DB31∕T 922-2015 建筑環(huán)境數值模擬技術規(guī)程

建筑環(huán)境數值模擬技術規(guī)程2015-09-01發(fā)布2015-12-01實施上海市質量技術監(jiān)督局發(fā)布DB31/T922—2015 I 1 13術語和定義 1 34.1通用規(guī)定 3 5 7 95光環(huán)境模擬 5.1通用規(guī)定 5.2天然采光模擬 5.3遮陽有效性模擬 6.1室外聲環(huán)境模擬 6.2室內聲環(huán)境模擬 附錄A(資料性附錄)室內噪聲計算方法 附錄B(資料性附錄)常見建筑環(huán)境模擬軟件列表 附錄C(資料性附錄)一種網格構建及過渡示意圖 I本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則本標準由上海市質量技術監(jiān)督局、上海市建筑科學研究院(集團)有限公司提出。本標準由上海市建材專業(yè)標準化技術委員會歸口。本標準主要起草單位：上海市建筑科學研究院(集團)有限公司、同濟大學、上海理工大學、清華大學。本標準參加起草單位：上海斯維爾軟件科技有限公司、中海環(huán)境科技(上海)股份有限公司、北京綠建軟件有限公司、上海飛熠軟件技術有限公司、奧雅納工程咨詢(上海)有限公司。譚洪衛(wèi)、范靜龍。12規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文GB3096—2008聲環(huán)境質量標準GB/T3768—1996聲學聲壓法測定噪聲源聲功率級反射面上方采用包絡測量表面的簡易法GB/T17247.1—2000聲學戶外聲傳播衰減第1部分：大氣聲吸收的計算GB/T17247.2—1998聲學戶外聲傳播的衰減第2部分：一般計算方法GB50033—2013建筑采光設計標準GB50118民用建筑隔聲設計規(guī)范GB/T50378綠色建筑評價標準GB50736民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范HJ2.4—2009環(huán)境影響評價技術導則聲環(huán)境HJ453—2008環(huán)境影響評價技術導則城市軌道交通3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。數值模擬中需構建幾何模型的空間。以CFD技術進行的熱環(huán)境模擬中2CFD模擬中表征被模擬對象最主要幾何網格線是指平面上網格與網格之間的分界線。結構化網格是指網格區(qū)域內所有的內部點都具有相同的毗鄰單元，一般可認為結構化網格的計算空間所有的網格均是正交網格。主要指CFD計算(氣流環(huán)境的計算)中結構化網格的相鄰兩個網格的寬度之比。風速放大系數windspeedamplificationfactor風速放大系數為建筑周圍行人區(qū)1.5m處最大風速與1.5m高度處自然風來流風速(來流方向計算域邊界線處未受影響之風速)之比。在風速方向的法向面上建筑輪廓的投影面積與計算域投影面積之比。在指定的時間間隔內所得到的太陽輻射得熱的累積量。3以球面波形式輻射聲波的聲源，輻射聲波的聲壓幅值與聲波傳播距離(r)成反比。任何形狀的聲源，只要聲波波長遠遠大于聲源幾何尺寸，該聲源可視為點聲源。在聲環(huán)境影響評價中，聲源中心到預測點之間的距離超過聲源最大幾何尺寸2倍時，可將該聲源近似為點聲源。以柱面波形式輻射聲波的聲源，輻射聲波的聲壓幅值與聲波傳播距離的平方根(Vr)成反比。以平面波形式輻射聲波的聲源，輻射聲波的聲壓幅值不隨傳播距離改變(不考慮空氣吸收)。聲源的強度，常用聲功率級或距聲源一定距離處的聲壓級表征，對線聲源或面聲源、也可用單位長熱環(huán)境模擬宜按照如下流程進行。當軟件功能、計算方法、分析內容相對特殊時可按需微調下列流a)了解項目需求，明確研究內容與研究對象；e)確定湍流模型；f)輸入合理的邊界條件和其他物性參數。如采用非穩(wěn)態(tài)模擬，應輸人初始條件；h)設定其他必要的計算控制參數；計算軟件宜采用可靠且得到廣泛驗證的計算軟件，宜為軟件開發(fā)企業(yè)或專門科研機構開發(fā)的流體本章所述的模擬類型中，除檢驗性模擬之外，基于CFD方法的數值模擬應根據建設工程設計的要求，依據數值模擬結果做方案之間相對特性的對比分析；模擬結果用于判定實際參數的絕對值時，宜同時進行關鍵工況實驗驗證，以校驗數值模擬結果的絕對值。