風(fēng)速風(fēng)向?qū)ι虾５貐^(qū)建筑物南墻冬季太陽輻射得熱的影響

鄒曉泉， 鐘 珂， 張紅嬰， 2， 亢燕銘， 袁麗婷

(1． 東華大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620； 2． 江西理工大學(xué) 建筑與測(cè)繪工程學(xué)院，江西 贛州341000)

風(fēng)速風(fēng)向?qū)ι虾５貐^(qū)建筑物南墻冬季太陽輻射得熱的影響

鄒曉泉1， 鐘 珂1， 張紅嬰1， 2， 亢燕銘1， 袁麗婷1

(1． 東華大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 201620； 2． 江西理工大學(xué) 建筑與測(cè)繪工程學(xué)院，江西 贛州341000)

以上海地區(qū)典型冬季氣候條件為基礎(chǔ)，考慮風(fēng)速與風(fēng)向?qū)o(hù)結(jié)構(gòu)傳熱過程和對(duì)太陽能的實(shí)際吸收效果的影響，利用數(shù)值方法模擬了建筑物南墻在太陽輻射作用下的傳熱過程．結(jié)果表明，風(fēng)向和風(fēng)速對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面對(duì)流換熱系數(shù)、外表面溫度的影響都較大，對(duì)外保溫墻體的凈得熱和對(duì)流散熱量也有一定程度影響．在南墻背風(fēng)且風(fēng)向斜吹(風(fēng)向與南墻法線夾角為135°)時(shí)，太陽輻射凈得熱量最大．南墻在一天中的凈得熱量隨著風(fēng)速增大而下降，但當(dāng)風(fēng)速增大到3 m/s后，南墻的太陽能實(shí)際吸收率不再明顯下降．由此表明，盡管上海地區(qū)冬季出現(xiàn)大風(fēng)的概率較高，但并不會(huì)明顯削弱南墻對(duì)太陽能的有效吸收．

冬季太陽輻射； 南墻； 風(fēng)速； 風(fēng)向； 吸收率； 上海地區(qū)

對(duì)我國夏熱冬冷地區(qū)而言，若冬季時(shí)充分利用墻體的太陽輻射得熱量，則可有效降低建筑能耗．由于城市化水平的提高，冬季供暖已成為這一地區(qū)的實(shí)際需求．雖然關(guān)于建筑熱工性能和太陽輻射作用下的圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱特征的研究已有不少成果[1-10]，但定量分析太陽輻射在風(fēng)向、風(fēng)速綜合影響下的墻體逐時(shí)得熱和散熱計(jì)算的研究則較為缺乏，特別是夏熱冬冷地區(qū)．例如，文獻(xiàn)[1]用理論方法對(duì)冬季太陽輻射作用下北京地區(qū)南外墻和南外窗內(nèi)壁面的溫度進(jìn)行了分析．文獻(xiàn)[2]用DTRM(discrete transfer radiation model)輻射模型模擬了庭院式建筑在太陽輻射的作用下，外表面溫度及散熱量對(duì)熱島效應(yīng)的影響．文獻(xiàn)[3]對(duì)北京一棟多層板樓建筑微環(huán)境氣候及不同朝向墻體外表面垂直溫度進(jìn)行了監(jiān)測(cè)分析．文獻(xiàn)[4]通過對(duì)太陽能采暖房間不同朝向墻體以及不同墻體結(jié)構(gòu)的熱負(fù)荷系數(shù)進(jìn)行了計(jì)算．文獻(xiàn)[5]則從整個(gè)建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系的蓄熱角度出發(fā)，研究了冬季情況下被動(dòng)式太陽能建筑墻體的蓄放熱特性及其對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境的調(diào)節(jié)作用．但這些結(jié)果均為非夏熱冬冷地區(qū)的情況．對(duì)于外墻的對(duì)流換熱特征研究也有不少報(bào)道．文獻(xiàn)[6]以西安地區(qū)的高層住宅為研究對(duì)象，采用數(shù)值方法模擬了外墻外表面在不同風(fēng)速和風(fēng)向等條件下的對(duì)流換熱系數(shù)．文獻(xiàn)[7]設(shè)計(jì)了一種用于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)建筑外表面對(duì)流換熱特性的萘升華方法，并測(cè)量了高大單體建筑水平屋面的對(duì)流換熱特性．文獻(xiàn)[8]通過實(shí)測(cè)，證實(shí)了CFD(computational fluid dynamics)技術(shù)可用于對(duì)建筑外表面對(duì)流換熱系數(shù)的估計(jì)，并分析了建筑墻體外表面的對(duì)流換熱系數(shù)受風(fēng)速、風(fēng)向和建筑密度的影響．文獻(xiàn)[9]對(duì)冬季拉薩市太陽輻射下建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)各朝向的內(nèi)表面溫度進(jìn)行了分析．文獻(xiàn)[10]用DEST(designer’s simulation toolkit)軟件模擬了上海一棟建筑物在空調(diào)系統(tǒng)間歇運(yùn)行的工況下，外墻表面太陽輻射吸收系數(shù)以及保溫層位置和厚度對(duì)空調(diào)系統(tǒng)能耗的影響．然而，這些研究也很難用于對(duì)夏熱冬冷地區(qū)建筑物在冬季受太陽輻射時(shí)外墻熱工參數(shù)的估計(jì)．

