室外風環(huán)境模擬分析報告

1、共享知識分享快樂通錦 .國際新城三期項目 (通錦 .國際嘉園 )1 號地塊室外風通風- 室外風環(huán)境模擬分析報告提供者：深圳市筑道建筑工程設計有限公司成都分公司卑微如螻蟻、堅強似大象共享知識分享快樂聲明：1、本報告無咨詢單位簽字蓋章無效；2、本報告涂改、復印均無效；3、本報告僅對本項目有效。項目名稱：通錦·國際新城三期項目(通錦·國際嘉園 )委托單位：深圳市筑道建筑工程設計有限公司成都分公司報告編寫人：校對人：審核人：項目負責人：批準人：報告編號：報告日期：2016年1月卑微如螻蟻、堅強似大象共享知識分享快樂目錄1模擬概述.21.1項目概況 .21.2氣候概況 .21.3風環(huán)

2、境影響 .31.4參考依據(jù) .31.5評價標準 .42分析流程.42.1評價方法 .42.2幾何模型 .52.3網(wǎng)格劃分 .62.4湍流模型 .72.5邊界條件 .82.6數(shù)學模型 .92.7求解方法 .102.8模擬工況 .103結(jié)果分析.113.1工況1（夏季工況） .113.2工況2（冬季工況） .144結(jié)論 .16卑微如螻蟻、堅強似大象共享知識分享快樂1 模擬概述1.1 項目概況1、工程名稱：通錦 ?國際新城三期項目2、建設單位：四川路橋通錦房地產(chǎn)開發(fā)有限公司3、建設用地：該項目位于四川省達州市，位于四川省東北部，重慶以北，是由原達川地區(qū)更名建立的一個地級市，總面積16591 平方千米

3、。達州市轄 1個市轄區(qū)、 5個縣、 1個縣級市，有大面積的園林，是四川省的人口大市、農(nóng)業(yè)大市、工業(yè)重鎮(zhèn)，素有著中國氣都和中國苧麻之鄉(xiāng)的“川東明珠”美譽。達州地理坐標為北緯30 o75-32o07，東經(jīng) 106 o94-108 o06，屬亞熱帶濕潤季風氣候類型，冬暖夏涼。達州地勢東北高，西南低，北部山體切割劇烈，山勢陡峭，形成中、低山地地貌單元；圖1 達州市通錦·國際新城三期項目總平面本項目位于達州中南部，地勢較為平緩，形成平等谷底地貌單元。1.2 氣候概況達州市屬亞熱帶濕潤季風氣候類型。由于地形復雜， 區(qū)域性氣候差異大。 海拔 800米以下的低山、丘陵、河谷地區(qū)氣候溫和，冬暖、春早、

4、夏熱、秋涼，四季分明，無霜期長；海拔 800 至 1000 米的低、中山氣候溫涼、陰濕，回春遲，夏日酷熱，秋涼早，冬寒長；海拔 1000 米以上的中山區(qū)，光熱資源不足，寒冷期較長，春寒和秋霜十分突卑微如螻蟻、堅強似大象共享知識分享快樂出。 達州市熱量資源豐富，雨熱同期，全年平均氣溫14.7 度 17.6 度之間，無霜期300 天左右。1.3 風環(huán)境影響建筑群和高大建筑物會顯著改變城市近地面層風場結(jié)構(gòu)。近地風的狀況與建筑物的外形、尺寸、建筑物之間的相對位置以及周圍地形地貌有著很復雜的關(guān)系。在有較強來流時，建筑物周圍某些地區(qū)會出現(xiàn)強風；如果這些強風區(qū)出現(xiàn)在建筑物入口、通道、露臺等行人頻繁活動的區(qū)域

