湿热地区全要素气象条件下的建筑能耗模拟研究

对于湿热地区，迫切需要研究建筑气候资源的特点，利用丰富的气候资源，实现节约建筑用能，提高住区环境质量的目的。本项目所提出的关于降雨对建筑能耗的影响的研究，可对该问题进行系统完整的分析及模拟研究，对于完善建筑能耗计算模型，研究湿热地区利用天然降水促进建筑节能应用具有实际意义。课题主要研究内容包括：（1）研究可用于建筑能耗模拟的典型全要素气象模型。（2）研究降雨对建筑墙体及透明围护结构传热过程的影响。（3）全要素气象参数下的建筑能耗数值模拟研究。

湿热地区具有“太阳辐射强烈、雨量丰富、季风旺盛、蒸发比高”的气候特征，夏热季节如何利用丰沛的降雨消除强烈的太阳辐射对建筑的影响，对降低这一地区的建筑空调能耗并改善室内热环境意义重大。本项目以广州地区为例，对全要素气象条件下的建筑传热传湿问题进行系统的研究，对于完善建筑传热计算模型及利用天然降水促进建筑节能应用具有实际意义。. 首先对全要素气象参数耦合关系进行研究：以广州地区近百年降雨资料进行数理统计分析，系统地研究了广州地区的年、月、日、小时降雨的降雨量分布特点及发生频率；对全要素气象参数进行多元时间序列因子分析和聚类分析，获得降雨量与其他气象参数间的耦合规律，并按降雨类型对相关性进行分析，发现降雨量与太阳辐射照度呈较高强度相关，其次为直射辐射与散射辐射，在进行规律总结时应针对降雨类型不同采用不同聚类案例。. 其次对降雨条件下建筑墙体热湿传递进行实验研究，采用环境舱动态实验平台模拟天然降雨，主要完成四类17工况的实验。实测结果表明：降雨过程中的直接降温作用主要表现在墙体外表面温度的大幅度下降，随降雨量不同可使墙体外表面温度瞬时下降10-15℃，内表面温度峰值下降0.5-1.5℃；降雨之后的蒸发降温作用主要表现为墙体内表面热流的降低，与晴天工况相比可削弱墙体内表面热流16.32-36.07%，此作用存在临界降雨量，当大于10mm降雨量时，热流削减作用仍存在但增加并不显著。通过实验可以发现，多孔面砖和水泥砂浆虽具有相近的饱和吸水率，但多孔面砖材料具有更好的蒸发降温能力，在实际建筑中应用此类材料可更好的利用天然降水以实现建筑物的被动蒸发冷却。. 最后对全年全要素气象条件下建筑墙体进行传热数值模拟研究，采用Delphin软件对实验墙体进行建模，研究全年气象条件下建筑墙体传热过程。研究采用2005-2007实际气象数据，分析不同朝向墙体在考虑降雨与否两种条件下墙体传热。研究结果表面，考虑天然降雨的全年全要素气象条件建筑墙体传热过程与降雨量存在一定的关系，考虑降雨情况下的墙体内外表面温度和热流均有不同程度的削减。对于外表面温度日平均值，最大可削减7.0℃，内表面热流密度可降低33.7W/m2。如采用人工方式加大墙体表面的含湿率，则利用天然被动蒸发冷却进行降温节能的效果显著。