考慮到很難通過實(shí)測(cè)來分析風(fēng)向、風(fēng)速綜合影響下的墻體逐時(shí)太陽輻射得熱和散熱，本文擬采用CFD數(shù)值模擬方法，對(duì)以上海為代表的長江下游地區(qū)的普通建筑墻體內(nèi)部傳熱過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬計(jì)算，以分析風(fēng)速、風(fēng)向等對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面溫度、對(duì)流換熱系數(shù)與全天凈得熱量的綜合影響，為改善該地區(qū)冬季建筑室內(nèi)熱環(huán)境和建筑節(jié)能提供必要的基礎(chǔ)依據(jù)．

1 建筑模型的建立與模擬工況

1．1 幾何模型與計(jì)算區(qū)域

本文選擇處在我國夏熱冬冷氣候區(qū)的上海地區(qū)(東經(jīng)121．5°，北緯31．2°)為模擬和討論背景．為便于分析并得到簡明結(jié)果，將所討論的建筑簡化為一個(gè)15 m×15 m×15 m的建筑模型體塊，共5層，選擇南向中間層位置的房間作為計(jì)算對(duì)象．根據(jù)文獻(xiàn)[11]研究可知，對(duì)于單體建筑，數(shù)值計(jì)算域頂部邊界不小于5H(H為目標(biāo)建筑的高度)，側(cè)邊界不小于4H，入口邊界和建筑物之間的距離應(yīng)使建筑物迎風(fēng)面處的風(fēng)流流場(chǎng)平滑，出口邊界大于10H時(shí)，可滿足流場(chǎng)模擬計(jì)算準(zhǔn)確性的要求．故本文整個(gè)計(jì)算區(qū)域的尺寸取為261 m141 m90 m．計(jì)算域和建筑墻體結(jié)構(gòu)如圖1所示．

圖1 計(jì)算區(qū)域模型與墻體結(jié)構(gòu)

建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)置為外保溫形式，墻體共4層，由外墻到內(nèi)墻依次分別為外抹灰層、保溫層、結(jié)構(gòu)層和內(nèi)抹灰層，其中，抹灰層為灰石灰粉，墻體結(jié)構(gòu)層為鋼筋混凝土，保溫層材料采用巖棉．圍護(hù)結(jié)構(gòu)的物性參數(shù)[12]見表1所示．

表1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)的物性參數(shù)

1．2 數(shù)學(xué)物理模型

數(shù)值計(jì)算區(qū)域所需的網(wǎng)格生成采用GAMBIT 2．4．6軟件，模擬則采用FLUENT 6．3．26版程序．假設(shè)建筑外的環(huán)境風(fēng)為不可壓縮、低速湍流常物性流體．因標(biāo)準(zhǔn)κ-ε模型在低速湍流數(shù)值模擬中被廣泛運(yùn)用，且所需計(jì)算時(shí)間少而精度高，便于獲得簡單明了的結(jié)果，故本文在模擬中亦采用這一模型，其中，湍動(dòng)能κ和耗散率ε的控制方程為

(1)

(2)

式中：μ為空氣動(dòng)力學(xué)黏度，Pa·s，μ=ρCμκ2/ε；μt為湍動(dòng)黏度，Pa·s；ρ為流體密度，kg/m3；Gκ為湍動(dòng)能生成項(xiàng)，Gκ=μtS2/ρ，其中S為平均流剪應(yīng)變率的幅值，s；另外，湍流模型常數(shù)取值通常為σκ=1．0，ε=1．3，c1=1．44，c2=1．92．