5、，則可能使行人感到不舒適、甚至帶來傷害，形成惡劣的風環(huán)境問題。在一般的氣候條件下，他們直接影響著城市環(huán)境的小氣候和環(huán)境的舒適性；一旦遇到大風，這種影響往往會變成災害，使建筑外墻局部的玻璃幕墻、窗扇、雨棚等受到破壞，威脅著室內(nèi)外的安全。調(diào)查統(tǒng)計顯示：在建筑周圍行人區(qū)，若平均風速V>5 m/s 的出現(xiàn)頻率小于 10%，行人不會有什么抱怨（在10%大風情況下建筑周圍行人區(qū)風速小于5 m/s，即可認為建筑周圍行人區(qū)是舒適的）；頻率在10% 20%之間，抱怨將增多；頻率大于20%則應采取補救措施以減小風速。另外，行人在風速分布不均區(qū)域活動時，若在小于 2m的距離內(nèi)平均風速變化達 70%，即從低風速

6、區(qū)突然進入高風速區(qū)，人對風的適應能力將大減。因此在設計階段，應對建筑物的室外風環(huán)境做出評價，分析建筑之間位置關(guān)系對室外風環(huán)境的影響。 同時，室外風環(huán)境深刻影響建筑室內(nèi)風環(huán)境，特別對建筑防風與自然通風有著決定性影響。冬季建筑防風，有效減少氣流滲透，降低采暖能耗，而夏季與過渡季節(jié)的自然通風則能降低建筑空調(diào)能耗。自然通風主要有以下3 種作用：舒適通風、降溫通風、健康通風。通過通風增加人的舒適度，從而提高人體熱舒適感覺；通過建筑周圍氣流將建筑周邊以及房間里的熱量散發(fā)到空氣中去；同時通過通風，為室內(nèi)提供新鮮空氣，降低室內(nèi)二氧化碳濃度。建筑室外風環(huán)境模擬分析，主要考慮室外風場以及室外風環(huán)境對室內(nèi)環(huán)境影響兩

7、方面內(nèi)容。本報告綜合考慮風速、風壓兩個因素，對達州市通錦 . 國際新城三期項目 ( 通錦 . 國際嘉園 ) 及周邊的風環(huán)境進行分析評價， 并進一步為室內(nèi)自然通風適用與否以及舒適性分析提供參考數(shù)據(jù)。1.4 參考依據(jù)本項目主要參照資料為：綠色建筑評價標準GB/T 50378 2014建筑通風效果測試與評價標準JGJ/T 309 2013卑微如螻蟻、堅強似大象共享知識分享快樂綠色建筑評價技術(shù)細則委托方提供的達州市通錦·國際新城三期項目的總平面圖、建筑專業(yè)設計圖紙、設計效果圖等圖紙資料民用建筑設計通則GB 503522005 委托方提供的其他相關(guān)資料1.5 評價標準綠色建筑評價標準 GB/T

8、 50378-2014 中條對建筑的室外風環(huán)境狀況提出了明確的要求：場地內(nèi)風環(huán)境有利于室外行走、活動舒適和建筑的自然通風。評分規(guī)則如下：1 冬季典型風速和風向條件下評分規(guī)則：1） 建筑物周圍人行區(qū)風速低于 5m/s，且室外風速放大系數(shù)小于 2，得 2 分；2）除迎風第一排建筑外， 建筑迎風面與背風面表面風壓差不超過5Pa，再得1 分；2 過渡季、夏季典型風速和風向條件下：1） 場地內(nèi)人活動區(qū)不出現(xiàn)渦旋或無風區(qū)，得 2 分；2）50%以上可開啟外窗室內(nèi)外表面的風壓差大于0.5Pa，得 1 分。2 分析流程本報告主要對達州市通錦. 國際新城三期項目 ( 通錦 . 國際嘉園 ) 及周邊的風場分布狀況

9、及其對室內(nèi)通風的影響進行分析，驗證其是否滿足其是否達到第條一般項的相關(guān)要求。2.1 評價方法建筑通風效果的測評方法包括風洞實驗、模型試驗和數(shù)值模擬三種，分別針對室外和室內(nèi)兩部分。室外通風涉及的室外風場范圍非常大，采用前兩種方法的成本過高并且周期很長，可行性較差。模擬實驗是計算流體力學CFD（ComputationalFluidDynamics）在建筑通風模擬評價領(lǐng)域的應用，可以大大降低測試成本，縮減評價周期。本項目采用斯維爾 Vent2014軟件實現(xiàn)建筑室外風環(huán)境的數(shù)值模擬評價。斯維爾 Vent2014 軟件依據(jù) CFD基本求解原理和流程，緊貼綠色建筑評價標準GB/T 50378-2006 和

