1. 研究目的与意义（文献综述）

1、目的及意义

绿色建筑在我国正处于快速发展的阶段，节约能源和提高建筑室内外环境质量是绿色建筑设计的基本要求。在建筑的通风换气方面，普遍用机械通风调节温度和湿度，机械通风的优点是方便、快捷，可以在短时间内达到人们想要的温度和湿度，但它所带来的污染和弊端也是显而易见的。自然通风在节能减排、提高建筑环境舒适度和改善室内空气品质等方面具有至关重要的作用，机械通风比较,自然风的速度变化范围很大,随意性也很大,自然通风的气流更容易让人们感到风速的起伏波动变化,而且较低的风速作用时间长也能减弱吹风的疲劳感。^[1]

目前，部分建筑特别是公共建筑，大量使用玻璃幕墙，造成窗户无法开启或者开启面积较小，不能满足室内通风的要求。此外，长期使用空调会造成室内容易滋生军团细菌，人在空调房间停留时间过长会明显感觉不舒服，患上所谓的空调病。并且，有些建筑空调通风系统能耗过高，造成能源的浪费。在各种类型建筑中，大空间建筑能耗巨大，在该类型建筑中运用节能技术显得更为重要。本文主要针对大空间的自然通风，并通过CFD模拟对各种方案进行模拟，选取最优方案，以实现建筑的自然通风。^[2]

论文题目为“基于CFD模拟的某会展方案自然通风优化设计”，广东位于岭南,地处夏热冬暖气候分区又兼具湿热气候,一年中高温期长,充分利用自然通风带走建筑中的热量是减少能耗的重要手段之一。^[3] 首先了解该会展的建筑概况，包括地形情况、周边建筑、主导风向，协同日照、噪声等对总体布局设计进行模拟分析并改善，然后分析建筑形体设计及内部空间，运用热压及风压通风在建筑内部形成通风道，最后分析围护界面中门窗、遮阳构件，对通风不佳的空间进行局部改善。^[4]

2、国内外研究现状

自然风是一种生态的资源，由于它独特的性质使自然通风成为是一种具有很大开发潜力的通风方式，自然风的运用自古以来就一直存在着，从风车到风力发电一直是人们运用自然风的典范，当然自然风运用到建筑中的技术手段也不是一个新的概念。在炎热地区，自然通风作为住宅空间降温的主要手段。建筑设计中考虑如何促进建筑物的自然通风，从而达到降低室温来提高舒适性，这一直是人们研究讨论的话题。随着人类社会与科技的发展，人类对自然通风的利用已经不同于以前的开窗、开门通风，而是考虑如何充分利用室内外条件，如建筑周围环境、建筑构造及组成部分如中庭、太阳辐射的促进、气候条件、室内热源的分布、机械通风等，来组织和诱导自然通风。^[5]

国外研究现状：

近年来自然通风成为国内外研究人员热衷的课题，做了大量的研究和实践。目前自然通风的研究方法主要有分析研究、实验研究和数字模拟研究三种。

数字模拟方法：目前国外大多数采用网络法：Network(Zonal) Methods 和计算流体力学(CFD)分析方法。它们能分析复杂的流动现象，但当其模拟湍流时，将导致不确定结果并且需要实验研究校验检查。

表 1 CFD 模拟方法的代表性文献及研究成果

作者	内容及结论
Barozzi[6]	模拟了基于太阳能烟囱的房间通风系统。利用建筑物的屋顶作为太阳能烟囱产生空气流并给房间提供冷量。并用实验方法对 1：12 的小模型进行了测试。用实验结果对二维层流模型的数值预测进行了验证。他们提出考虑紊流和三维影响并采用合适的边界条件，流动预测可以改进。
Kindangen J[7]	对单区和两区建筑的热压驱动的单侧通风，采用 CFD 方法，在不同的室内外温差、窗户安装高度的情况下，得出了室内垂直温度分布、通风量及室内温度随时间的变化关系。
Letan[8]	实验和 CFD 模拟研究了在一个加热的垂直管道中由自然通风产生的多层建筑被动式通风和供热系统。他们首先对一个缩小了的模型进行了实验研究和 CFD 模拟，然后对一个五层高的实际建筑进行了数值模拟，研究表明，即使当太阳辐射热流很低时，在夏季的通风和冬季的供暖是可以实现的。
Fracastoro G V[9]	对单区和两区建筑的热压驱动的单侧通风，采用 CFD 方法，在不同的室内外温差、窗户安装高度的情况下，得出了室内垂直温度分布、通风量及室内温度随时间的变化关系。

国内研究现状：

表2 国内研究状况

宋惠[10]	对常见的办公建筑运用零方程模型分别对风压和热压起主导作用时的温度场进行了数值模拟，研究了门窗的相对位置对室内气流组织的影响。
王怡[11]	建立了自然通风系统和建筑热过程系统的耦合作用模型，编写了动态数值模拟分析计算程序，用来模拟我国寒冷地区夏季自然通风条件下的室内环境。
范园园[12]	通过相似物理模型试验的方法以小湾水电站为原型，采用数值方法探讨了地下水电站自然通风规律。
李丹[13]	从风口入手，利用数值模拟软件对各种形式的百叶风口的性能进行了分析，探讨了提高自然通风效率的方法。
王松华[14]	对机械通风和自然通风相结合的通风方式——多元通风进行了数值研究，对机械风对自然风的作用进行了探讨。
段双平[15]	分析了风力与热浮力共同作用的四开口建筑的流动模式，对四开口建筑的自然通风的风量计算模型进行了改进。

综上所述,由于自然通风受室外气候、建筑周围环境及建筑内部布局等因素的强烈影响,故其设计和控制很复杂。目前的研究主要是基于一些简单的模型而得出的一些理论和实验结果。通过上文国内外自然通风的研究可以了解到,各研究主要是暖通人员对自然通风的研究,涉及到的建筑设计与自然通风整体考虑的思考却很少,本文希望从建筑的角度出发在设计的过程中充分的考虑自然通风的方法。

2. 研究的基本内容与方案

⑴ 利用cfd风环境模拟来认识基地地形和周边环境对建筑风环境的影响，优化建筑与所在基地、周边建筑、主导风向、建筑群体之间的关系，使建筑充分利用自然资源，同时弱化局部不利风环境。

⑵ 建筑的2种重要的通风方式为风压及热压通风，通过cfd模拟读取建筑表面风压值，计算房间的表面风压差来预估其风压通风的潜力。

⑶ 该会展在入口大厅处设置了中庭，利用中庭营造建筑内部的拔风效应，改善室内舒适性，通过cfd模拟预估热压通风的效果，为强化热压通风的性能提供比较依据。

3. 研究计划与安排

第3-4周：准备阶段。详细阅读论文任务书、熟悉土建提供的图纸，收集文献资料，查阅资料，熟悉模拟软件，并填写开题报告表，由指导老师进行审阅。

第5周：模型建立阶段，根据土建提供的图纸，建立三维模拟模型，并完成计算网格的划分，详细由指导老师进行审阅。

第6-13周：数值模拟阶段，由指导老师进行审阅。

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 许凤,陈玉英.自然通风的应用形式及节能与舒适性探讨[m].制冷与空调 第22卷第4期2008(8):50-53

[2] 李传成,著.大空间建筑通风节能策略[m]. 中国建筑工业出版社, 2011

[3] 胡文斌. 基于cfd的大空间建筑自然通风优化设计[d].华南理工大学.2014