黑瞎子島植物園建筑風環(huán)境

第三屆工程建設計算機應用創(chuàng)新論壇論文集上?！?011黑瞎子島植物園園建筑風環(huán)境境分析胡洪1陸揚2蘇蘇駿11上海建筑設設計研究院有有限公司22上?，F(xiàn)代建建筑設計（集集團）有限公公司【摘要】BIMM技術近年來來發(fā)展迅速。黑黑瞎子植物園園在建筑設計計初期就成功功地引入了BBIM技術。而而在建筑風環(huán)環(huán)境設計中，CCFD技術應應用廣泛。本本文著重介紹紹了CFD技技術結(jié)合BIIM技術的切切入和應用，并并對植物園室室外風環(huán)境、室室內(nèi)自然通風風、空調(diào)流場場及熱舒適性性等進行了模模擬計算。根根據(jù)模擬的建建筑風環(huán)境動態(tài)調(diào)調(diào)整和優(yōu)化建建筑布局和朝朝向，優(yōu)化建建筑布局。同同時，根據(jù)CCFD的室內(nèi)內(nèi)溫濕度場計計算，校核植植物生長條件件需求，采用用局部空氣調(diào)調(diào)節(jié)以實現(xiàn)節(jié)節(jié)能?！娟P鍵字】BIIMCFD建筑筑風環(huán)境熱舒適適環(huán)境優(yōu)化設設計AnalysiisontheWWindEEnviroonmenttofHHeiXiia-ziBottanicaalGarrdenHUHongg1,LUYYang2,SUJJun11ShanghhaiInnstituuteoffArchhitectturalDesiggnanddReseearch2ShanghhaiXIIANDAIIArchhitectturalDesiggnGrooupAbstracct:BIMtechnnologyyhasdevellopedrapiddlyinnreceentyeears.AndttheBIIMtecchnoloogywaassucccessffullyintrooduceddtoHeiiXia-ziBottanicaalGarrdeniinearrlyarrchiteecturaaldessign.CFDttechnoologyiswiidelyusedinthhearcchiteccturalldesignnofbbuildiingwiindennvironnment..ThethesiisisfocussonttheinntroduuctionnofttheappplicaationofCFFDtecchnoloogycoombinaationwithBBIMteechnollogy.TThebuilddingwwindeenviroonmenttoutsiide,theindooornatturalventiilatioonanddtheindooorairrflowwfielldwerrecallculattedouutbyCFDssoftwaarepaackagee.Acccordinngtotheccomputtationnresuults,HHeiXiia-zibuiildingglayooutwaasadjjustedddynaamiclyytoopptimizzetheedesiign.MMeanwhhile,accorrdingtoCFFDcallculattionoofinddoorttemperratureeandhumiddityffieldssandcheckkingtthecoonditiionsoofplaantgrrowthneedss,theelocaalairrcondditionningttechnoologywasuusedttosavveeneergy.Keywordds:BIMM;CFD;BuilldingWindEnviroonmentt;ComffortabbleThermaalEnviroonmentt;OptiimalDDesignn1.工程概況黑龍江省黑瞎子子島植物園位位于我國東北北地區(qū)，黑龍龍江省撫遠縣縣黑瞎子島主主島上，黑瞎瞎子島部分處處于我國的最最東方。本工工程為島上獨獨立植物園，建建筑面積約119284mm2，包括地上上展覽溫室建建筑面積約99784m22，地下附屬屬用房建筑面面積約95000m2。展覽溫室室用以展示生生長在不同地地域和氣候條條件的植物及及其生存環(huán)境境。圖1黑瞎子島地理位置2.地理與氣象象環(huán)境圖1黑瞎子島地理位置黑瞎子島位于EE134°27′,N48°17′，海拔高度度81.2米，夏夏季主導風向向為西南風，2.9m/s，當?shù)卮髿鈮毫?94.1kPa。