1、大空间建筑热环境设计及其计算方法

大空间建筑室内热环境温度分层现象显著，掌握其特性对热环境设计以及空调负荷计算意义重大。长期以来，大空间建筑室内空气温度与壁面温度都是分别孤立求解。研究团队经过近20年的研究，利用并发展了日本求解空气温度的BLOCK模型和美国求解壁面温度的GEBHART模型，建立了BLOCK-GEBHART（B-G）模型，同步求解大空间垂直温度分布与垂直壁面温度，这一模型经盐水模型实验、气态缩尺模型实验、大空间热环境实验基地在有热源、有排风情况下进行了验证，B-G模型的空气温度与壁面温度解析解为大空间建筑室内热环境设计与分层空调负荷计算提供了有力的基础。

2、大空间建筑分层空调负荷计算方法

对于以满足人员活动区舒适性为目的的大空间建筑，常采用分层空调方式达到人员活动区的室内热环境要求。但传统的分层空调负荷计算方法存在着不科学、经验取值依据不足等诸多问题。研究团队经过几年的理论研究和实验研究，基于室内热环境B-G模型的解析解，建立了大空间分层空调负荷在喷嘴送风与下送风两种情况下的负荷计算方法，提出了计算所需的相关线算图。该方法已经在实际大空间建筑中得到验证。

3、大空间建筑基于热源羽流的喷嘴送风气流组织设计方法

大空间建筑气流组织设计是决定室内热环境优劣的重要因素之一。常规方法不考虑室内热源羽流作用时射流偏离问题。研究团队通过理论研究与实验研究获得在热源羽流作用下的气流组织设计用系列轨迹方程，利用此轨迹方程可更准确地设计气流组织，以达到符合要求的室内热环境，研究团队提出了基于热源作用下的喷嘴送风气流组织设计方法。

以两股不等热源作用下空调水平射流无因次轨迹方程为例：

4、大空间建筑大跨度射流接力设计方法

大空间建筑分层空调分层面越低，空调能耗越少，但此时送风射程受限，冷风抵达区域越小。大空间建筑大跨度射流接力设计方法是利用二次接力设备接力一次送风射流使射流抵达区域增加的一种新型气流组织。理论研究和实验研究结果表明，这种射流接力方法可使室内环境均匀化提高，冷风感下降，适合大跨度室内热环境均匀性的要求。研究团队通过理论和实验研究获得从室内环境需求出发，进而获得室内二次接力设备配置的设计方法。

5、可模拟大空间建筑多种气流组织下热环境的液态缩尺模型实验平台

图示盐水实验台为大空间建筑多种气流组织液态缩尺模型试验平台。该试验台通过安装各种风口配件，可模拟常见的喷嘴侧送下回、柱状下送中回等多种气流形式下的建筑室内热环境，图中环境水箱可模拟地面、墙面、屋面不同负荷下的大空间建筑室内热环境。实验平台通过测量不同区域的盐水浓度获得气流温度分布，利用PIV粒子图像测速技术可获得速度场，即速度场和温度场可定量化计量，同时实验平台还可实现气流运动可视化。整个实验台盐水浓度可通过设定自动配备，系统所有盐水泵、清水泵采用变频控制。利用此实验平台可探究大空间建筑在不同气流组织下热环境状态。实验平台经专家鉴定达到国际先进水平。

6、大尺度PIV气流速度场测试装置

PIV粒子图像测速技术一般用于小尺度流场测定，研究团队研发了大尺度PIV气流速度测试装置，利用电导轨对PIV片光源和相机实现精确定位，实现室内测量无人化操作，对室内空间流场关键区域精细测量和全场流动拼接技术，将测定范围扩大至1.2m×2.2m。下图是在气态缩尺模型实验中拍得由20幅和18幅图拼接的速度场。

7、全年自然通风及机械通风利用节能方案设计

大空间建筑高度高，室内发热量大，将导致热压增加，利用建筑下部门窗和上部排烟窗等孔口使用自然通风或机械通风方法排除室内负荷；对于一般建筑利用空调系统进行全年新风自然冷源利用，以减少空调开机时间，降低空调能耗。由于自然通风或机械通风排热量大小取决于室外空气温度，由于建筑一年所处的气温不同，可利用的自然通风或机械通风排热量也有所不同。为此依据全年不同气温，获取最大化的自然通风或机械通风利用方案，减少空调开机时间，降低空调能耗是自然通风或机械通风利用关键。科研团队利用多项工程自然通风或机械通风技术应用，总结了大空间建筑全年自然通风或机械通风利用方案的设计方法，以实现建筑运行中最大化的利用自然通风或机械通风排除室内热量。