面向太阳能建筑机械通风与自然通风协同作用机理研究

Natural ventilation is a passive ventilation method to improve indoor air quality and save energy. Solar and mechanical ventilation are used to strengthen，induce and organize natural ventilation. But solar is intermittent and unsteady. Only natural ventilation driven by solar and indoor heat source can't provide thermal comfort for people anytime during the entire day. So sometime it is very necessary to design mechanical ventilation system to work in coordination with natural ventilation. In the project, theory analysis, experiment and numerical simulation methods are used to study natural ventilation behaviour driven by solar and indoor heat source and the coordination mechanism of natural ventilation by solar and mechanical ventilation. In natural ventilation driven by solar and indoor heat source, air flow and heat transfer, the transient characteristic of natural ventilation volume and indoor thermal environment are discussed. The effect of mechanical ventilation modes and design parameters on natural ventilation and indoor thermal environment is presented when mechanical ventilation works in coordination with natural ventilation driven by solar and indoor heat source. The results provide the basic data for optimal design and energy-saving control modes of hybrid ventilation systems, which enrich and perfect natural ventilation theory.

自然通风技术是关系到建筑领域利用自然能源改善环境、实现节能减排的一项关键技术。合理利用太阳能和机械通风可以强化、诱导和组织自然通风。太阳能具有间歇性和不稳定性，仅太阳能增益自然通风是很难全天候保证建筑内热舒适性，所以需要机械通风来协同自然通风工作。本项目拟采用理论分析、实验研究和数值模拟相结合的方法，探讨太阳能与室内热源耦合作用的自然通风动态特性及机械通风与太阳能增益自然通风协同作用机理；研究太阳能与室内热源耦合作用时的气流流动与换热过程及自然通风量、室内热环境的非稳态特征；揭示机械通风与太阳能增益自然通风协同作用时，机械通风模式、机械通风系统设计参数等对自然通风和室内热环境的影响规律。本项目研究成果为具有内热源的太阳能建筑中混合通风优化设计与节能运行控制模式提供基础数据，为丰富和完善自然通风的科学理论做出贡献。

太阳能具有间歇性和不稳定性，仅依靠太阳能增益自然通风和采暖很难全天候保证建筑内热舒适性，所以需要机械通风来协同自然通风工作，需要辅助热源来弥补太阳能采暖的不足。为掌握太阳能在增益自然通风和采暖中的贡献率以及机械通风与自然通风的协同作用规律，本项目开展了如下研究工作。首先建立太阳能与室内热源耦合作用下的自然置换通风的非稳态数学模型，研究了太阳辐射强度、无量纲特征时间对室内热分层高度和自然通风量的影响规律；建立太阳能增益自然通风系统的自然通风量计算模型，并获得了太阳能在增益自然通风中的贡献率与太阳辐射强度、太阳能增益自然通风系统及开口情况等因素有关；建立被动式太阳房动态热过程的数学模型，获得了被动太阳房室内空气温度与太阳辐射强度、被动太阳房型式、保温型式、集热墙上是否开风口、玻璃盖板发射率等因素有关；为了使被动太阳房的室内空气温度达到舒适性温度，往往需要辅助热源加热，因此本项目还分析了辅助热源方案对室内空气温度和辅助热源量的影响，同时研究了被动太阳房的动态热负荷和动态热负荷系数的变化规律；分析了影响特朗勃墙的供热效率、 效率的因素，并寻求提高供热效率和 效率的方法；搭建了太阳墙供暖性能测试实验平台并进行了初步实验。采用理论分析方法和CFD模拟方法研究了大开口单区建筑中的复合通风，并探讨了机械通风量、机械通风形式、机械通风设备的位置对复合通风量、自然通风量和复合通风流动模式的影响规律；建立热压与风机共同作用下的复合置换通风的非稳态物理数学模型，并分析了机械通风量对室内热分层高度和自然通风量的影响。.本项目已经在国内外期刊和会议上发表论文8 篇，其中英文SCI 源期刊1 篇，核心期刊4篇，已申请发明专利4项，实用新型专利5项，其中已授权专利5项。培养在读博士研究生1名、在读硕士研究生3名。..