發(fā)布時間：2020-04-11 01:30

【摘要】：建筑室外熱環(huán)境是影響建筑場地規(guī)劃、建筑設(shè)計及建筑能耗的重要因素,而太陽輻射又是影響室外熱環(huán)境的關(guān)鍵因素。隨著城市化的不斷推進,城市的開發(fā)強度不斷加大,城市下墊面形態(tài)變得越來越復(fù)雜,太陽短波輻射被城市中不同朝向的建筑表面吸收、反射并造成建筑長波輻射能量的變化。傳統(tǒng)建筑熱工設(shè)計簡化輻射熱作用是因為早期的建筑室外環(huán)境相對單一,室外空間相對開闊,而如今的城市是建筑高度集中的區(qū)域,密集的建筑群使城市中形成了無數(shù)狹小的、半封閉的或全封閉的圍合空間。在建筑的圍合空間中,既包括短波的直射輻射、散射輻射、地面反射輻射以及天空長波輻射,還有來自周圍建筑表面間多次的長、短波反射輻射,它們相互影響、共同作用,從而形成了對建筑熱環(huán)境具有重要影響的城市復(fù)雜輻射場。論文針對上述現(xiàn)狀,開展城市復(fù)雜輻射場的相關(guān)研究,以期為城市規(guī)劃、建筑設(shè)計及建筑節(jié)能等提供研究基礎(chǔ)。首先,闡述了輻射傳熱、城市熱環(huán)境等相關(guān)基本概念,在此基礎(chǔ)上分析了建筑圍合空間中短波輻射、長波輻射各個分量的組成部分。從量化輻射空間幾何關(guān)系入手,根據(jù)球面三角學(xué)幾何原理和蘭貝特余弦定律,提出了基于半球視野空間劃分的球面三角法來計算輻射角系數(shù),通過與其他方法對比,證明該方法適用于建筑圍合空間各表面間的輻射角系數(shù)計算,并且操作方便、精度高。其次,以空間輻射角系數(shù)計算模型為基礎(chǔ),分析了短波輻射在建筑圍合空間中各表面間的相互遮擋關(guān)系以及長波輻射在各個表面間彼此的發(fā)射和反射關(guān)系,從而完善建筑圍合空間中的輻射場強度計算模型。同時,分別在我國嚴(yán)寒地區(qū)、寒冷地區(qū)和夏熱冬暖地區(qū)的哈爾濱、拉薩、西安和三亞各城市中,分別選取一處相對圍合的住區(qū)空間進行實地測試,將連續(xù)觀察將得到的建筑各朝向外表面的短波和長波輻射強度結(jié)果與計算的結(jié)果進行對比,驗證了計算模型的準(zhǔn)確度。并且發(fā)現(xiàn)建筑空間的圍合對建筑外表面長波投射輻射強度有顯著的增加效果,建筑圍合空間的樓層越高或建筑之間的間距越小,都將增大空間內(nèi)建筑外表面上的長波投射輻射強度。最后,闡述了建筑圍合空間中短波、長波耦合作用下的城市復(fù)雜輻射場形成機理,依據(jù)圍護結(jié)構(gòu)一維非穩(wěn)態(tài)傳熱原理,建立了圍合空間中短波和長波耦合輻射場的強度模型。并針對北京、西安、福州和廣州四個城市分別模擬分析,證明了城市圍合空間內(nèi)各朝向建筑表面短波輻射和長波輻射的強度均與郊區(qū)有很大不同,各個輻射分量的共同作用導(dǎo)致圍合空間內(nèi)的各個建筑表面凈輻射得熱量發(fā)生變化,最終影響建筑的采暖能耗和空調(diào)能耗。綜上所述,論文較系統(tǒng)地建立了城市圍合空間中復(fù)雜輻射場的分布規(guī)律,為今后城市各類建筑的空間布局、建筑節(jié)能分析等領(lǐng)域提供設(shè)計與分析依據(jù)。
【圖文】：

圖 4.1 圍合空間中不同遮擋情況圖示圖片來源：作者自繪其中，5 個點分別對應(yīng)不同類型的空間位置。點 1，點 3 和點 5 分別代表受直射的位置，其中點 1 由于位置較高而不受東側(cè)建筑立面的遮擋，，點 5 同樣位置較高而不受南側(cè)建筑立面的遮擋，點 3 雖然位置較低，但太陽光線恰好周圍其他建筑之間穿過從而受到直射；點 2 和點 4 分別代表太陽輻射被遮擋置，其中點 2 被東側(cè)的建筑的西墻所遮擋，點 4 被南側(cè)建筑的北墻所遮擋。

南墻上的點受西墻影響太陽直射輻射的平面分析圖
【學(xué)位授予單位】：西安建筑科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TU111

【參考文獻】

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本文編號：2622970