我国湿热地区传统聚落气候设计策略数值模拟研究

【摘要】面对全球性的环境与资源危机,如何应对当今的气候变化,去尽力改变现有建筑活动中的不良行为模式,并深入探索在现代科学技术背景下的人居环境可持续发展模式,已是从事建筑活动的人们所面临的重大课题。作为中华建筑文明重要历史见证的传统聚落,既体现了建筑与自然和谐统一的思想,更凝聚着我国先人的智慧和才华。它们是在顺应自然的基础上,追求建筑与自然环境的和谐统一,所以更能体现可持续发展的环境意识。它们的许多传统规划和设计理念都能在低能耗和环保的前提下去适应自然环境的变化。因此,这些传统聚落可持续的规划和设计经验,将对创造现代绿色人居环境的实践有着深远的指导意义。此博士论文旨在从建筑气候学的角度,探讨湿热地区传统聚落规划层面的气候设计经验。在此课题的基础上,笔者于2012年申请并获得一项名为“湿热地区古村落原真建筑环境数值模拟及其保护、改造策略研究”的国家自然科学基金资助项目(51208511)。本文首先,按照建筑气候学理论,分析总结了“夏热冬暖”的广东、广西、福建地区和“夏热冬冷”的浙江、安徽和湖南等地区传统聚落中行之有效的气候设计策略。然后,再采用计算流体动力学方法(CFD),数值模拟这些湿热地区典型传统聚落的热环境,做到定量、直观地展示传统聚落气候设计策略所取得的良好效果。主要模拟内容：1.本文第四章,分别对湿热地区“密集”布局型的古村落——湘南上甘棠村和“梳式”布局型的古村落——广东开平锦江里村的热环境进行了三维湍流稳态模拟,以验证选址、布局、山体、水体、植被的降温效果。2.冷巷是湿热地区最具特色的气候设计策略,故本文第五章以泉州聚宝街112号手巾寮为例,对冷巷的热环境进行了三维非稳态模拟。以上研究工作,较全面地总结介绍了传统聚落的被动降温技术,为当今创建绿色人居环境提供了有益的借鉴。本文主要的创新点在于：采用目前工程学界最为流行的计算流体动力学方法(CFD),对研究对象进行了深入定量的分析,突破了以往对传统聚落环境多以定性分析为主的局限,并且在前人的基础上,研究取得了如下进展：首先,将冷巷热环境的“静态模拟”发展到“三维非稳态模拟”,可动态演绎“冷巷”被动降温的全过程。并使今后冷巷的实际应用提高到一个新的水平。建立了适合于湿热地区传统村落气候设计的三维非稳态模拟模型。其次,建立了实际聚落环境的模拟计算方法,将前人所做“理想聚落环境”数值模拟提升到“实际聚落环境”的模拟计算。为总结我国在传统聚落中积淀下来的与自然和谐共存的策略与经验,提供了新的有效的手段。另外,发展了多孔介质的热环境模拟模型,提高了计算速度,有效地解决了模拟对象规模大所造成的计算容量超大的难题。总之,本文的研究成果表明,数值模拟方法也是研究历史建筑与环境的一个崭新而有效的手段。
【作者】汤莉；
【导师】张楠；
【作者基本信息】中南大学，土木工程规划与管理，2013，博士
【关键词】传统聚落；计算流体动力学(CFD)；建筑气候设计；热环境；可持续规划；

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