由于地球上各區(qū)區(qū)域的不同緯緯度和太陽方方位角使得其其接受太陽輻輻射熱量不同同，再加上地地球自轉(zhuǎn)，大大氣環(huán)流形成成，進而形成成地球宏觀氣氣候；而近地地面地區(qū)生物物的生存、人人對自然資源源的利用與開開發(fā)、各種建建造活動等人人為因素影響響等，影響了了區(qū)域性生態(tài)態(tài)，改變了大大氣中各物質(zhì)質(zhì)的組成結(jié)構構，使局部氣氣候狀況出現(xiàn)現(xiàn)變化，進而而形成了特定定地區(qū)的微觀觀氣候特征。而而建筑的形成成受宏觀氣候候與區(qū)域微觀觀氣候的共同同作用，氣候候差異性在不不同地區(qū)建筑筑特征上呈現(xiàn)現(xiàn)出一定的多多樣性[1--3]。展覽溫室是由人人工控制的、展展示生長在不不同地域和氣氣候條件的植植物及其生存存環(huán)境的空間間，而不同地地域和氣候條條件下的植物物要求不同的的生存環(huán)境。為為此，采用空空氣調(diào)節(jié)技術術對展覽溫室室內(nèi)部環(huán)境進進行調(diào)節(jié)，即即通過科學技技術手段，以以空調(diào)、采暖暖、通風等技技術措施來模模擬展覽植物物原生長地的的溫度、相對對濕度、通風風狀況和COO2濃度，再造造展覽植物的的原長地生態(tài)態(tài)環(huán)境，營造造植物健康成成長的室內(nèi)環(huán)環(huán)境，同時保保證全年公眾眾觀園游覽、學習認識的舒適性。3.室外風環(huán)境境不同區(qū)域條件存存在不同的風風環(huán)境狀況，室室外風環(huán)境這這一氣候因子子直接影響到到建筑的布局局、形體、圍圍護結(jié)構的產(chǎn)產(chǎn)生以及相關關技術的選擇擇[4]。為此此，在建筑方方案初期就充充分考慮到建建筑體得朝向向，結(jié)合CFFD技術來達達到優(yōu)化設計計的目的。建立了建筑體的的BIM模型型，并利用模模型生成CFFD需要的分分析模型，導導入CFD相相關軟件進行行網(wǎng)格劃分、邊邊界條件指定定和流場計算算。并在計算算過程中動態(tài)態(tài)調(diào)整流場的的建筑體的朝朝向，使建筑筑布局充分迎迎合當?shù)叵募炯局鲗эL向，以以此加強建筑筑內(nèi)部自然通通風效果。計計算所得的室室外風場矢量量圖和云圖如如圖2、圖33所示。圖2黑瞎子植植物園室外風風矢量圖圖3黑瞎子植植物園室外風風云圖和等值值線圖從室外風速矢量量圖和風速云云圖來看，夏夏季的主導風風西南風迎建建筑西南面吹吹來，此時建建筑下部窗戶戶和ETFEE膜同時開啟啟，引導空氣氣穿越為室內(nèi)內(nèi)導風，很好好地加強了室室內(nèi)自然通風風效果；建筑筑外部橢球形形表面使得室室外風自然分分流，繞建筑筑表面兩側(cè)前前行，并在橢橢球中后部出出現(xiàn)邊界層分分離，兩股氣氣流交匯前行行。整個建筑筑外部區(qū)域沒沒有出現(xiàn)大的的旋渦和氣流流死角，這樣樣很好地避免免了熱量在此此堆積，及時時將建筑外部部余熱帶走，避避免產(chǎn)生局部部熱堆積效應應；同時也避避免了旋渦區(qū)區(qū)域空氣停留留聚集，加強強了建筑外部部通風換氣，為為建筑營造一一個良好的室室外通風環(huán)境境。4.室內(nèi)平面通通風與空氣調(diào)調(diào)節(jié)4.1室內(nèi)平面面通風在夏季和過度季季節(jié)，采用可可開啟ETFFE膜進行自然通通風，同時頂頂部適當遮蔭蔭，滿足夏季季植物區(qū)降溫溫要求；在建建筑下、中部部設置可開啟啟側(cè)窗引風，頂頂部天窗排風風，開窗面積積為建筑面積積14%，利用室外風風力所造成的的風壓以及室室內(nèi)外溫度差差所造成的熱熱壓來實現(xiàn)自自然通風換氣氣，這一過程程不僅引入了了大量室外新新風提高了室室內(nèi)舒適程度度，同時使室室外風通過溫溫室植物區(qū)，帶帶走溫室熱量，達到自自然通風降溫溫的目的，大大大降低了建建筑空調(diào)能耗耗。圖4黑瞎子植植物園室內(nèi)自自然通風平面面圖從室內(nèi)Z=1..5米標高平平面自然通風風矢量圖來看看，室外風通通過外窗和可可開啟ETFFE膜進入室室內(nèi)，外窗和和可開啟ETTFE膜起到到很好地導風風作用，促使使室外自然風風進入室內(nèi)各各植物區(qū)，為為植物呼吸帶帶來新鮮空氣氣的同時，帶帶走了室內(nèi)的的熱量，使得得植物處于一一個適宜的熱熱濕風環(huán)境下下，保證植物物的健康成長長；同時，室室內(nèi)各區(qū)域自自然風在各植植物區(qū)域流動動暢通，沒有有出現(xiàn)大的旋旋渦和氣流死死角，這樣很很好地避免了了污濁空氣和和粉塵在房間間內(nèi)聚集，及及時將其排出出室外，保證證了植物區(qū)和和人員活動區(qū)區(qū)域的空氣品品質(zhì)。