1．3 計(jì)算方法和邊界條件

采用有限容積法離散控制方程，為盡量減少數(shù)值誤差，對(duì)離散方程的差分采用二階迎風(fēng)格式．

計(jì)算域的入口和出口邊界分別定義為速度入口和壓力出口，側(cè)面及頂面均定義為對(duì)稱邊界面，壁面定義為無滑移壁面，近壁區(qū)域參數(shù)采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法，壓力速度耦合方式采用SIMPLE格式[13]．計(jì)算域入口溫度為4 ℃，根據(jù)上海典型氣象年氣象參數(shù)，本文選取1，3和5 m/s共3種風(fēng)速作為典型風(fēng)速進(jìn)行分析[14]．由于不同的迎風(fēng)方向?qū)w的換熱影響不同，本文考慮了5種不同的風(fēng)向分別進(jìn)行模擬分析.定義來流風(fēng)向與南墻法線方向的夾角為θ，0°≤θ≤180°，5種工況風(fēng)向示意如圖2所示．

圖2 來流風(fēng)向與南墻法線夾角的設(shè)定Fig．2 Wind directions to the south wall

輻射采用太陽輻射DO(discrete originates)模型，太陽高度與方向信息由FLUENT軟件自帶程序進(jìn)行計(jì)算．南墻受到的太陽輻射強(qiáng)度I采用2015年最冷月份1月15日晴朗天氣的數(shù)據(jù)，室外空氣溫度采用2015年最冷月份1月典型日的氣象數(shù)據(jù)，如圖3所示．

圖3 太陽輻射強(qiáng)度和室外溫度隨時(shí)間的變化Fig．3 Variations of solar radiation intensity and outdoor temperature with time

由于本研究的計(jì)算重點(diǎn)在于建筑外表面附近與南墻墻體，故建模時(shí)對(duì)墻體和外表面附近區(qū)域網(wǎng)格進(jìn)行了更為細(xì)密的劃分，總網(wǎng)格數(shù)約為2．5106．模擬選取室外氣溫日平均值為4 ℃時(shí)的穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果作為非穩(wěn)態(tài)計(jì)算的初始條件，非穩(wěn)態(tài)計(jì)算時(shí)間步長為60 s．

1．4 模型驗(yàn)證

為了保證數(shù)值模擬計(jì)算方法在分析太陽輻射、傳熱以及流動(dòng)特性等方面的可靠性，需要先驗(yàn)證上述數(shù)學(xué)模型的合理性．文獻(xiàn)[15]對(duì)太陽輻射作用下西班牙vigo地區(qū)的一處混凝土建筑的南外墻溫度隨時(shí)間的變化進(jìn)行了實(shí)測(cè)和模擬，本文用文獻(xiàn)[15]提供的實(shí)測(cè)細(xì)節(jié)，采用上述數(shù)學(xué)和計(jì)算方法進(jìn)行數(shù)值模擬．圖4為本文的數(shù)值計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)[15]的模擬和實(shí)測(cè)結(jié)果的比較．

從圖4中可以看出，本文數(shù)值模擬計(jì)算得到的南墻溫度和文獻(xiàn)的實(shí)測(cè)溫度吻合得較好．根據(jù)統(tǒng)計(jì)學(xué)分析原理，分別對(duì)文獻(xiàn)模擬值與文獻(xiàn)實(shí)測(cè)值及本文模擬值與文獻(xiàn)實(shí)測(cè)值進(jìn)行相關(guān)性分析，得到R2分別為0．987和0．984，說明兩組數(shù)據(jù)相關(guān)性均良好．因此，可以認(rèn)為，本文采用的CFD模型在計(jì)算太陽輻射和建筑物的傳熱方面是可靠的，可用于本文設(shè)定的物理?xiàng)l件展開的模擬分析．

圖4 本文數(shù)值模擬南墻溫度與文獻(xiàn)實(shí)測(cè)及文獻(xiàn) 模擬結(jié)果的比較Fig．4 Comparisons of the temperature data of south wall surface with the simulated in this paper and that simulated and measured in the literature