10、綠色建筑設計標準DB11/938-2012 對風速和風壓的要求，以及建筑通風效果測試與評價標準JGJ/T309-2013 標準對于模擬評價的要求； 并且軟件軟件構(gòu)建于 AutoCAD平臺，形成基于BIM技術(shù)并被 CFD計算核心識別的模擬模型。卑微如螻蟻、堅強似大象共享知識分享快樂同時，軟件根據(jù)建筑風環(huán)境模型的特征實現(xiàn)了“一鍵式”操作的智能化計算，涵蓋了模型處理、網(wǎng)格劃分和網(wǎng)格質(zhì)量判斷、模擬工況數(shù)據(jù)庫、計算參數(shù)設置、迭代求解控制、結(jié)果管理的整個流程。此外， Vent2014 通過實驗測試（參照權(quán)威的AIJ 風洞模擬數(shù)據(jù)），模擬值與實測值誤差小于 20%。綜上所述，本項目選擇采用Vent2014

11、軟件。2.2 幾何模型本報告根據(jù)委托方提供的建筑總平面圖以及其他相關(guān)資料建立達州市通錦. 國際新城三期項目 ( 通錦 . 國際嘉園 ) 的室外風環(huán)境模擬模型， 若由于委托方提供資料不實或方案變化而導致分析差錯，我方將不承擔責任。室外通風的幾何模型實際為包圍建筑群的風場范圍， 該風場范圍確定了計算區(qū)域，以下為本項目風場范圍創(chuàng)建。通過 Vent 模型觀察功能分析模型中包括達州市通錦 . 國際新城三期項目 ( 通錦 . 國際嘉園 ) 中建筑物的高度以及分布情況， 并通過建筑總平面圖分析建筑群整體尺寸，依據(jù)建筑通風效果測試與評價標準JGJ/T 3092013 對于室外風場尺寸的要求，軟件自動創(chuàng)建合適的

12、風場范圍。模型觀察及風場范圍分別如下圖所示：圖 2達州市通錦·國際新城三期模型觀察卑微如螻蟻、堅強似大象共享知識分享快樂圖 3 達州市通錦·國際新城三期風場范圍2.3 網(wǎng)格劃分網(wǎng)格參數(shù)對網(wǎng)格劃分的精度和效果起決定性作用。網(wǎng)格太密會導致計算速度下降并浪費計算資源；網(wǎng)格太疏導致計算精度不足結(jié)果不夠準確，合理的網(wǎng)格方案需要考慮對計算域中不同的部分采用不同的網(wǎng)格方案。Vent2014 充分考慮以下影響網(wǎng)格劃分和網(wǎng)格質(zhì)量的因素：建筑附近或者遠離建筑的區(qū)域：前者要求網(wǎng)格較密，后者網(wǎng)格密度可以適當減小；貼近地面的區(qū)域：網(wǎng)格需要加密以捕捉地面摩擦力對近地面層風場的影響；貼近建筑的區(qū)域：網(wǎng)格

13、需要加密以捕捉建筑表面摩擦力對靠近建筑表面風場的影響；有明顯局部特征的建筑物輪廓：如較大尺寸的尖角、凹槽、凸起，網(wǎng)格需要加密捕捉局部特征對風場的影響；卑微如螻蟻、堅強似大象共享知識分享快樂圖 4達州市通錦·國際新城三期1.5 米水平高度處網(wǎng)格全局圖圖 5達州市通錦·國際新城三期網(wǎng)格局部放大圖2.4 湍流模型湍流模型反映了流體流動的狀態(tài)，在流體力學數(shù)值模擬中，不同的流體流動應該選擇合適的湍流模型才會最大限度模擬出真實的流場數(shù)值。卑微如螻蟻、堅強似大象共享知識分享快樂Vent2014 依據(jù)建筑通風效果測試與評價標準JGJ/T 309 2013 推薦的 RNGk 湍流模型進行室外

