全球和欧洲的年平均近地表温度有所上升，过去八年被认定为有记录以来最温暖的时期[1]。这种温度上升导致了热浪事件，而这些事件几乎是气候相关死亡事件的唯一原因[2]。根据欧洲环境署[2]的说法，预计将增加使用能耗较高的主动冷却系统（如空调）来应对室内不适的温度。
此外，欧洲的现有建筑群面临着翻新大量现有建筑的必要性。尽管翻新可以提高许多建筑的韧性，但由于对太阳能、内部热量增益和通风策略考虑不足，翻新也可能进一步加剧过热问题[3]。基于这一担忧，欧洲环境署[2]建议采取若干措施，包括在夜间和白天利用自然通风，因为这种方法有效、成本低且对环境的影响最小。然而，在住宅建筑中，通常依靠手动开窗实现自然通风，这引发了关于不希望的入侵、雨水和噪音的担忧[2,4,5]。
为了解决这些问题，建议使用导流组件，如百叶窗或格栅，因为它们可以防止不希望的入侵和雨水，同时还能改善声学性能[6]。这些改进使居住者能够将自然通风时间延长到夜间、无人时段和非理想天气条件。特别针对百叶窗元件，明确其定义至关重要，因为其术语可能存在歧义。本研究关注的是专为通风和防止外部环境影响而设计的元件，其特征是具有固定叶片，类似于Lukou等人[7]和Roostaee等人[8]所描述的类型。其他研究则探讨了百叶窗用于不同目的的应用，例如遮阳、防眩光或隔音[[9],[10],[11]]。它们通常由不同材料（如木材或金属）制成的多个叶片组成，形状和尺寸各异，并安装在开口前方或内部。
以往使用计算流体动力学（CFD）模拟或实验研究开口内或前方的百叶窗元件的研究主要集中在几何形状简单的系统上[[12],[13],[14],[15]]。这些研究的关键考虑因素包括叶片间距、叶片深度和角度，其中矩形叶片（边缘锋利）是最常用的几何形状[[12],[13],[14],[16]]。有一项研究使用了边缘圆润的叶片[17]，另一项研究则使用椭圆形叶片进行实验，并验证了单房间CFD模型。然而，该研究随后又使用矩形叶片来研究百叶窗对多层建筑风驱动交叉通风的影响[18]。Kang和Lee[15]通过实验和CFD研究了叶片形状对大型工厂建筑自然通风的影响，测试了三种不同形状和排数叶片的效果。他们发现，当外排叶片垂直于墙壁、内排叶片与墙壁成70°角时，流速得到了有效提高。这归因于外排叶片与来流方向的对齐以及内排叶片对气流向房间内的引导作用。除了形状外，叶片尺寸在不同研究中也有很大差异，厚度范围从0.25毫米（某些CFD研究使用了“零厚度”选项）到10毫米不等，深度则在26毫米到3000毫米之间。尽管有这些研究，但目前仍不确定简单的百叶窗几何形状是否足以准确解释复杂百叶窗几何形状所需的流动特性。Bielek等人[19]研究了自然通风双层立面中空气入口的最佳设计，从空气动力学和流体动力学行为的角度进行了实验比较，比较了五种不同的百叶窗变体。这些百叶窗在形状、位置和整体几何结构上有所不同，同时也考虑了实际建筑中使用的几何结构。利用CFD和大型雨室，他们发现即使是很小的百叶窗特性也会显著影响走廊形状双层立面的空气动力学和流体动力学行为。
O'Sullivan和Kolokotroni[20]在一项实地研究中使用了更复杂的百叶窗几何形状，比较了两种带有三个普通开口的百叶窗配置。对于这种几何形状，没有进行CFD模拟来研究气流特性和局部热舒适度。另一项研究使用CFD研究了复杂的百叶窗，重点关注空气排放系数和防雨效果。尽管这种几何形状提供了防雨和防入侵保护，但作者仅根据Nakanishi等人[21]的数据验证了他们的整体建模方法，而Nakanishi的研究对象是简单矩形形状的百叶窗，而非本研究中使用的特定CFD模型。
尽管有大量关于百叶窗叶片间距、角度和形状的研究，现有的CFD模型主要局限于简化几何形状。迄今为止，还没有研究根据全尺寸实验数据验证复杂百叶窗几何形状的CFD模型，也没有系统地测试这些模型预测热舒适度的适用性。鉴于住宅建筑需要可靠、低成本和可持续的通风策略，这是一个关键的知识空白。
使用CFD模拟研究百叶窗元件的另一个挑战是需要细网格来解析细微特征。与它们通常所处的环境（例如城市规模的整体建筑）相比，这显著增加了网格单元数量，从而也增加了计算成本。降低计算成本的策略可以应用多孔介质模型（常用于城市模拟[22]）或牲畜建筑中的格栅地板[23]。关于百叶窗，Ooi等人[24]研究了用多孔介质模型替代单排百叶窗几何形状的应用。虽然替代百叶窗元件在简单模拟中显示出有希望的结果，但在复杂建筑模拟中，压力降的平均误差为17%，速度误差为38%。作者认为这种偏差在城市规模模拟中是可以接受的，因为网格单元数量较多，从而减少了计算工作量[24]。此外，Teng等人[25]将经过验证的多孔介质模型应用于高层建筑立面的百叶窗，并通过改变孔隙率研究了不同角度的影响。Xu等人[26]提出的压力-速度跳跃方法也是一种替代多孔介质模型的方法，也为CFD中多孔结构的建模提供了可靠的框架。尽管压力-速度跳跃方法在概念上很有意义，但由于实际模拟环境的限制，我们没有采用它。因此，我们选择了求解器原生支持的集成建模方法。
然而，目前仍不确定装有百叶窗元件的房间内的流动模式是否足够相似，以便准确评估温度分布和气流速率等热舒适度参数。此外，也不清楚多孔介质模型是否能够充分表示多排百叶窗系统的复杂几何形状，因为这些形状往往会导致流动方向的显著变化。
本研究首次通过实验验证了专为通风和防止不希望的入侵及雨水而设计的复杂、实际的多功能百叶窗几何形状的CFD模型。其新颖之处在于对复杂百叶窗元件的实验测量和CFD建模，而以往的研究仅关注简单或理想化的百叶窗配置。进行了大规模实验，测试了多种空气交换率（ACH）和热源配置的组合。这些结果进一步用于验证相同百叶窗元件的CFD模型。此外，本研究还对湍流模型和辐射建模进行了系统评估，研究了几何简化的影响，并提出了一种能够在真实场景下可靠预测室内舒适度的稳健建模策略。
通过填补实验验证与复杂百叶窗几何形状CFD建模之间的空白，本研究推进了自然通风研究的最新进展。它建立在Bugenings等人[27]之前提出的建模策略基础上，并对其进行了显著扩展，为设计节能和气候适应性建筑提供了新的见解。