2 模擬結(jié)果與分析

當(dāng)有日照時(shí)，墻體會(huì)吸收一部分太陽輻射，吸收的太陽輻射一部分通過對(duì)流方式向大氣散熱，此時(shí)墻體為蓄熱過程；當(dāng)日落后，墻體主要通過對(duì)流的方式向室外散熱，此時(shí)墻體主要為放熱過程．建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面的熱平衡關(guān)系為

qτ=qsun， τ-qcon， τ

(3)

式中：qτ、qsun， τ和qcon， τ分別為τ時(shí)刻單位面積圍護(hù)結(jié)構(gòu)的凈得熱量、吸收的太陽能和散發(fā)到室外的熱量，W/m2.

qsun， τ=(Id， τ+Ir， τ)α

(4)

式中：Id， τ和Ir，τ分別為τ時(shí)刻到達(dá)南墻外表面的太陽直射輻射強(qiáng)度和散射輻射強(qiáng)度，W/m2；為南墻外表面吸收系數(shù)，這里取0．7[16]．

qcon， τ=hout， τ(Tw， τ-Tair， τ)

(5)

式中：hout， τ為τ時(shí)刻圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面的對(duì)流換熱系數(shù)，W/(m2·K) ；Tair， τ和Tw， τ分別為室外τ時(shí)刻空氣溫度和圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面溫度，K．

由式(3)～(5)可知，影響圍護(hù)結(jié)構(gòu)實(shí)際得到的太陽能的影響因素較多，與太陽輻射吸收系數(shù)、輻射強(qiáng)度、表面對(duì)流換熱系數(shù)和外表面溫度均有較大關(guān)系．

2．1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面對(duì)流換熱系數(shù)分析

對(duì)于本文研究的單體建筑，當(dāng)風(fēng)向θ和風(fēng)速u改變時(shí)，模擬得出的南外墻表面平均對(duì)流換熱系數(shù)變化情況如圖5所示．

圖5 圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面在不同風(fēng)向和風(fēng)速下 的對(duì)流換熱系數(shù)Fig．5 Convective heat transfer coefficients of exterior surface of building envelope under different air velocities and directions

從圖5中可以看出，風(fēng)速與風(fēng)向?qū)o(hù)結(jié)構(gòu)外表面對(duì)流換熱的綜合影響顯著．在相同風(fēng)向下，風(fēng)速越高，對(duì)流換熱系數(shù)越大．當(dāng)南墻為迎風(fēng)面時(shí)(θ=0°或45°)外表面的對(duì)流換熱系數(shù)大于背風(fēng)面(θ=135°或180°)．當(dāng)來流方向平行于南墻(θ=90°)時(shí)，其對(duì)流換熱系數(shù)較大，甚至接近于氣流垂直吹向南墻(θ=0°)的情況．另外，風(fēng)速越低，對(duì)流換熱系數(shù)受風(fēng)向的影響越小．

2．2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面溫度分析

在冬季一個(gè)代表性晴朗天氣條件下，不同風(fēng)速和風(fēng)向影響下，圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面溫度隨時(shí)間變化的模擬結(jié)果如圖6所示．

(a) u=1 m/s

(b) u=3 m/s

(c) u=5 m/s

由圖6(a)可以看到，當(dāng)風(fēng)速為1 m/s時(shí)，由于墻體對(duì)流散熱強(qiáng)度過小，造成外墻表面溫度過高，南墻為背風(fēng)面時(shí)，其外表面溫度在13:00時(shí)高達(dá)68 ℃．由于對(duì)流換熱系數(shù)會(huì)隨著風(fēng)向變化而變化，較大的對(duì)流換熱系數(shù)也就導(dǎo)致南墻在某時(shí)刻外表面溫度相應(yīng)較低，南墻為迎風(fēng)面時(shí)對(duì)流換熱系數(shù)大于背風(fēng)面，故在同一時(shí)刻南墻為迎風(fēng)面時(shí)外表面溫度值小于背風(fēng)面時(shí)．

對(duì)比圖6(a)、6(b)和6(c)可以看到，不同風(fēng)速下南墻外表面溫度隨風(fēng)向變化的規(guī)律一致，并且，相同風(fēng)向條件下，風(fēng)速越大，外表面溫度越低，當(dāng)風(fēng)速為5 m/s時(shí)，南墻外表面溫度最大值僅為35 ℃，只有1 m/s時(shí)的50%左右．