14、流場計算。下表為幾種工程流體中常見的湍流模型適用性：表 1 常用湍流模型適用范圍常用湍流模型特點和適用工況standard k-簡單的工業(yè)流場和熱交換模擬，無較大壓力梯度、分離、強曲模型率流，適用于初始的參數(shù)研究適合包括快速應變的復雜剪切流、中等旋渦流動、局部轉(zhuǎn)捩流RNG k- 模型如邊界層分離、鈍體尾跡渦、大角度失速、房間通風、室外空氣流動realizable k-旋轉(zhuǎn)流動、強逆壓梯度的邊界層流動、流動分離和二次流，類 模型似于 RNG2.5 邊界條件邊界條件為進行數(shù)值模擬計算的必要條件，對于建筑風場，需要輸入風場的入口和出口邊界條件。入口邊界1) 入口風設置風場入口平均風速為風場計算的必要

15、邊界條件， Vent2014 依據(jù)民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范 GB50736-2012提供全國各地冬夏兩季的風速數(shù)據(jù)庫，過渡季節(jié)的風速要以當?shù)貧庀筚Y料作為參考。通錦 . 國際新城三期項目 ( 通錦 . 國際嘉園 ) 的入口風速參考數(shù)據(jù)庫中項目所在地達州的冬夏兩季氣象資料，并結(jié)合達州當?shù)剡^渡季節(jié)的氣象數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)見 2.7 章模擬工況。2) 梯度風由于隨著高度的增加，風速會增大，而且風速隨高度增大的規(guī)律還與地面粗糙度有關(guān)。 Vent2014 參考建筑通風效果測試與評價標準JGJ/T 3092013，采用指數(shù)函數(shù)梯度風。四類地貌（不同地面粗糙度）中平均風速隨高度變化的規(guī)律：zR z R式

16、中：、 z 任何一點的平均風速和高度；卑微如螻蟻、堅強似大象共享知識分享快樂R 、 z R 標準高度 z R 處的平均風速R 和標準高度值，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2001規(guī)定自然風場的標準高度取10m；地面粗糙度指數(shù)，其取值如下表；表 2不同類型地表面下的值與梯度風高度表地面類型適用區(qū)域指數(shù) nA近海海面、海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)0.12B田野鄉(xiāng)村、叢林、丘陵，房屋較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)0.16C密集建筑群的城市市區(qū)0.22D密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)0.303) 出流邊界條件建筑出流面上空氣流動按湍流充分發(fā)展考慮, 邊界條件按自由出口設定。2.6 數(shù)學模型CFD 方法是針對流

17、體流動的質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒建立數(shù)學控制方程，其一般形式如下表2 所示：divUdivgradSt該式中的 可以是速度、湍流動能、湍流耗散率以及溫度等。針對不同的方程，其具體表現(xiàn)形式如 表 。表 3計算流體力學的控制方程名稱變量S連續(xù)性100方程ux 速度PuvwefftxeffyeffzeffxxxxPuvvwy 速度efftxeffyyeffyzywPuvz 速度efftxeffzyeffzzz湍流kk effGkG B動能2湍流effC1GkC 3GBC 2R耗散kkTt溫度PrSTT表 中的常數(shù)如下：卑微如螻蟻、堅強似大象effeffywzg共享知識分享快樂21u jutTk2

18、Gkt S ， S2Sij Sij ， Siji， G BT gC，2 xix j，tTyC0.0845 ， C11.42 ， C21.68 ， C3v，0.85 ，0.7 ，tanhw 2TCu 21.39290.63210.3679k由2.3929計算1.39292.392900eff其中01.0。如果eff ，則k1.393C31/02R， 其中Sk /，0 4.38 ，0.01213k2.7 求解方法算法說明目前 CFD計算方法方法主要采用有限差分法和有限體積法。一般情況下，兩者的數(shù)學本質(zhì)及其表達是相同的，只是物理含義有所區(qū)別，有限差分基于微分的思想，有限體積基于物理守恒的原理。Ven

