室外風(fēng)環(huán)境模擬分析報告(共19頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上 通錦.國際新城三期項目(通錦.國際嘉園)1號地塊室外風(fēng)通風(fēng)-室外風(fēng)環(huán)境模擬分析報告 提供者：深圳市筑道建筑工程設(shè)計有限公司成都分公司 聲明：1、本報告無咨詢單位簽字蓋章無效；2、本報告涂改、復(fù)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(shè)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(zé)人： 批 準 人： 報告編號： 報告日期： 2016年1月 專心-專注-專業(yè)目錄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(shè)單位：四川路橋通錦房

2、地產(chǎn)開發(fā)有限公司3、建設(shè)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。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(biāo)為北緯30 º75-32 º07，東經(jīng)106 º94-108 º06，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)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

3、為平緩，形成平等 谷底地貌單元。1.2 氣候概況達州市屬濕潤季風(fēng)氣候類型。由于地形復(fù)雜，區(qū)域性氣候差異大。海拔800米以下的、地區(qū)氣候溫和，、夏熱、，四季分明，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(fēng)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(fēng)場結(jié)構(gòu)。近地風(fēng)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(fù)雜的關(guān)系。在有較強來流時，建筑物周圍某些地區(qū)

4、會出現(xiàn)強風(fēng)；如果這些強風(fēng)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，則可能使行人感到不舒適、甚至帶來傷害，形成惡劣的風(fēng)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(fēng)，這種影響往往會變成災(zāi)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(fēng)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(fēng)情況下建筑周圍行人區(qū)風(fēng)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(yīng)采取補救措施以減小風(fēng)速。另外，行人在風(fēng)速分布不均

5、區(qū)域活動時，若在小于2m的距離內(nèi)平均風(fēng)速變化達70%，即從低風(fēng)速區(qū)突然進入高風(fēng)速區(qū)，人對風(fēng)的適應(yīng)能力將大減。因此在設(shè)計階段，應(yīng)對建筑物的室外風(fēng)環(huán)境做出評價，分析建筑之間位置關(guān)系對室外風(fēng)環(huán)境的影響。 同時，室外風(fēng)環(huán)境深刻影響建筑室內(nèi)風(fēng)環(huán)境，特別對建筑防風(fēng)與自然通風(fēng)有著決定性影響。冬季建筑防風(fēng)，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(fēng)則能降低建筑空調(diào)能耗。自然通風(fēng)主要有以下 3 種作用：舒適通風(fēng)、降溫通風(fēng)、健康通風(fēng)。通過通風(fēng)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(fēng)，為室內(nèi)提供新鮮空氣，降低室內(nèi)二氧化碳濃度。建筑

6、室外風(fēng)環(huán)境模擬分析，主要考慮室外風(fēng)場以及室外風(fēng)環(huán)境對室內(nèi)環(huán)境影響兩方面內(nèi)容。本報告綜合考慮風(fēng)速、風(fēng)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(fēng)環(huán)境進行分析評價，并進一步為室內(nèi)自然通風(fēng)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(biāo)準GB/T 503782014建筑通風(fēng)效果測試與評價標(biāo)準JGJ/T 3092013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(shè)計圖紙、設(shè)計效果圖等圖紙資料民用建筑設(shè)計通則GB 503522005 委托方提供的其他相關(guān)資料1.5 評價標(biāo)準綠色建筑評價標(biāo)準GB

7、/T 50378-2014中4.2.6條對建筑的室外風(fēng)環(huán)境狀況提出了明確的要求：4.2.6 場地內(nèi)風(fēng)環(huán)境有利于室外行走、活動舒適和建筑的自然通風(fēng)。評分規(guī)則如下：1 冬季典型風(fēng)速和風(fēng)向條件下評分規(guī)則：1） 建筑物周圍人行區(qū)風(fēng)速低于5m/s，且室外風(fēng)速放大系數(shù)小于2，得2分；2） 除迎風(fēng)第一排建筑外，建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面表面風(fēng)壓差不超過5Pa，再得1分；2 過渡季、夏季典型風(fēng)速和風(fēng)向條件下：1） 場地內(nèi)人活動區(qū)不出現(xiàn)渦旋或無風(fēng)區(qū)，得2分；2） 50%以上可開啟外窗室內(nèi)外表面的風(fēng)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(fēng)場分布狀況及其對

8、室內(nèi)通風(fēng)的影響進行分析，驗證其是否滿足其是否達到第 4.2.6 條一般項的相關(guān)要求。2.1 評價方法建筑通風(fēng)效果的測評方法包括風(fēng)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(fēng)涉及的室外風(fēng)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(xué)CFD（Computational Fluid Dynamics）在建筑通風(fēng)模擬評價領(lǐng)域的應(yīng)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(fēng)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(biāo)準GB/T 50378-2006

9、和綠色建筑設(shè)計標(biāo)準DB11/938-2012對風(fēng)速和風(fēng)壓的要求，以及建筑通風(fēng)效果測試與評價標(biāo)準JGJ/T309-2013標(biāo)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。同時，軟件根據(jù)建筑風(fēng)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(shè)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(fēng)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

10、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(fēng)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(dǎo)致分析差錯，我方將不承擔(dān)責(zé)任。室外通風(fēng)的幾何模型實際為包圍建筑群的風(fēng)場范圍，該風(fēng)場范圍確定了計算區(qū)域，以下為本項目風(fēng)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(fēng)效果測試與評價標(biāo)準JGJ/T 3092013對于室外風(fēng)場尺寸的要求，軟件自動創(chuàng)建合適的風(fēng)場范圍。模型觀察及風(fēng)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圖3