2．3 單位面積圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面散熱量與凈得熱通量分析

根據(jù)式(5)和模擬結(jié)果，可以得到不同風(fēng)速和風(fēng)向影響下的單位面積圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外表面散熱qcon， τ和凈得熱qτ隨時(shí)間的變化情況，結(jié)果如圖7和8所示．

由圖7可以看出，盡管晝間墻體吸收大量太陽能，但通過對(duì)流換熱也有大量熱量散發(fā)到室外大氣中，日落后，墻體對(duì)流散熱量大幅下降．風(fēng)速越小，對(duì)流散熱量越小；相同風(fēng)速下南墻為迎風(fēng)面時(shí)散熱量大于背風(fēng)面時(shí)．

(a) u=1 m/s

(b) u=3 m/s

(c) u=5 m/s

(a) u=1 m/s

(b) u=3 m/s

(c) u=5 m/s

由圖8表明：日照期間墻體凈得熱為正，圍護(hù)結(jié)構(gòu)處于蓄熱過程；從下午17：00開始，凈得熱量小于0，南墻處于散熱過程．風(fēng)速越小，對(duì)流散熱量越小，凈得熱量越大；相同風(fēng)速下南墻為迎風(fēng)面時(shí)凈得熱量小于背風(fēng)面時(shí)．

2．4 單位面積圍護(hù)結(jié)構(gòu)全天凈得熱總量分析

墻體在一天中的蓄放熱情況對(duì)冬季供暖能耗影響重大，對(duì)圖7和8中的qcon， τ和qτ分別從上午7:00開始到次日上午7:00這段時(shí)間進(jìn)行積分，如式(6)和(7)所示，則可以得到南墻全天的總對(duì)流散熱量Qcon和實(shí)際吸收的太陽能凈得熱量Qτ．

(6)

(7)

在不同風(fēng)速和風(fēng)向條件下Qcon和Qτ的計(jì)算結(jié)果如圖9所示．

由圖9(a)可以看出，當(dāng)風(fēng)速為1 m/s時(shí)，南墻為迎風(fēng)面時(shí)的全天對(duì)流散熱量和晝間對(duì)流散熱量均大于背風(fēng)面時(shí)，全天凈得熱量隨風(fēng)向變化的規(guī)律正好相反，例如背風(fēng)面的全天對(duì)流散熱量和晝間散熱量最小，而全天凈得熱量最大為9．2 MJ/m2．另外還可看出，晝間散熱量占全天散熱量比例很大，約占97%．不同風(fēng)向情況下的全天凈得熱量均大于全天散熱總量．

對(duì)比圖9(a)、9(b)和9(c)可以發(fā)現(xiàn)，不同風(fēng)速下散熱量和凈得熱量隨風(fēng)向變化的規(guī)律基本一致，但對(duì)流散熱量與凈得熱量的比率完全不同．風(fēng)速為1 m/s時(shí)，對(duì)流散熱量小于凈得熱量，全天對(duì)流散熱量與全天凈得熱量的比率均小于1，介于0．47～0．89之間．但當(dāng)風(fēng)速增大到3 m/s時(shí)，對(duì)流散熱量明顯大于凈得熱量，該比率均大于1，在風(fēng)向θ=45°時(shí)甚至高達(dá)2．3，且風(fēng)速3和5 m/s時(shí)的數(shù)據(jù)差別不大．

(a) u=1 m/s

(b) u=3 m/s

(c) u=5 m/s

在本文計(jì)算條件下，單位面積圍護(hù)結(jié)構(gòu)全天太陽輻射得熱量為13．6 MJ/m2，圍護(hù)結(jié)構(gòu)在一天中吸收儲(chǔ)蓄下來的太陽能將會(huì)有效改善室內(nèi)熱環(huán)境或降低供暖系統(tǒng)負(fù)荷．為了比較不同風(fēng)速和風(fēng)向?qū)w太陽輻射實(shí)際吸收程度影響的差別，定義墻體全天凈得熱總量占太陽輻射總量的比例為太陽能實(shí)際吸收率β，如式(8)所示．

(8)

式中：Qτ為單位面積墻體全天凈得熱總量，kJ/m2；Qsun為單位面積墻體全天太陽輻射總量，kJ/m2，可用式(9)求得．

(9)

在不同風(fēng)速和風(fēng)向條件下單位面積墻體的太陽輻射實(shí)際吸收率如圖10所示．

圖10 在不同風(fēng)速和風(fēng)向條件下南墻對(duì)太陽能的實(shí)際吸收率Fig．10 The actual solar absorbing rate of the south wall under different wind velocities and directions

