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室内自然风模拟及其舒适性研究

作　者: 郭浩
导　师: 付海明
学　校: 东华大学
专　业: 供热、供燃气、通风及空调工程
关键词: 自然风机械风热舒适性混沌分形维数功率谱室内环境 TSV/TCV
分类号: TU834.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

现代社会中,人们的生活节奏越来越快,随着社会竞争的不断加剧,人们所面对的压力也越来越大。现代化的写字楼办公室使人们所生存的空间趋向于封闭化。虽然有现代化的中央空调系统为人们提供了较为舒适的室内环境。但是由于稳态的机械风并未对人们造成环境刺激,使人们对这种环境很容易产生厌倦感,长期在这种环境中生存的人群往往存在各种健康问题,即现在已为大家所熟知的病态建筑综合症。现代都市人群对大自然空间一直十分向往,自然环境给人以心旷神怡的愉悦感受,并且轻柔多变的自然风也给人十分舒适的吹风感受。然而现实生活中,由于工作的繁重以及空间的限制,使人们很难有机会与大自然亲密接触。本文的研究内容就是如何在室内实现自然风的风速波动,使人们能够在室内也能感受到自然风的吹拂,提高环境的舒适度,同时也拉近人们同大自然之间的距离。首先对自然风进行采样分析,在本研究中共选取了四个典型空间位置作为自然风的采样地点,’分别为山林,楼群的空旷处,湖边,以及楼顶。每个采样点共进行了3次采样。对采样的风速样本进行分析计算,包括平均风速,风速概率分布,湍流度,偏度,峰度等。还对自然风的的功率谱进行了分析,发现自然风的风速波动符合1/f特性。并分析了各种特性参数与地面粗糙度之间的关系。本文还着重分析了自然风的混沌及分形特性,基于TAKENS的分形理论,利用GP_CN算法,对自然风数据样本进行相空间重构,分析了风速数据间的相关性,总结了自然风风速样本在相空间重构后的特点及规律,计算了各组风速样本的分形维数。对自然风的混沌特性做了全面的分析。为今后在室内模拟自然风提供了新的理论依据。在室内自然风模拟的方面本文提出了新的实现方法,即利用混沌方程来实现自然风的混沌波动。在模拟过程中,本文共选取了8种不同类型的风速数据。包括6组混沌方程,1组随机数据,以及1组恒定风速。通过LABVIEW编写了自动控制程序,用以上8种信号作为数据源,通过计算机的232端口以及变频器的485端口实现数据通讯,由变频器来控制风机,从而在室内实现自然风的风速波动。我们对不同类型的信号风速也进行了采样分析,发现不同的混沌方程信号所产生的风速样本的特性并不相同。为了了解模拟自然风的舒适性,本研究中还对实现的自然风波动进行了舒适性评价,主要采用ARSHAE提出的TSV及TCV主观评价模型,本文中共选取了2组风速样本进行舒适性评价,包括1组与自然风风速特性最为接近的模拟风速样本以及1组恒定风速样本,通过两组风速样本的评价比较发现,模拟自然风的风速样本的热感觉以及热舒适性均得到受测人员的好评。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-19
  1.1 本课题的研究背景及意义  11-13
  1.2 国内外研究现状  13-17
  1.3 本课题的研究内容与方法  17-18
    1.3.1 研究内容  17
    1.3.2 研究方法  17-18
  1.4 本章小结  18-19
第二章自然风的风速特性分析  19-38
  2.1 概述  19
  2.2 风速采样  19-20
  2.3 风速样本的参数分析  20-27
    2.3.1 风速样本时间序列  20-21
    2.3.2 风速样本的平均风速  21-22
    2.3.3 风速样本的概率分布  22-24
    2.3.4 湍流度  24
    2.3.5 功率谱分析  24-27
  2.4 自然风的分形及混沌特性  27-36
    2.4.1 自然风的相关性  28-30
    2.4.2 相空间重构  30-36
  2.5 本章小结  36-38
第三章自然风模拟  38-44
  3.1 概述  38
  3.2 数据源  38-39
  3.3 实验装置  39-42
  3.4 程序开发  42-43
  3.5 本章小结  43-44
第四章模拟风速样本分析  44-55
  4.1 概述  44
  4.2 风速样本时间序列  44-45
  4.3 风速样本的平均风速  45-46
  4.4 速度概率分布  46-48
  4.5 功率谱分析  48-49
  4.6 各风速样本的相关性  49-51
  4.7 相空间重构  51-52
  4.8 分形维数的确定  52-53
  4.9 计算软件的开发  53-54
  4.10 本章小结  54-55
第五章实验风速样本的舒适性测试  55-61
  5.1 概述  55
  5.2 舒适性评价模型  55-56
  5.3 测试条件  56
  5.4 测试结果分析  56-60
  5.5 本章小结  60-61
第六章结论与展望  61-64
  6.1 概述  61
  6.2 本课题研究结论及成果  61-62
  6.3 前景展望  62-64
参考文献  64-68
附录  68-82
  附1 热舒适性实验的问卷调查表  68-71
  附2 自然风风速特性分析源程序  71-80
  附3 室内自然风模拟控制软件LABVIEW源程序  80-82
攻读硕士学位期间的研究成果  82-83
致谢  83

室内自然风模拟及其舒适性研究

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