[论文分享]Impact of semi-empirical methods implemented in heat, air, and moisture (HAM) models on predicted wind-driven rain (WDR) loads and hygrothermal responses
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📃 基本信息
[论文名称]《热湿气耦合(HAM)模拟采用半经验法对风驱雨(WDR)负荷和热湿性能预测的影响》
[期刊信息]Building and Environment (2024) | 作者: Xinyuan Dang, Evy Vereecken, Hans Janssen, Staf Roels
📌 一句话概括
本研究评估了HAM模型中风驱雨半经验方法的实施差异，以验证其对建筑围护结构风驱雨荷载及湿热响应预测的可靠性。
📚 深度总结
本研究旨在深入探讨热湿气耦合（HAM）模型中半经验方法应用于风驱雨（WDR）荷载计算时，因特定假设和简化而产生的模型间差异，及其对建筑围护结构湿热响应预测的影响。风驱雨作为影响建筑耐久性和可持续性的关键环境因素，其评估的准确性至关重要。
论文开篇回顾了风驱雨对建筑部件性能退化的深远影响，包括生物生长、盐析、冻害、木材腐朽、金属腐蚀等结构劣化，以及因材料受潮导致的隔热性能下降和室内霉菌滋生等健康问题。随后，文章指出了影响风驱雨荷载的三组关键因素：气象因素（风速、降雨强度、雨滴大小）、空间和地形因素（建筑方位、倾斜度、尺寸、高度、障碍物和遮蔽物）以及材料相关因素（表面亲疏水性、粗糙度、微观结构、吸湿性能）。
研究的核心在于对半经验方法计算风驱雨荷载可靠度的评估。作者强调，半经验方法在HAM模型中的实施存在固有的不确定性，特定的简化可能导致低估或高估。这些方法中的一些假设甚至受到质疑或已被证伪，其准确性高度依赖于建筑几何形状、天气条件和材料类型，导致结论具有案例依赖性甚至相互矛盾。尤其重要的是，将这些半经验方法嵌入HAM模型时的额外不确定性及其对湿热响应预测的影响，在现有研究中受到关注不足，并且缺乏全面的全尺度实验数据集进行验证。
本研究分两阶段进行：
第一阶段，研究人员利用比利时鲁汶和荷兰埃因霍温的两个全尺度实验数据集，对WUFI（采用ASHRAE 160标准）和DELPHIN（采用ISO 15927-3标准）两种HAM模型中的三种半经验方法所预测的WDR荷载进行了复现与比较。结果表明，两个模型大致重现了原始计算公式，但由于算法差异、实施细节以及天气和建筑条件的独特性，模拟的WDR荷载与实测数据在趋势上相似，但在数值上存在一定的偏差。DELPHIN在鲁汶案例中提供了更接近实测的累积WDR荷载，而WUFI和DELPHIN在埃因霍温案例中均显著高估了累积WDR荷载。
第二阶段，将第一阶段计算及实测获得的WDR荷载作为边界条件，施加到欧盟HAMSTAD项目基准案例4的“响应分析”墙体模型上，深入分析了不同WDR荷载情景对墙体湿热响应（包括水分含量、热损失、霉菌生长风险和冻害风险）的影响。结果显示，WDR荷载的差异导致了湿热响应在不同程度上的偏差。研究强调，判断模型有效性不能仅依赖年度累积WDR荷载，关键时刻的瞬时差异及其对湿热响应预测的影响同样值得关注，因为即使年度累计值“准确”，瞬时WDR荷载的显著差异仍可能导致湿热响应的显著偏离。
作为欧盟HAMSTAD和IEA Annex24项目的延伸，本研究系统地验证了主流HAM模型的稳健性、可靠性和准确性，是其博士研究第二部分（分析边界条件在模型中赋值/嵌入上的假设、简化和近似对建筑构件湿热响应计算结果影响）的阶段性成果。论文最后呼吁，所有不确定性都需要通过交叉验证来检验，并通过共享全尺度实验数据来促进对建成环境中复杂相互作用的深入理解。
本速览仅作研究参考，不替代原文阅读。如需引用，请参考原论文。
🔍 要点追溯
- 研究方法: 全尺寸实验数据集验证、HAM模型（WUFI和DELPHIN）模拟、多指标湿热响应分析
- 适用范围: 建筑围护结构的风驱雨荷载评估和湿热性能分析
- 使用工具: WUFI PRO 6.6, DELPHIN 6.1
- 数据来源: 比利时鲁汶KU Leuven VLIET测试建筑（2019年1月-12月）及荷兰埃因霍温科技大学主楼（1998年9月-1999年9月）实测气象与湿热数据
- 参考标准: ISO 15927-3:2009 (ISO-method), ASHRAE 160:2016 (ASHRAE-method)