4.1.4建模及簡化通用原則a)物理模型的幾何模型尺寸應按照實際建筑尺寸1:1構建，應包含重點組件；4b)物理模型宜按需簡化，按需簡化的原則應以確保對象物理量精度及符合模擬目的為前提，并依據4.2～4.4的規(guī)定；c)可根據模型和邊界條件的對稱性設置對稱面。4.1.5基礎邊界條件熱環(huán)境模擬的基礎邊界條件為室外風速、風向，室外氣溫。應當根據項目地的實測值以及模擬目的確定基礎邊界條件。當沒有風速風向的實測值作為依據時，參照表1進行設定：表1室外風環(huán)境基礎邊界條件季節(jié)主導風向風速/(m/s)夏SE(東南)冬春ESE(東南東)秋NNE(北北東)高度方向上風速須按照“指數定律”設定具有梯度特征的風速邊界條件，參照式(1):V——高度為Z處的風速，單位為米每秒(m/s);V?！鶞矢叨萙。處的風速，單位為米每秒(m/s),本標準中取10m處的風速；地面粗糙度指數按照如下方式設定：上海內環(huán)線以內：0.30上海外環(huán)線和內環(huán)線之間：0.22上海外環(huán)線以外：0.15外環(huán)線以外的例外情況：郊區(qū)、郊縣的城鎮(zhèn)中心，且目標建筑(群)周邊500m范圍內綠地或農田面積占比≤50%的：0.22;風溫參照表2進行取值。表2室外風環(huán)境溫度邊界條件季節(jié)取值類型推薦取值夏季空調室外計算溫度通風室外計算溫度冬季空調室外計算溫度-2.2℃通風室外計算溫度采暖室外計算溫度—0.3℃過渡季節(jié)(春、秋)通風室外計算溫度17℃或其他需要研究的工況注：室內供暖設施和空調設施同時開啟時，取空調室5響模擬對象的計算結果為基本原則。特征尺寸為計算域最高建筑的高度H。當最高建筑的高度為100m以上的超高層建筑且高于周邊其他建筑平均高度2倍以上時，可以最高建筑高度的1/2作為特征尺寸H。迭代計算應在求解充分收斂的情況下停止，均方根殘差應設定為小于10E-4;或以觀察點的物理量的值按照預期趨勢變化時停止。非穩(wěn)態(tài)計算的時間步長不應大于流體穿過一個網格的時間，宜設定為該時間的0.75倍。b)依據的技術標準；d)研究對象與模擬目的相關的設計技術和設計參數的說明；e)主要應用軟件與模擬方法；h)其他根據模擬目的需要展示和分析的內容；i)結論和建議。建筑室外風環(huán)境模擬用于指導建筑師或規(guī)劃師在規(guī)劃設計時建筑群合理布局，優(yōu)化場地夏季與過工圖信息或竣工圖信息分析當前狀態(tài)下的場地風環(huán)境是否能達到相關標準的要求。目標建筑(群)東南西北各1H應予以建模，如圖1所示。6對象建筑(群)對象建筑(群)4H~6HH田4H~6H計算域水平方向的長和寬應在模擬對象各向延伸4H~6H(參見圖1)、垂直方向高度應在3H~6H;建筑阻擋率不宜大于5%,當計算域大小超過計算能力時可適當放大建筑阻擋率但不應大于10%并做合理性說明。當模擬重點關注建筑物后的尾流流場時，下風方向的長度應擴大至6H或以上。a)根據模擬目的對結果影響顯著的主要構筑物予以建模；b)建模域內既有建筑和同期建設的對結果影響顯著構筑物應予以建模；多孔介質或其他適當的方法予以建模；d)可根據研究對象的尺度和研究內容對低矮灌木、小型構筑物等其他相對尺度較小的阻擋物予以建?；蚝雎?，并進行說明。a)距地面1.5m高度內縱向網格不應少于3格；b)風環(huán)境模擬的網格應以計算結果能充分反映模擬對象的物理特性為原則。宜采用多尺度網c)對形狀規(guī)則的建筑宜使用結構化網格，網格過渡比宜在1.2～1.5之間，網格過渡宜在目標建d)對形狀不規(guī)則的建筑可使用非結構化網格，但在垂直方向上近地面的網格不宜采用四面體e)應在網格構建完成后對網格獨立性進行分析說明。7風壓系數重點關注或計算精度要求較高時，可采用其他精度更高的模型如RNGk-e模型、LES模型、參照本標準4.1.5選取。如模擬目的需要考察濕度場的分布情況，還應根據權威氣象參數數據設的1.5m高度也應作為參考平面。需考察垂直方向氣流場時，還應給出能反映氣流特征的垂直剖面。其他參考平面由使用者按需選擇。b)各季節(jié)目標建筑物迎風面和背風面的外表面壓力云圖；d)冬季工況下各參考平面的風速放大系數；e)其他根據模擬目的需要展示和說明的數據和圖表。