Метод расчета геометрических параметров конструкций атриума здания с учетом комфорта температурно-воздушного режима

Введение. Рассматривается влияние атриума на температурную стратификацию при естественной вентиляции внутри помещений учебно-лабораторного корпуса Московского государственного строительного университета (МГСУ) с помощью натурных экспериментов. Целью исследования является разработка нового метода расчета геометрических параметров атриума здания с учетом комфорта его температурно-воздушного режима с применением решения разработанных базовых уравнений воздушного потока в сочетании с методами математического моделирования. Получена формула для определения расхода воздуха при естественном охлаждении в атриумах, анализа и проектирования системы естественной вентиляции в здании с атриумом с более чем двумя вытяжными отверстиями. На основании полученных результатов сделан вывод об оптимальной площади вытяжных и приточных проемов в здании атриума при различной его высоте. Эти данные могут иметь практическое применение при проектировании зданий с атриумами.

Материалы и методы. Использованы методы полуэмпирического исследования, методы простой линейной регрессии для установления корреляции между измеряемыми переменными температурой воздуха и высотой здания в атриуме с конкретными условиями, позволяющими определять температуру на любой высоте.

Результаты. Разработана формула расчета площади вытяжных и приточных отверстий в связи с высотой атриума, установлено их влияние на тепловые характеристики конструкций зданий с атриумами.

Выводы. Результаты исследования позволяют быстро и точно определить геометрические параметры для обеспечения снижения температуры воздуха в зданиях с атриумами. Это играет важную роль на начальном этапе проектирования.

1. Hung W.Y., Chow W.K. A review on architectural aspects of atrium buildings // Architectural Science Review. 2001. Vol. 44. Issue 3. Pp. 285–295. DOI: 10.1080/00038628.2001.9697484

2. Moosavi L., Mahyuddin N., Ab Ghafar N., Ismail M.A. Thermal performance of atria: An overview of natural ventilation effective designs // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014. Vol. 34. Pp. 654–670. DOI: 10.1016/j.rser.2014.02.035

3. Acred A., Hunt G.R. Stack ventilation in multi-storey atrium buildings: A dimensionless design approach // Building and Environment. 2014. Vol. 72. Pp. 44–52. DOI: 10.1016/j.buildenv.2013.10.007

4. Wang L., Huang Q., Zhang Q., Xu H., Yuen R.K.K. Role of atrium geometry in building energy consumption: the case of a fully air-conditioned enclosed atrium in Cold Climates, China // Energy and Buildings. 2017. Vol. 151. Pp. 228–241. DOI: 10.1016/j.enbuild.2017.06.064

5. Aldawoud A. The influence of the atrium geometry on the building energy performance // Energy and Buildings. 2013. Vol. 57. Pp. 1–5. DOI: 10.1016/j.enbuild.2012.10.038

6. Abdullah A.H., Wang F. Modelling thermal stratification in atrium using TAS program and verification of prediction results // International Journal of Integrated Engineering. 2009. Vol. 1. Issue 2. Pp. 79–93.

7. Moosavi L., Mahyuddin N., Ab Ghafar N., Ismail M.A. Thermal performance of atria: An overview of natural ventilation effective designs // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2014. Vol. 34. Pp. 654–670. DOI: 10.1016/j.rser.2014.02.035

8. Крашенинникова Т.С., Гришкова А.В. Анализ параметров микроклимата в здании с атриумом в заданных климатических условиях с использованием программы ANSYS FLUENT // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Прикладная экология. Урбанистика. 2016. № 4 (24). С. 46–61. DOI: 10.15593/2409-5125/2016.04.04.EDNUUZFAB.

9. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М., Шилкин Н.В. Энергоэффективные здания : учебное пособие. М. : АВОК-пресс, 2003. 192 c.

10. Aldawoud A. The influence of the atrium geometry on the building energy performance // Energy and Buildings. 2013. Vol. 57. Pp. 1–5. DOI: 10.1016/j.enbuild.2012.10.038

11. Holford J.M., Hunt G.R. Fundamental atrium design for natural ventilation // Building and Environment. 2003. Vol. 38. Issue 3. Pp. 409–426. DOI: 10.1016/S0360-1323(02)00019-7

12. Wang X., Huang C., Cao W. Mathematical modeling and experimental study on vertical temperature distribution of hybrid ventilation in an atrium building // Energy and Buildings. 2009. Vol. 41. Issue 9. Pp. 907–914. DOI: 10.1016/j.enbuild.2009.03.002

13. Holford J.M., Hunt G.R. Fundamental atrium design for natural ventilation // Building and Environment. 2003. Vol. 38. Issue 3. Pp. 409–426. DOI: 10.1016/S0360-1323(02)00019-7

14. Zhang M., Li N., Zhang E., Hou S., He D., Li J. Effect of atrium size on thermal buoyancy-driven ventilation of high-rise residential buildings: A CFD study // Proceedings — 6th International Symposium on Heating, Ventilating and Air Conditioning, ISHVAC. 2009. Vol. 2. Pp. 1240–1247.

15. Moosavi L., Mahyuddin N., Ghafar N. Atrium cooling performance in a low energy office building in the Tropics, a field study // Building and Environment. 2015. Vol. 94. Pp. 384–394. DOI: 10.1016/j.buildenv.2015.06.020

16. Andrew A., Hunt G.R. Stack ventilation in multi-storey atrium buildings: A dimensionless design approach // Building and Environment. 2014. Vol. 72. Pp. 44–52. DOI: 10.1016/j.buildenv.2013.10.007

17. Li C., Zhang Z., Zhang J., Ji Q. The temperature stratification measurement and simulation in atrium of Wuhan Station // 2011 International Conference on Multimedia Technology. 2011. DOI: 10.1109/ICMT.2011.6003151

18. Laouadi A., Atif M.R., Galasiu A. Towards developing skylight design tools for thermal and energy performance of atriums in cold climates // Building and Environment. 2002. Vol. 37. Issue 12. Pp. 1289–1316. DOI: 10.1016/S0360-1323(02)00008-2

19. Wang X., Huang C., Cao W. Mathematical modeling and experimental study on vertical temperature distribution of hybrid ventilation in an atrium building // Energy and Buildings. 2009. Vol. 41. Issue 9. Pp. 907–914. DOI: 10.1016/j.enbuild.2009.03.002

20. Ji Y., Xu M., Zhang T., He Y. Intelligent parametric optimization of building atrium design: a case study for a sustainable and comfortable environment // Sustainability. 2023. Vol. 15. Issue 5. P. 4362. DOI: 10.3390/su15054362

21. Фам Тхи Хонг Тхам, Соловьев А.К., Корнеев С.С. A field study on effects of openings on thermal performance of natural cooling efficiency for atrium buildings // Вестник МГСУ. 2022. Т. 17. № 2. С. 149–158. URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=48167896 DOI: 10.22227/1997-0935.2022.2.149-158