發(fā)布時間：2018-05-05 20:04

  本文選題：巨型建筑 + WRF��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：人口的迅速增長促進了全球范圍內(nèi)的城市化進程,城市建設(shè)用地的日益緊張催生越來越多的高層建筑甚至超高層建筑。同時一些國家和地區(qū)為了追求超高建筑所帶來的名片效應(yīng),正在規(guī)劃建設(shè)高度超過800m巨型建筑。我國計劃建設(shè)一座千米級巨型建筑使其成為下一個全球最高建筑,但目前世界上還沒有建成的千米級巨型建筑,許多研究領(lǐng)域仍處于空白階段。因此有必要對相關(guān)的建造技術(shù)展開研究,為我國建設(shè)全球最高建筑提供相應(yīng)的技術(shù)儲備。建筑高度是巨型建筑最為顯著的屬性,本研究重點關(guān)注寒區(qū)室外環(huán)境的垂直變化對建筑空調(diào)負荷和風(fēng)壓熱壓作用效果的影響,并以一座正在規(guī)劃當(dāng)中的設(shè)計案例為研究對象展開相關(guān)研究工作。首先,基于中尺度氣象模式WRFv3.4(Weather Research and Forecasting model)對建筑所在地區(qū)的氣象條件進行模擬研究,并且采用當(dāng)?shù)貧庀笥^測得到的探空實驗數(shù)據(jù)對模擬得到的氣象參數(shù)垂直分布進行了驗證,結(jié)果表明WRF模式對0~1000m高度范圍內(nèi)的氣象條件模擬性能良好。在此基礎(chǔ)之上,通過數(shù)據(jù)整理得到室外環(huán)境不同高度氣象參數(shù)相對于近地面高度氣象參數(shù)隨高度的變化規(guī)律,結(jié)果表明:在0~1000m高度范圍內(nèi),大氣溫度和壓力均隨著高度升高而線性降低;大氣相對濕度隨高度升高先線性升高后線性降低;風(fēng)速隨著高度升高先近似指數(shù)增大,后逐漸緩慢減小,最后略微增大。其次,根據(jù)模擬得到室外環(huán)境氣象參數(shù)的垂直變化規(guī)律,分別對大氣溫度、濕度、壓力進行數(shù)據(jù)擬合,擬合得到不同高度氣象參數(shù)相對于近地面氣象參數(shù)隨高度變化的關(guān)系式。然后基于TRNSYS16瞬態(tài)模擬程序開發(fā)建立了巨型建筑空調(diào)負荷動態(tài)方法,并將擬合得到的氣象參數(shù)與近地面氣象參數(shù)、高度的關(guān)系式導(dǎo)入空調(diào)負荷動態(tài)模擬模型,對巨型建筑內(nèi)部不同高度標準層房間的空調(diào)負荷進行動態(tài)模擬,具體包括室內(nèi)負荷和新風(fēng)負荷。其中室內(nèi)負荷考慮不同高度、不同朝向、不同圍護結(jié)構(gòu)傳熱特性對室內(nèi)負荷的影響;新風(fēng)負荷同時考慮不同高度房間和不同高度新風(fēng)口對新風(fēng)負荷的影響。針對高度對空調(diào)負荷影響,分別定義了室內(nèi)負荷和新風(fēng)負荷的高度修正系數(shù),定量分析了高度對空調(diào)負荷的影響。此外,通過對新風(fēng)負荷隨房間高度和新風(fēng)口高度變化機理的分析,定義了室內(nèi)空氣密度影響因子和室內(nèi)外空氣焓差影響因子,定量分析了房間高度和新風(fēng)口高度對新風(fēng)負荷影響的比重。再次,根據(jù)模擬得到的0~1000m高度范圍內(nèi)的風(fēng)速垂直分布,整理得到建筑所在地風(fēng)速的垂直分布規(guī)律,并以此分布規(guī)律為基礎(chǔ)建立巨型建筑風(fēng)洞風(fēng)壓測試的風(fēng)速入口邊界條件,通過被動模擬方法,在風(fēng)洞中模擬當(dāng)?shù)?~1000m高度范圍內(nèi)的風(fēng)廓,結(jié)合巨型建筑分段模型,對其外表面風(fēng)壓進行了測試。此外,為了比較忽略高度適用性而采用標準大氣邊界層模型測得的風(fēng)壓與采用當(dāng)?shù)卣鎸嶏L(fēng)廓所測風(fēng)壓的偏差,在風(fēng)洞中采用被動模擬的方法模擬了B類地貌的標準大氣邊界層風(fēng)廓,并測試了其風(fēng)壓,進而通過風(fēng)壓系數(shù)比較了采用兩種風(fēng)廓進行風(fēng)壓測試得到結(jié)果的不同,研究發(fā)現(xiàn),如果以建筑頂部風(fēng)速作為風(fēng)壓系數(shù)計算的參考風(fēng)速,采用B類地貌標準風(fēng)廓所測的風(fēng)壓系數(shù)在巨型建筑較低樓層明顯偏小,在巨型建筑較高樓層差異不明顯。最后,結(jié)合風(fēng)洞實驗測試得到的巨型建筑外表面風(fēng)壓系數(shù)分布,基于CONTAM3.2多區(qū)網(wǎng)絡(luò)模型對巨型建筑在風(fēng)壓與熱壓共同作用下的建筑內(nèi)部壓力垂直分布特性進行了模擬研究,并且重點關(guān)注并分析各垂直和水平通道內(nèi)隔斷門兩側(cè)的壓力分布。另外,在對巨型建筑內(nèi)部熱壓控制策略定性分析的基礎(chǔ)上,對不同控制措施下作用在隔斷門上的壓力進行對比分析,具體包括水平隔斷和垂直隔斷。通過與未采取任何控制措施的室內(nèi)壓力對比發(fā)現(xiàn),采用垂直隔斷相當(dāng)于降低了建筑高度,對各通道內(nèi)隔斷門兩側(cè)壓力的控制效果良好。本研究基于中尺度氣象模式WRFv3.4對寒區(qū)室外環(huán)境的垂直分布情況進行了模擬,并基于此對室外環(huán)境垂直變化對巨型建筑的空調(diào)負荷和風(fēng)壓熱壓的影響展開相關(guān)研究。本文的研究方法可為與室外環(huán)境相關(guān)的建筑風(fēng)熱環(huán)境研究提供一些的借鑒,其研究成果可為巨型建筑的空調(diào)負荷預(yù)測和風(fēng)壓熱壓控制提供一些參考。
[Abstract]:The rapid growth of the population has promoted the process of urbanization around the world. More and more high-rise buildings and even super high-rise buildings are being generated by the increasing tension in urban construction land. At the same time, in order to pursue the business card effect of super high buildings, some countries and regions are planning to build a high degree of superstructure over 800m. Gigantic gigantic buildings have made it the next largest building in the world, but there are still no gigantic gigantic buildings in the world. Many research fields are still in the blank stage. Therefore, it is necessary to study the related construction techniques to provide the corresponding technical reserve for the construction of the highest building in the world. The height of the building is a giant building. The most significant attribute of this study is to focus on the influence of vertical change of outdoor environment on the effect of air conditioning load and pressure on the effect of the wind pressure on the effect of the effect of the effect of the building air conditioning load and pressure hot pressure. The research work is carried out on a planned design case. First, based on the mesoscale meteorological model WRFv3.4 (Weather Research and Forecasting model) ) to simulate the weather conditions in the area where the building is located, and to verify the vertical distribution of the simulated meteorological parameters using the local meteorological observation data. The results show that the WRF model has good simulation performance on the weather conditions in the high range of 0~1000m. On this basis, the data is collated to get the room. The results show that the atmospheric temperature and pressure decrease linearly with height in