随着城市化步伐的加快,高大空间已然成为民用场合特别是公共建筑中最重要的空间组织形式之一。但是,高大空间通高、体量大,内部空气流动过程复杂、热环境动态不均。在研究数据不足和研究手段不尽成熟的情况下,特别是面对热舒适性和建筑节能更高的要求,当前设计难以做到因时、因地制宜。区域模型能够作为宏观节点模型和微观计算流体力学模型（Computational fluid dynamics,CFD）的过渡方法,有效平衡计算效率和模拟精度,但是其模拟能力仍然不足,需要针对高大空间进一步挖掘应用潜力,特别是进行气流与能耗的耦合分析。因此,本课题以民用建筑高大空间为研究对象,采用现场实测、模型实验与区域模型相结合的研究方法,完善高大空间室内热环境理论,发展建筑微气候与能耗的辅助分析手段。首先,选取严寒地区典型中庭进行现场实测,总结高大空间室内环境的时空变化特征及其影响因素。于冬、夏季在中庭三维空间内布置大量温度测点,并主要采用动态能量平衡方法分析复杂气密性和建筑布局下逐时的无组织渗风规律。结果表明,即使在严寒地区,在夏季天窗透过太阳辐射的影响下,中庭内具有显著的热不均匀性,且顶部空间存在过热现象。冬季中庭采用地板采暖系统,室内环境较为均匀稳定,该气候区封闭式中庭总渗风量小于常规建筑,但相应耗热量却不容忽视。其次,通过缩尺模型实验分析高大空间热分层环境下的通风规律。参考实测研究的建筑原型和环境参数,综合考虑太阳辐射、室内热扰、围护结构传热等重要影响因素,根据相似理论还原高大空间整体的热分层环境,并且结合代表性点的分布式测试和整场可视化的粒子图像测速技术（Particle image velocimetry,PIV）进行测量。实验发现,多重热源热羽流和通风射流相互干扰,导致室内流场发生变形、能量重新分配。屋顶下附近存在一温度很高的浮力空气薄层,其对高大空间热分层和拔风起到重要作用。第三,在平衡计算精度和效率的情况下,构建高大空间动态区域模型计算体系。在高大空间内构建流体区域网络,采用简化的动量方程,引入流动路径长度、特征速度、表观粘度系数、热流量传输系数,从而对空气参数分布不均及沿程动能保留、转化与耗散的复杂流动现象进行求解。通过对前期测试和实验结果的理论分析,该计算模型拓展了高大空间中自然通风、自然渗风、机械通风、温度反馈耦合解析的模块,提高了模拟的可靠性和适用性。在此基础上,提出适用于该区域模型的耦合式算法,求解模型中速度-压力耦合问题,并采用线性化处理和能量泛函计算方法,对该病态问题正则化,从而保证计算效率和鲁棒性。第四,基于现场实测、缩尺模型PIV实验和CFD模拟,对复杂热边界条件下的自然对流、自然渗风、自然通风和机械通风四个工况,从计算精度和效率两个方面,展开高大空间室内热环境动态区域模型的校验与适应性分析。以及根据热分层流动和能量迁移规律,研究分析了高大空间区域模拟中的表观粘度系数、热流量传输系数、热分层边界条件、自适应区域划分策略。该评估方法与结果对今后高大空间的模拟工作具有良好的借鉴意义,尤其是PIV流动数据集为区域模型的特点分析提供了重要依据。最后,基于高大空间室内热环境动态区域模型,并结合De ST软件的建筑能耗动态计算模型,对存在双尺度流动和传热的整个高大空间建筑进行长期动态的联合仿真。前者对高大空间热状况进行细致的计算,后者则着眼于周围常规房间,并为前者提供必要的建筑模型和边界条件。模型耦合采用主控模式,海量数据通过FMI/FMU接口进行交换,并实行时序耦合迭代机制。并且将该耦合模型应用于寒冷地区办公中庭和夏热冬暖地区地下大型综合交通枢纽中,模拟动态不均的建筑能耗和优化分层空调方案。综上所述,本课题针对民用建筑高大空间,结合现场实测与缩尺模型PIV实验,总结分析了室内热环境动态不均的特征及其影响因素。在保证计算精度和模拟效率的前提下,构建了高大空间动态区域模型计算体系,并将其与建筑能耗全年动态计算模型相耦合。从而为优化室内环境、提高生活质量、及实现社会可持续发展,提供一定的理论指导和技术支撑。