從圖10可以看出，同一風(fēng)速情況下，當(dāng)南墻為背風(fēng)面時(shí)的吸收率大于迎風(fēng)面，其中當(dāng)來流風(fēng)向?yàn)棣?135°時(shí)的太陽能實(shí)際吸收率β值最大；相同風(fēng)向情況下的風(fēng)速越大，太陽能實(shí)際吸收率越小，但當(dāng)風(fēng)速達(dá)到3 m/s后，吸收率隨著風(fēng)速增大而下降的幅度很小，幾乎可以忽略不計(jì)．

3 結(jié) 語

采用數(shù)值模擬的方法，對(duì)上海地區(qū)建筑物外保溫南墻在冬季太陽輻射作用下的散熱和得熱進(jìn)行了非穩(wěn)態(tài)模擬研究．模擬結(jié)果顯示，風(fēng)速和風(fēng)向的變化對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)外表面的對(duì)流換熱系數(shù)和外表面溫度影響較大，最終影響到南墻外表面的對(duì)流散熱量和太陽輻射凈得熱量，主要表現(xiàn)為以下特征：

(1) 南墻對(duì)太陽能的實(shí)際吸收率受風(fēng)向影響很大，南墻位于迎風(fēng)面時(shí)，對(duì)流散熱量明顯大于背風(fēng)面，造成南墻太陽輻射凈得熱明顯下降．在南墻背風(fēng)且風(fēng)向斜吹時(shí)，太陽輻射凈得熱量最大．上海地區(qū)冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，南墻位于斜吹風(fēng)背風(fēng)面的概率較高，這將有利于該地區(qū)冬季充分利用太陽能，改善室內(nèi)熱環(huán)境．

(2) 在本文研究的上海地區(qū)氣候條件下，冬季南墻在一天中的凈得熱量占太陽輻射總吸收量的1/3～2/3，風(fēng)向和風(fēng)速對(duì)太陽能實(shí)際吸收率的影響都較大，但當(dāng)風(fēng)速增大到3 m/s后，南墻的太陽能實(shí)際吸收率不再明顯下降．這表明，盡管上海地區(qū)冬季出現(xiàn)大風(fēng)的概率較高，但并不會(huì)明顯削弱南墻對(duì)太陽能的有效吸收．

[1] 楊昭，郁文紅，張甫仁．建筑物冬季太陽輻射得熱[J]．太陽能學(xué)報(bào)，2005，26(1)：104-109．

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(責(zé)任編輯：徐惠華)

Influences of Wind Velocity and Direction on Solar Energy Gain of Building South Walls in Winter in Shanghai

ZOUXiaoquan1，ZHONGKe1，ZHANGHongying1， 2，KANGYanming1，YUANLiting1

(1． School of Environmental Science and Engineering， Donghua University， Shanghai 201620， China； 2． School of Architectural and Survey & Map Engineering， Jiangxi University of Science and Technology， Ganzhou 341000， China)

Considering the effects of wind velocity and direction on the heat transfer of building envelope and the absorption of solar radiation by the walls， the heat transfer process of building envelope with solar radiation was studied by employing numerical simulations in Shanghai area． The results show that the ambient wind velocities and directions influence the external surface temperature of the south wall and heat transfer coefficient significantly， as well as the heat dissipation and the heat gain． The net heat gain may reach a peak value on the leeward side with the oblique angle of 135°． Moreover， the wall’s net heat gain decreases with the wind velocity increasing． However， the actual solar energy absorbing rate of the wall is no longer significantly reduced when the wind velocity reaches 3 m/s and more． The results indicate that even though there is high possibility of heavy wind in Shanghai area in winter， the absorbing rate of the south wall will not be evidently weakened．

winter solar radiation； south wall； wind velocity； wind direction； absorbing rate； Shanghai area

1671-0444(2017)01-0102-07

2015-10-19

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51478098)；上海市教科委科技創(chuàng)新重點(diǎn)資助項(xiàng)目(13ZZ054)

鄒曉泉(1991—)，男，浙江江山人，碩士研究生，研究方向?yàn)榻ㄖ?jié)能技術(shù)．E-mail：waterry@163．com 鐘 珂(聯(lián)系人)，女，教授，E-mail：zhongkeyx@dhu．edu．cn

TU 832．1； TU 86

A