一种空气龄可视化的建筑设计方法

摘要

本发明涉及一种空气龄可视化的建筑设计方法，通过一些计算机的智能操作，就可以得出空气龄的在不同高度的分布图，以此来得出空气龄可视化的建筑设计方法。通过这些得到的空气龄分布图，可以直观的观察其分布情况。本文通过采用自然通风来进行直观定量的节能分析方式，为建筑节能探索出一条有效的技术方案。选择自然通风系统，需要把建筑看成是有生命的有机体，与气候和谐共处，与建筑使用者的要求相适应。虽然空气龄可视化的建筑设计方法在我国还处于未起步阶段，但随着节能需求的日益迫切，生态、绿色概念的深入人心以及从“以人为本”到“以建筑为主体”的认识思想的转变，利用空气龄可视化的建筑设计方法势必会如雨后春笋般地涌现出来。

主权项

1.一种空气龄可视化的建筑设计方法，其特征在于具体步骤如下：(1)、将所测建筑物视为一个大空间网格，所述大空间网格的内部由无数个相同的小空间网格组成，小空间网格的大小根据计算精度来确定，每个小空间网格对应一个房间，或可将若干个小空间网格根据需要进行空间重组；(2)、确立分析计算时所需要的建筑环境信息和湿度环境信息，将所述信息输入计算机中进行建筑环境及湿度环境的模拟，得出整个大的空间网格的空气龄数据；所述空气龄的测量采用下降法计算得到；设房间中某一点的空气由不同空气龄的空气微团组成，故该点所有微团的空气龄存在一个频率分布函数f(τ)和累计分布函数F（τ）；累计分布函数F与频率分布函数f之间的关系如下： 　（1）某一点的空气龄τp是指该点所有微团的空气龄的平均值：（2）测量空气龄的计算公式如下：（4）采用自然通风系统，对空间的空气流动方向分解成以下四种情况的组合：（a）无分岔管道内流动，空气龄在管道内的增量为： 　（5）　　　　　　　　　　　　　 　　（b）沿分岔管道分流，由于空气性质分岔前后或无限短处不变，所以空气龄分岔前后或无限短处不变；（c）沿管道汇合汇流，汇合点后或无限短处的空气龄通过下式确定：（6）其中：τ_i和L_i分别代表第i支参与汇合的风道内在汇合点前或无限短处气流的空气龄和风量；（d）通风房间内流动：首先通过N-S方程（7）用计算流体力学方法确定房间内空气流速分布，再根据方程（4）用数值方法求解空气龄，所有这些方程都可写成如下同一形式：（7）其中是通用变量，可以代表u,v,w等，是密度，的扩散系数和源项；(3)、在采光模拟软件平台上，利用插件导入步骤(2)得到的建筑环境以及湿度环境模拟所得出的空气龄数据进行二层模拟；(4)、再根据步骤(3得到的二层模拟对每一个小的空间网格进行计算，所求得的数据就作为将来建筑空气龄的参考；(5)、在计算机中进行房间数量和属性的设置，那么空间布局中的空气龄就可被肉眼观察和研究了；(6)、最后根据要求，对整个所测建筑进行功能布置的分析，在分析中将属性相同的功能区尽可能的集中于一体；(7)、通过采用CFD软件的Fluent，用Fluent模拟从不可压缩流体到高度可压缩流体，使空气龄分布变成图像显示，可直观的观察空气龄在不同高度的分布；采用非结构网格对其周围流体进行网格划分；因此采用标准K-ε模型；其所有的控制微分方程包括连续方程、动量方程和K方程和ε方程，公式如下所示，考虑流体不可压缩，稳态后的简化：湍流黏性系数（8）连续性方程（9）动量方程（10）k方程（11）方程（12）方程（11）与（12）各项含义：从左到右依次为对流项、扩散项、产生项、耗散项；式中，μ为流体动力黏度，下标t表示湍动流动；ρ为流体密度，单位为m3/s；cμ为经验常数；k为湍流脉动动能；ε为耗散率；ui为时均速度；σk和σε分别是与湍流动能k和耗散率ε对应的Prandtl数；i和j为张量指标，取值范围（1,2,3)；根据张量的有关规定，当表达式中的一个指标重复出现两次，则表示要把该项在指标的取值范围内遍历加和；根据Launder等的推荐值及后来的实验验证，模型常数C1ε、C2ε、cμ、σk 、σε的取值分别为：C1ε＝1.44、C2ε＝1.92、cμ＝0.09、σk＝1.0、cμ＝1.3；从而得出直观的观察空气龄在不同高度的分布。