19、t2014 軟件采用有限體積法， 同時采用壓強校正法 （SIMPLE）處理連續(xù)性方程，將運動方程的差分方程代入連續(xù)性方程建立起基于連續(xù)性方程代數(shù)離散的壓強聯(lián)系方程，求解壓強量或壓強調(diào)整量。差分格式CFD計算需要將 CFD數(shù)學模型中的高度非線性的方程離散為可用于求解的方程，這個過程需要用到差分方法。Vent2014 采用二階迎風格式對方程進行離散，二階迎風格式的準確性可滿足一般流體模擬計算的要求，同時滿足建筑通風效果測試與評價標準JGJ/T 309 2013對于數(shù)值模擬算法的要求。2.8 模擬工況本報告根據(jù)達州市全年的氣象參數(shù)確定典型的夏季和冬季工況，各工況的具體風向及風速設置如表3 所示。表

20、4模擬的工況工況季節(jié)主導風向平均風速（m/s）工況 1夏季典型工況SE（南偏東 22.5）2.4工況 2冬季典型工況NE（北偏西 22.5 °）1.9卑微如螻蟻、堅強似大象共享知識分享快樂其中工況 1 、3、4 主要分析在主導風向條件下通錦. 國際新城三期項目 ( 通錦 . 國際嘉園 ) 周圍風環(huán)境及建筑前后壓差是否有利于自然通風；工況2 主要分析在冬季主導風速的情況下通錦 . 國際新城三期項目 ( 通錦 . 國際嘉園 ) 周圍風環(huán)境及防風狀況。3 結(jié)果分析3.1 工況 1 （夏季工況）模擬夏季平均風速情況下的建筑周邊流場分布狀況時，設定風向為SE（南偏東22.5 ），風速為 2.4

21、m/s 。1)1.5 米高度處風速矢量圖圖 6-1 人行高度處風速矢量圖解析：圖 6 為夏季風向為 SE的情況下人行高度處風速矢量分布圖，可以看出：人行高度主要活動區(qū)域通風流暢，周圍沒有形成較大的渦流區(qū)域。2) 風速云圖卑微如螻蟻、堅強似大象共享知識分享快樂圖7 人行高度處風速云圖解析：圖 7 為夏季風向為 SE的情況下人行高度處風速云圖，等值線間距約為0.208m/s 。可以看出：人行高度處的風速基本都處于合理的范圍之內(nèi)，風速分布在0.25m/s3.25m/s 之間，弱風區(qū)較少，非常適合人們在室外進行活動。3) 建筑前后壓差圖 8-1 建筑表面迎風面壓力分布卑微如螻蟻、堅強似大象共享知識分享

22、快樂圖 8-2 建筑表面背風面壓力分布圖 91.5米水平面風壓云圖卑微如螻蟻、堅強似大象共享知識分享快樂解析：圖 8-1 和圖 8-2 分別為夏季風向為SE的情況下建筑表面迎風側(cè)和背風側(cè)壓力分布圖，圖 9 為 1.5 米水平面風壓云圖?？梢钥闯觯河L側(cè)高層建筑前后表面靜壓差均在 5pa 以上，有利于夏季室內(nèi)自然通風。3.2 工況 2 （冬季工況）模擬冬季平均風速情況下的建筑周邊流場分布狀況時，設定風向為NE（北偏西22.5 °），風速為1.9m/s 。1) 風速矢量圖圖 10-1 人行高度處風速矢量圖解析：圖 10 為冬季風向為 NE的情況下人行高度處風速矢量分布圖，可以看出：人行高度通風流暢，冬季風環(huán)境較好，風速分布在5m/s 以下，滿足標準要求，不會對人體舒適度產(chǎn)生影響。2) 風速云圖卑微如螻蟻、堅強