4.2室內(nèi)空空氣調(diào)節(jié)圖5夏季熱帶植植物區(qū)1.55米標高平面面溫度分布展覽溫室是以熱熱帶、亞熱帶帶及其他具有有特殊氣候或或地域的植物物種類為主要要對象，根據(jù)據(jù)植物生長需需求，夏季植植物區(qū)溫度保保持35℃以下便可不不影響其生長長，所以從節(jié)節(jié)約能源出發(fā)發(fā)，并征詢有有關植物學專專家意見，溫溫室內(nèi)空調(diào)僅僅對人行道進進行局部區(qū)域域空調(diào)，保證證游人區(qū)域適適當?shù)氖孢m性性。如圖5中中，熱帶植物物區(qū)區(qū)域的人人行道地面布布置了空調(diào)送送風口。人行行道空調(diào)送風風采用全新風風機器露點送送風，夏季新新風處理到溫溫度20℃。1.5米高度是是人體活動的的重要范圍，其其范圍內(nèi)的溫溫濕度直接關關系到人體舒舒適，為此，此此區(qū)域的風速速和溫度需要要我們重點考考慮。圖中給給出了1.55米標高處室室內(nèi)溫度分布布云圖，從圖圖中溫度分布布來看，人體體主要活動的的道路范圍內(nèi)內(nèi)，溫度基本本維持在233-26度左左右，這一范范圍正好能滿滿足人體的舒舒適性需求；；而道路兩側(cè)側(cè)的溫度相對對較高一些，平平均約為288-30度左左右，這一溫溫度范圍也是是植物生產(chǎn)需需求的合適溫溫度區(qū)域。從溫度分布云圖圖可以看出，路路面下送風形形式僅僅對溫溫室內(nèi)人體活活動的小部分分范圍(道路)進行局部空空氣調(diào)節(jié)，保保證人體舒適適性，同時也也達到滿足植植物生產(chǎn)的合合適溫度需求求。這樣設計計的路面送風風“置換式((通風)”形式不僅僅達到了設計計得目的，而而且起到了很很好的節(jié)能效效果。5.剖面風與熱熱環(huán)境新鮮空氣從開啟啟的門窗進入入，利用熱壓壓通風和風壓壓通風實現(xiàn)自自然通風，排排出的空氣在在中庭上空匯匯合，從頂部部可開啟天窗窗拔出。中庭庭天窗出口空空氣在太陽直直接輻射作用用下溫度進一一步升高，同同時反作用于于出口處，加加強了天窗拔拔風效果。圖6室內(nèi)剖面面風速矢量圖圖圖7室內(nèi)剖面面溫度分布從剖面溫度分布布來看，路面面下送風置換換式通風形式式取得的效果果更為直觀、更更明顯。室內(nèi)內(nèi)出現(xiàn)了明顯顯的溫度分層層，梯度十分分明顯。下部部1-2米范圍內(nèi)為人人體活動區(qū)域域，其溫度控控制在23--26度范圍圍內(nèi)；這一范范圍內(nèi)空氣在在吸收室內(nèi)余余熱余后溫度度升高、密度度將小，熱空空氣慢慢上浮浮，與室外風風一起匯合從從屋頂天窗導導出。室內(nèi)人人體活動的范范圍形成了一一個相對的“低低溫空氣湖”，不不僅很好地滿滿足了人體的的舒適性需求求，同時達到到了明顯的節(jié)節(jié)能效果。6.總結(jié)隨著BIM技術術的逐步發(fā)展展，其在一些些復雜造型復復雜、超高層層建筑等的應應用中越來越越受到重視。黑黑瞎子植物園園在建筑設計計初期就成功功地引入了BBIM技術。如如今，CFDD技術廣泛運運用于建筑群群體風環(huán)境、室室內(nèi)自然通風風、室內(nèi)空調(diào)調(diào)溫度場以及及熱舒適性計計算，這在很很大程度上可可以指導建筑筑總體布局、建建筑朝向以及及室內(nèi)通風、空空調(diào)系統(tǒng)設計計等。在BIIM技術日益益推廣和應用用下，本文介介紹了在BIIM技術下，CCFD技術的的成功切入和和應用。并對對植物園室外外風環(huán)境、室室內(nèi)自然通風風、空調(diào)流場場及熱舒適性性等進行了模模擬計算。根根據(jù)模擬的建建筑室外風環(huán)境結(jié)果動態(tài)地調(diào)整和優(yōu)化化建筑布局和和朝向，使建建筑擺放充分分迎合夏季主主導風向，強強化室內(nèi)自然然通風。同時時，在暖通設設計時，充分分考慮到園區(qū)區(qū)植物的生長長條件和游人人的舒適性需需要，采用緊緊緊對游人所所在的觀賞道道路上進行路路面送風。同同時，采用CCFD技術對對設計方案進進行了模擬計計算。根據(jù)CCFD的室內(nèi)內(nèi)溫濕度