社区尺度热环境快速准确预测与区域建筑能耗模拟耦合的仿真方法研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51608310
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0803.建筑物理
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2019-12-31

项目摘要

With the accelerated urbanization, the urban thermal environment has attracted significant attentions. Through improving local urban neighborhood thermal environment that can reduce building energy consumption and improve the quality of human living environment, has been one of the important research field of urban planning and building energy conservation. Due to the requirement of high computational resource for macro-scale and medium scale urban thermal environment, the current numerical simulations of urban thermal environment were limited to micro-scale of the city center or suburban. This research investigates an improved zero-equation turbulence model that can rapidly and reliably predict thermal environment in urban neighborhood, by conducting scaled wind tunnel experiment and full-scale field measurement. Because the standard wall function can over-estimate the heat transfer in the adjacent building wall, so this project provides an adaptive-temperature wall function, and solves the problem of near-wall treatment and the requirement of finer mesh, in order to figure out the tradeoff between the purpose of accuracy of simulation results and limitation of current computational resources. These above zero-equation turbulence model and adaptive temperature wall function are integrated into an open-source Computational Fluid Dynamics (CFD) software, which was combined with an open-source Building Energy Simulation (BES) program. Finally, a new co-simulation technology with airflow program and energy consumption program is achieved. The co-simulation technology can rapidly and accurately transfer the weather data and building surface temperature between CFD and BES, and can qualify the effect of local urban neighborhood thermal environment on district building energy consumption. In the end, this project can provide sufficient theoretical foundation for the urban energy planning and building energy conservation through the rapid and reliable airflow and energy coupled simulation platform.
随着城市化进程加快,城市热环境日益受到重视,通过改善区域热环境来降低建筑能耗和提高人居环境质量已成为城市能源规划和建筑节能领域重要的研究方向之一。由于中大尺度环境仿真计算机资源需求大,目前城市热环境的预测仍仅局限于微尺度范围。本课题采用缩尺风洞实验和全尺度现场测试,研究一种快速有效地预测城市社区尺度热环境的零方程湍流模型;针对标准壁面方程过高预测近壁区对流换热的问题,研究一种可调节式的温度壁面函数,解决近壁区低雷诺数网格精细要求问题,实现兼顾计算结果准确和计算机资源有限的折衷方式。将上述湍流模型和温度壁面函数集成进免费开源的计算流体动力学仿真软件,与免费开源的建筑能耗模拟仿真软件相整合,构建气流与能耗耦合模拟的新型仿真技术,快速而准确地实现两者间气象温度、风速和壁面温度等参数的传递,定量探讨城市社区尺度下的局地热环境对区域建筑能耗的影响,最终为今后城市能源规划与建筑节能提供坚实的理论基础。

结项摘要

城市热环境研究及其对建筑能耗的影响日益受到重视,现有的建筑能耗预测大多局限于单栋建筑,且大多工具无法比较快速地预测建筑热环境和准确评估区域热环境对建筑能耗的影响。针对上述问题,研究主要内容为:研究通过缩尺实验优化改进应用于室外热环境的零方程湍流模型,集成在开源OpenFOAM软件中,通过实验数据,与SKE和LES湍流方程对比,验证其准确性并分析其应用的优劣;研究热环境空气温度、风速和建筑壁面温度等参数的数据传递方式,构建快速准确的气流和能耗耦合仿真平台;利用逐4h法和插值法预测最热月室外温度,修正不同风向和风速,分析容积率和绿化对小区热环境及建筑冷热负荷、空气渗透能耗和建筑总能耗的影响;研究测试美国马里兰大学校园局地热环境,验证数值仿真模型的准确性,实现了快速且定量分析单向耦合模式下区域建筑尺度下不同热环境参数对建筑能耗的影响。主要研究结果表明:(1)针对单栋建筑、规则街区和建筑群模型,优化的零方程湍流模型与SKE和LES模型相比,能快速(1:5:30)且相对准确地预测室外气流环境;(2)利用耦合仿真平台,分析得到济南某小区规划建筑容积率每增加10%,最大冷负荷指标约增加4%,制冷耗电量约增加5%;绿化对目标建筑的潜热负荷影响较大,与无绿化工况相比,潜热负荷增加13.8%;(3)以马里兰大学校园建筑为例,与独栋建筑相比,区域尺度建筑典型日平均空气温度(白天)增加约2.1℃,日平均风速(白天)减少约0.5m/s,日空调能耗峰值增加约19.7%,全天空调能耗增加约6.9%;模拟研究发现区域环境下建筑年供冷量和年供热量分别增加2.67%和减少2.18%。项目研究成果探讨城市区域尺度下的局地热环境对建筑能耗的影响,最终为今后城市能源规划与建筑节能提供坚实的理论基础。

项目成果

期刊论文数量(17)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(9)
专利数量(4)
基于TRNSYS模拟的太阳能复合式供热系统的研究
  • DOI:
    10.3969∕j.issn.1673-7237.2018.05.001
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    建筑节能
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    李亭;齐春玲;刘吉营;张林华
  • 通讯作者:
    张林华
Quantifying Impacts of Urban Microclimate on a Building Energy Consumption-A Case Study
量化城市微气候对建筑能耗的影响——案例研究
  • DOI:
    10.3390/su11184921
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Sustainability
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Liu Jiying;Heidarinejad Mohammad;Nikkho Saber Khoshdel;Mattise Nicholas W;Srebric Jelena
  • 通讯作者:
    Srebric Jelena
A Two-Dimensional Numerical Analysis for Thermal Performance of an Intermittently Operated Radiant Floor Heating System in a Transient External Climatic Condition
瞬态外部气候条件下间歇运行地板辐射采暖系统热性能的二维数值分析
  • DOI:
    10.1080/01457632.2019.1576422
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Heat Transfer Engineering
  • 影响因子:
    2.3
  • 作者:
    Zhang Linhua;Liu Jiying;Heidarinejad Mohammad;Kim Moon Keun;Srebric Jelena
  • 通讯作者:
    Srebric Jelena
地板辐射供冷系统建筑围护结构蓄热特性分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    山东建筑大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张林华;梁莉;王伟;刘吉营
  • 通讯作者:
    刘吉营
Performance analysis of a ductless personalized ventilation combined with radiant floor cooling system and displacement ventilation
无管道个性化通风结合地板辐射冷却系统和置换通风的性能分析
  • DOI:
    10.1007/s12273-019-0521-9
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Building Simulation
  • 影响因子:
    5.5
  • 作者:
    Liu Jiying;Dalgo Daniel Alej;ro;Zhu Shengwei;Li Hui;Zhang Linhua;Srebric Jelena
  • 通讯作者:
    Srebric Jelena

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

The influence of groundwater seepage on the performance of ground source heat pump system with energy pile
地下水渗流对能量堆地源热泵系统性能的影响
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Applied Thermal Engineering
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    张文科;张林华;崔萍;高岩;刘吉营;于明志
  • 通讯作者:
    于明志

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码