摘要
风驱雨(Wind-driven rain, WDR)对建筑外墙的热湿性能、耐久性以及建筑能耗的计算精度有显著影响。既往建筑能耗预测研究往往忽略WDR的湿源，或者仅采用固定的风驱雨吸收因子，无法描述不同降雨情景下建筑外边界的雨水浸润过程。因此，本研究旨在利用基于现场实测得到的WDR吸收率经验模型，研究动态WDR边界条件下外墙的热湿耦合传递过程。建立的热湿耦合传递模型通过了HAMSTAD数据集的验证。研究结果表明，采用动态WDR边界计算的墙体总WDR通量低于采用固定吸收因子结果，并且在WDR量大的朝向差异更明显。与瞬态传热模型相比，伴随动态风驱雨边界的热湿耦合模型计算的冷、热负荷分别增加了17.6%和16.2%。动态风驱雨边界条件能提供更准确的外表面湿通量，从而获得多风多雨地区更准确的外墙冷热负荷，计算方法可为工程中围护结构的热工设计与HVAC系统的负荷计算提供更准确的依据。
关键词：风驱雨、建筑外墙、热湿模型、瞬态模拟、冷热负荷
在目前广泛应用的一些建筑能源计算软件中（比如EnergyPlus，DeST）,建筑围护结构的负荷计算仍然采用的瞬态传热模型，忽略了湿传递。一些针对围护结构中热湿耦合传递计算的软件（如德国弗劳恩霍夫建筑物理研究所开发的WUFI pro，德国德累斯顿工业大学研发的DELPHIN）被开发出来后，可进行更为准确的热湿性能计算。然而因为降雨时风速风向、降雨量的多变性，建筑外墙表面材料的多样性，使得上述软件均做了简化处理，将墙体对雨水的吸收率设定成固定值，这与变化的降雨过程中多孔建筑材料的实际吸水特性不符。因此，本研究使用了基于现场实测的WDR吸收率经验公式作为建筑外墙的WDR边界条件进行热湿耦合传递的数值模拟，并将计算的结果与瞬态传热模型(TH)和采用恒定WDR吸收率的热湿耦合模型的结果进行对比。
（1）建立并验证建筑外墙的热湿耦合传递模型与动态风驱雨边界条件
(2) 以典型外墙构造为研究对象，进行全年墙体内热湿性能模拟
(3) 对比不同模型计算结果的差异
多孔建筑材料中多相湿分迁移带来的热湿耦合变动是不可忽略的。在这项研究中，首先建立了考虑动态WDR吸收率的热湿耦合传递模型，然后采用瞬态传热模型和热湿耦合模型在上海典型年的气象条件下对同一种构造的墙体进行了数值计算。研究结果表明WDR吸收率的设置方式对墙体的热湿性能与负荷计算有显著的影响，现有的建筑性能仿真计算应考虑降雨湿源，并应将动态的WDR吸收率模型纳入边界输入条件之中。全面考虑建筑围护结构的外边界湿源有助于更准确地评价其热湿性能，同时也能为建筑运行期间的能耗与碳排放预测提供更可靠的结果。
作者
Xing Hu1, Huibo Zhang1*, Hui Yu1
1 School of Design, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China
论文的第一作者是上海交通大学设计学院硕士生胡星，通讯作者为上海交通大学设计学院教授张会波，共同作者为课题组在读博士生余辉。
Hu X, Zhang H, Yu H (2024). Numerical simulation study on the hygrothermal performance of building exterior walls under dynamic wind-driven rain condition. Building Simulation, 17: 207-221.
https://doi.org/10.1007/s12273-023-1076-3
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动态风驱雨条件下建筑外墙的热湿耦合传递数值模拟研究
期刊介绍
Building Simulation 2008年创刊，是世界上第一本有关建筑模拟领域最新研究成果的英文学术期刊，跨多种学科领域，涉及建筑技术、土木工程、建筑学、环境工程、能源及动力工程等，致力于为中外同行提供一个高水平的学术交流平台。被SCI、EI Compendex、Scopus、CSCD等数据库收录。2024年SCI影响因子6.1，在JCR两个学科领域均位于Q1区；位于中科院期刊分区，工程技术类1区。
