基于CFD的商业建筑水街热湿环境模拟与优化策略探究.docxVIP

基于CFD的商业建筑水街热湿环境模拟与优化策略探究

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代城市建设中，商业建筑作为城市功能的重要载体，其设计与运营愈发受到关注。商业建筑水街作为一种融合了商业、休闲与文化元素的独特空间形式，近年来在国内外得到了广泛的发展。它不仅为消费者提供了丰富多样的购物、餐饮和娱乐体验，还成为了城市文化展示与社交活动的重要场所。例如，长沙的洋湖水街于2020年开街，清末民初风格融合徽派古建、民国建筑和现代元素，一度成为网红打卡地；南宁的水街以“沉浸式演艺主题街区”为定位，预计今年底建成，将成为兼具文化旅游、城市休闲复合功能的城市文化旅游休闲目的地。

热湿环境作为影响商业建筑水街空间品质的关键因素，对商业活动和人体舒适度有着深远的影响。适宜的热湿环境能够营造出舒适宜人的购物氛围，吸引消费者停留更长时间，从而促进商业活动的繁荣。相反，不良的热湿环境会导致消费者不适，降低购物意愿，甚至对人体健康产生负面影响。据研究表明，空气温度在25℃左右时，脑力劳动的工作效率最高；低于18℃或高于28℃，工作效率急剧下降。当空气相对湿度低于40%时，肺部和上呼吸道粘膜中的水分会大量损失，引起人体的免疫能力大大减弱；而当空气相对湿度达到80%以上时，人体水分的蒸发速度减慢，从而引起机体蒸发散热的功能阻滞，甚至会出现中暑等症状。

传统上，对商业建筑水街热湿环境的研究主要依赖于现场实测和经验判断。然而，现场实测往往受到时间、空间和环境条件的限制，难以全面、准确地获取热湿环境的详细信息；经验判断则缺乏科学性和准确性，无法满足现代商业建筑设计与运营的需求。随着计算机技术和计算流体力学（CFD）技术的飞速发展，数值模拟作为一种高效、准确的研究方法，在建筑热湿环境研究领域得到了广泛应用。通过数值模拟，可以对商业建筑水街的热湿环境进行全面、深入的分析，预测不同工况下的热湿分布情况，为优化设计和运营管理提供科学依据。

因此，开展商业建筑水街热湿环境的数值模拟研究具有重要的现实意义和理论价值。一方面，它能够为商业建筑水街的设计和改造提供科学指导，优化空间布局、通风系统和空调设备选型，营造更加舒适、健康的购物环境，提升商业竞争力；另一方面，通过对热湿环境形成机制和影响因素的深入研究，有助于丰富和完善建筑环境学的理论体系，推动该领域的学术发展。

1.2国内外研究现状

随着建筑环境研究的不断深入，商业建筑热湿环境及数值模拟成为了国内外学者关注的重要领域。在商业建筑热湿环境研究方面，国外起步较早，研究成果较为丰富。20世纪70年代的能源危机使得建筑节能与室内环境质量成为关注焦点，学者们开始对建筑热湿环境进行深入研究。

美国供暖、制冷与空调工程师协会（ASHRAE）制定了一系列关于室内热湿环境的标准和指南，如ASHRAEStandard55《ThermalEnvironmentalConditionsforHumanOccupancy》，为室内热湿环境的研究与设计提供了重要依据。该标准明确规定了人体在不同活动水平和服装热阻下，感到舒适的温度、湿度范围，以及空气流速和平均辐射温度等参数的合理取值，为商业建筑热湿环境的营造提供了科学的参考标准。

在数值模拟研究方面，国外同样取得了显著进展。计算流体力学（CFD）技术在建筑热湿环境模拟中的应用越来越广泛，许多国际知名的CFD软件，如Fluent、CFX、Star-CCM+等，在商业建筑热湿环境模拟中发挥了重要作用。例如，学者们利用Fluent软件对大型商场的热湿环境进行模拟，通过建立详细的物理模型和边界条件，准确预测了商场内的温度、湿度分布以及空气流动情况，为商场的通风与空调系统设计提供了有力支持。

近年来，机器学习技术在建筑热湿环境数值模拟中的应用成为新的研究热点。机器学习算法能够快速处理大量数据，通过对历史数据的学习，建立热湿环境参数与影响因素之间的复杂关系模型，从而实现对热湿环境的准确预测和优化控制。如利用人工神经网络算法对商业建筑的热湿环境进行预测，通过训练网络模型，使其能够根据室外气象条件、室内人员活动等因素准确预测室内热湿环境参数，为建筑能源管理系统提供了更智能的决策支持。

国内在商业建筑热湿环境及数值模拟研究方面虽然起步相对较晚，但发展迅速。随着国内城市化进程的加快和商业建筑的大量兴建，对商业建筑热湿环境的研究需求日益迫切。国内学者在借鉴国外研究成果的基础上，结合国内的气候特点和建筑实际情况，开展了大量的研究工作。

在商业建筑热湿环境研究方面，国内学者对不同类型商业建筑的热湿环境进行了实测研究，分析了热湿环境的分布规律和影响因素。以对大型购物中心的研究为例，学者们通过现场实测，发现购物中心内不同区域的热湿环境存在显著差异，中庭区域由于空