科学的理论支撑和技术依据。项目自启动以来，研究成果在期刊和国际会议上发表和审稿中的论文7篇。审稿中的SCI检索论文3 篇，已发表的EI 检索国际会议论文1 篇，已接受并待发表的EI检索国际会议论文和中文期刊论文各1篇，审稿中的EI检索国际会议论文1 篇。