the 0~1000m height range, and the atmospheric relative humidity increases linearly with height, and the wind speed increases with the height rise first. Secondly, the vertical change law of meteorological parameters of outdoor environment is obtained by simulation, and the atmospheric temperature, humidity and pressure are fitted separately, and the relation between the weather parameters of different heights relative to the height of the near ground weather parameters is obtained, and then based on the TRNSYS16 transient simulation process. The dynamic method of air conditioning load of giant building is established in order to develop the dynamic simulation model of air conditioning load in the room with different height of the giant building, including indoor load and new wind load. The internal load takes into account the influence of different height, orientation, and heat transfer characteristics of different enclosure structures on the indoor load; the new wind load takes into account the influence of different height rooms and new air vent on the new wind load at the same time. In addition, through the analysis of the change mechanism of the new air load with the height of the room and the height of the new air vent, the influence factors of the indoor air density and the air enthalpy difference between indoor and outdoor are defined, and the proportion of the room height and the new air vent height to the new wind load is quantitatively analyzed. Again, according to the simulated 0~ The vertical distribution of wind speed in the 1000m height range is arranged to get the vertical distribution of the wind speed in the building. Based on this distribution law, the wind velocity entrance boundary condition of the wind tunnel test of the giant building is established. Through the passive simulation method, the wind profile in the local 0~1000m height range is simulated in the wind tunnel, and the segmented model of the giant building is combined. In addition, in order to compare the wind pressure measured by the standard atmospheric boundary layer model and the wind pressure measured by the local real wind profile, a passive simulation method is used to simulate the wind profile of the standard atmospheric boundary layer of B geomorphology in the wind tunnel, and the wind pressure is tested. By comparing the wind pressure coefficient, the results are different with the wind pressure test using two kinds of wind profiles. It is found that if the wind velocity is used as the reference wind speed of the wind pressure coefficient, the wind pressure coefficient measured by the B geomorphic standard wind profile is obviously smaller in the lower floor of the giant building, and the difference in the higher floor is not obvious in the mega building. Finally, based on the CONTAM3.2 multi zone network model, the vertical distribution characteristics of the internal pressure of the building under the joint action of wind pressure and hot press are simulated on the basis of the wind tunnel test, and the pressure on both sides of the vertical and horizontal passages is focused on and analyzed. In addition, on the basis of the qualitative analysis of the internal thermal pressure control strategy of the giant building, the pressure of the different control measures on the partition door is compared and analyzed, including the horizontal partition and the vertical partition. It is found that the vertical partition is equivalent to the reduction of the vertical partition by comparing with the indoor pressure that has not taken any control measures. The building height has good control effect on the pressure on both sides of the partition door. Based on the mesoscale meteorological model WRFv3.4, the vertical distribution of the outdoor environment in the cold region is simulated. Based on this, the influence of the vertical change of the outdoor environment on the air conditioning load and the pressure and hot pressure of the giant buildings is studied. The method can provide some reference for the research on the wind and heat environment related to the outdoor environment. The research results can provide some reference for the air conditioning load prediction and the wind pressure control of the mega buildings.

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TU831.2

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本文編號：1849109