亚热带城区建筑风驱雨模型研究

Wind-driven rain (WDR) is defined as the quantity of rain deposited on a building facade with defined orientation. As the most important boundary condition, wind-driven rain has significant effect on the accuracy of hygrothermal calculation in building component. The existing wind-driven simplified models have limits. They are lack of modified coefficients apply to WDR calculation for buildings in the city under subtropical climate. As most of the wind-driven rain studies were carried out in Europe or North American, its results cannot be used for estimation of WDR on buildings in south east china. The aim of the present study is to develop a new wind-driven rain model, which can well present the characteristic of subtropical climate, Chinese urban arrangement and building’s size and geometry. Field measurement, CFD (Computational Fluid Dynamics) simulation and statistical analysis will be used in this study. Based on observations and statistical analysis on WDR simulation results, the correlation between characteristic parameter and wind–driven rain distribution will be studied.

作为建筑围护结构重要的外边界条件，风驱雨模型的建立是研究雨水在建筑围护结构内的传递过程，预测风雨对建筑外立面、建筑结构以及建筑能耗影响的前提条件。现有研究结果表明建筑立面上的风驱雨强度分布对建筑所在地气象条件、建筑几何形状以及建筑周围环境等非常敏感。因此风驱雨模型的建立需将这些影响因素考虑在内全面考虑。现阶段，在建筑模拟领域内被采用的ISO-WDR模型和AHSW-WDR模型是建立在欧洲的气候及城区建筑分布特征的研究基础上的，不适用于我国亚热带城区建筑立面风驱雨量计算。.本研究拟通过分析亚热带降雨特征、建筑现场实测、数值模拟以及统计分析等方法研究分析风驱雨在城区建筑立面的分布规律，遴选主导影响因素，确定风驱雨特征参数，建立参数化风驱雨模型。

建筑外围护的降雨强度最为一个边界条件对于建筑立面的热湿传递的准确模拟起着关键的作用。考虑这一外边界条件能够帮助准确预测风驱雨对于建筑立面的侵蚀，建筑能耗进而对外围护的构造设计起到指导作用。对于潮湿多雨的亚热带气候条件下，风驱雨模型的研究具有现实意义。我国由于降雨气象数据的缺乏，降雨强度这一边界条件不予考虑。目前世界上现有的建筑立面降雨强度估算方法是由欧洲的研究所提出的，其方法存在局限性。它们要么：1）模型多度简化。要么2）应用过于复杂。另外由于不同地区气候特点的差异，基于欧洲地区测试结果研究的模型并不适用于我国亚热带地区的建筑模拟应用。.本研究通过现场测试，CFD模拟以及数据挖掘技术开发一种新的风驱雨模型，WDR-Pdr模型。.具体的研究内容包括风驱雨测试设备的研发，孤立建筑以及有遮挡建筑立面附近风场的观察，雨滴运行轨迹的模拟方法研究，建筑立面降雨强度的模拟，立面降雨强度与各个影响因素（包括风速、风向、水平面降雨强度、建筑密度以及建筑群布局）的相关性以及敏感性分析。在分析结果的基础上，提出建筑立面风压与建筑立面降雨强度相关的假想，并构件模型进行模拟以及数据分析。得出建筑里面的风压与建筑立面降雨强度正相关。与M.Grosso的风压模型相结合，研究出一个全参数化风驱雨模型：WDR-Pdr 模型。该参数模型，作为一个立面风驱雨的预测方法使用方便，节省了CFD仿真和数据处理的复杂过程。.将本课题研究的风驱雨WDR-Pdr模型作为一个计算模块嵌入在热湿传递模拟软件Delphin中，对于空腔墙进行了热湿耦合传递模拟，对比有降雨边界条件和没有降雨边界条件下，墙体内部温度场和湿度场的变化。该模拟结果进一步验证了建筑立面降雨强度作为一个边界条件的必要性和重要性。