11、達州市通錦·國際新城三期風(fēng)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(dǎo)致計算速度下降并浪費計算資源；網(wǎng)格太疏導(dǎo)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：l 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(dāng)減小；l 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(fēng)場的影響；l 貼近建筑的區(qū)域：網(wǎng)格需要加密以捕捉建筑表面摩擦力對靠近建筑表面風(fēng)場的影響；l 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

12、捕捉局部特征對風(fēng)場的影響； 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(xué)數(shù)值模擬中，不同的流體流動應(yīng)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。 Vent2014依據(jù)建筑通風(fēng)效果測試與評價標(biāo)準JGJ/T 3092013推薦的RNG k湍流模型進行室外流場計算。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- 模型簡單的工業(yè)流場和熱交換模擬，無較大壓力梯度、分離、強曲率流，適用于

13、初始的參數(shù)研究RNG k-模型適合包括快速應(yīng)變的復(fù)雜剪切流、中等旋渦流動、局部轉(zhuǎn)捩流如邊界層分離、鈍體尾跡渦、大角度失速、房間通風(fēng)、室外空氣流動realizable k- 模型旋轉(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(fēng)場，需要輸入風(fēng)場的入口和出口邊界條件。 2.5.1 入口邊界1)入口風(fēng)設(shè)置風(fēng)場入口平均風(fēng)速為風(fēng)場計算的必要邊界條件，Vent2014依據(jù)民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范GB50736-2012提供全國各地冬夏兩季的風(fēng)速數(shù)據(jù)庫，過渡季節(jié)的風(fēng)速要以當(dāng)?shù)貧庀筚Y料作為參考。通錦.國際新城三期項目(通錦

14、.國際嘉園)的入口風(fēng)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(dāng)?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(fēng)由于隨著高度的增加，風(fēng)速會增大，而且風(fēng)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(fēng)效果測試與評價標(biāo)準JGJ/T 3092013，采用指數(shù)函數(shù)梯度風(fēng)。四類地貌（不同地面粗糙度）中平均風(fēng)速隨高度變化的規(guī)律：式中：、任何一點的平均風(fēng)速和高度；、標(biāo)準高度處的平均風(fēng)速和標(biāo)準高度值，建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2001規(guī)定自然風(fēng)場的標(biāo)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(fēng)高度表地面類型適用區(qū)域指數(shù)n

15、A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(shè)定。2.6 數(shù)學(xué)模型CFD 方法是針對流體流動的質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒建立數(shù)學(xué)控制方程，其一般形式如下表2所示：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Error! Reference source not found.。表 3 計算流體力學(xué)的控制方程名稱變量連續(xù)性方程100x 速度y 速度z 速

16、度湍流動能湍流耗散溫度Error! Reference source not found.中的常數(shù)如下：， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 由 計算其中 。如果 ，則 ， 其中 ， ， 2.7 求解方法2.7.1 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(xué)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。Vent2014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。2.7.2

17、 差分格式CFD計算需要將CFD數(shù)學(xué)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(fēng)格式對方程進行離散，二階迎風(fēng)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(fēng)效果測試與評價標(biāo)準JGJ/T 3092013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(fēng)向及風(fēng)速設(shè)置如表3 所示。表4 模擬的工況工況季節(jié)主導(dǎo)風(fēng)向平均風(fēng)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 其中工況 1、3、4主要分析在主導(dǎo)風(fēng)向

18、條件下通錦.國際新城三期項目(通錦.國際嘉園)周圍風(fēng)環(huán)境及建筑前后壓差是否有利于自然通風(fēng)；工況 2 主要分析在冬季主導(dǎo)風(fēng)速的情況下通錦.國際新城三期項目(通錦.國際嘉園)周圍風(fēng)環(huán)境及防風(fēng)狀況。3 結(jié)果分析3.1 工況 1（夏季工況） 模擬夏季平均風(fēng)速情況下的建筑周邊流場分布狀況時，設(shè)定風(fēng)向為SE（南偏東22.5），風(fēng)速為2.4m/s。 1)1.5米高度處風(fēng)速矢量圖 圖 6-1 人行高度處風(fēng)速矢量圖解析：圖6為夏季風(fēng)向為SE的情況下人行高度處風(fēng)速矢量分布圖，可以看出：人行高度主要活動區(qū)域通風(fēng)流暢，周圍沒有形成較大的渦流區(qū)域。2) 風(fēng)速云圖圖7 人行高度處風(fēng)速云圖解析：圖7為夏季風(fēng)向為SE的情況下

19、人行高度處風(fēng)速云圖，等值線間距約為0.208m/s?？梢钥闯觯喝诵懈叨忍幍娘L(fēng)速基本都處于合理的范圍之內(nèi)，風(fēng)速分布在0.25m/s3.25m/s之間，弱風(fēng)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(fēng)面壓力分布圖8-2 建筑表面背風(fēng)面壓力分布 圖 9 1.5米水平面風(fēng)壓云圖 解析：圖8-1和圖8-2分別為夏季風(fēng)向為SE的情況下建筑表面迎風(fēng)側(cè)和背風(fēng)側(cè)壓力分布圖，圖9為1.5米水平面風(fēng)壓云圖。可以看出：迎風(fēng)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(fēng)。3.2 工況 2（冬季工況）模擬冬季平均風(fēng)速情況下的建筑周邊流場分布狀況時，設(shè)定風(fēng)向為NE（北偏西22.5°），風(fēng)速為1.9m/s。1) 風(fēng)速矢量圖圖10-1 人行高度處風(fēng)速矢量圖解析：圖10為冬季風(fēng)向為NE的情況下人行高度處風(fēng)速矢量分布圖，可以看出：人行高度通風(fēng)流暢，冬季風(fēng)環(huán)境較好，風(fēng)速分布在5m/s以下，滿足標(biāo)準要求，不