用于檢驗施工圖或竣工圖情況下室內自然通風效果是否達到相關標準的規(guī)定。自然通風應采用CFD方法或網絡法進行模擬。下情形宜采用CFD方法：a)大空間；b)重點關注室內分布特征；d)同時存在進出氣流的大開口。采用CFD方法時，自然通風模擬可采用室內外聯(lián)合模擬法或室外室內分步模擬法。計算軟室內外聯(lián)合模擬和分步模擬的室外建模域均應參照4.2.2中的規(guī)定。自然通風模擬的計算域可參照室外風環(huán)境模擬的相關規(guī)定。如因網格總量受限等原因需適當縮減8a)建筑門窗等其他通風口均應根據自然通風情形下常見的開閉情況進行建模并予以說明，宜參●對商業(yè)建筑及辦公建筑的一層人口大廳，外門按50%開啟率建模(如有實測數據時應按實測數據進行設定);●對工業(yè)建筑，廠區(qū)所有的窗和門(除需常閉的門窗除外)均應按開啟建模，工業(yè)建筑內大型b)自然通風的通風口面積應按照實際的通風面積進行設置，不應直接以窗洞面積進行建模。若口上宜有9個(3×3)以上的網格。應根據計算對象的特征和計算目的選取合適的湍流模型并作出說明?？刹捎脴藴蔾-e模型、室外風速、風溫宜參照本標準4.1.5的規(guī)定選取。太陽輻射得熱應根據模擬目的和工況需要進行a)人員活動區(qū)離地1.5m高度平面c)統(tǒng)計計算對象空間內的各主要功能空間的換氣次數，考慮熱邊界條件時還應統(tǒng)計主要功能房間的通風情況下的室內外溫差；9d)其他根據模擬目的需要展示和說明的數據和圖表。檢驗施工圖或竣工圖情況下的室內人工控制的熱環(huán)境是否達標。根據研究對象的尺度合理簡化相對尺度較小的幾何物體，對氣流組織或模擬目標有顯著影響的構a)室內最大的網格不宜超過0.5m,對特大的中庭空間或廠房而言，可放寬此限制，但應作出根據計算對象的特征和計算目的，應選取合適的湍流模型并作出說明。室內機械通風模擬的流場b)對地暖可在供暖的地面設置定壁溫傳熱邊界條件，散熱片采暖可在散熱片附近設置定壁溫邊要時可配合實測或實驗進行簡化。風口位置及參數宜參照設計文件進行設置，回風口可設置為速度邊宜考慮滲透風邊界條件，參見4.1.5設定滲透風的溫度參數。滲透風的位置應盡可能符合真實情界條件。e)其他根據模擬目的需要展示和說明的數據和圖表。滿足本標準5.2和5.3針對不同類型模擬的詳細規(guī)定。c)建立物理模型；計算軟件宜采用國家或上海市建設主管部門認可的光環(huán)境模擬軟件，也可使用正規(guī)科研機構或軟數值模擬所采用的物理模型尺寸應按照實際建筑尺寸1:1構建，物理模型應包含顯著影響采光或目標建筑周邊240m內的現有建筑和構筑物、設計方案已經規(guī)劃管理部門審定的擬建建筑應作為遮擋物考察范圍，當它與目標建筑的室外地坪15°線有相交時(如圖2所示),則應當予以建模。周圍遮目標建筑目標建筑周邊建筑同室外地坪光環(huán)境模擬報告應根據執(zhí)行模擬分析的目的編寫，并包含以下內容：h)結論與建議。于指導相關的設計優(yōu)化，或依據施工圖進行建模計算，校核施工圖或竣工圖狀態(tài)下的采光效果是否原則進行幾何模型的構建、簡化或忽略，可參照如下規(guī)則：b)所有主要功能房間應建模，采光條件相同的房間可按類別合并，每類計算一個；c)建筑內外各類影響采光的構件應予以構建，包含但不僅限于：門窗、外遮陽、陽臺板、外挑梁板、件應根據其對建筑采光的影響程度確定構建、簡化或忽略，并應在結果報告中作出說明；d)地下頂部采光的建模還應包含覆土厚度，地上頂部采光建模應包含采光井井深；或根據設計階段采光計算時，建筑飾面材料的反射比應根據設計資料所確定的材質取值，依據建筑門窗(含透明幕墻)可按門窗表的類型和參數進行分類設定，應在輸入參數中考慮可見光透射網格分辨率應權衡計算精度和計算效率，對于常見的10m2~100m2的房間，網格間距不宜大于0.5m;對于大于100m2的大空間，網格間距宜取1.00m;對于小于10m2的小房間，網格間距宜取距的一半(如圖3所示)。計算天然采光時天空模型應選擇CIE標準全陰天模型，室外設計照度應取135001x,光氣候系數K取1.10;計算不舒適眩光時天空模型可選擇CIE標準全陰天模型，室外設計照度可取350001x;其他采光模擬分析需要考慮天空光的直接漫射和房間內表面的間接反射。計算程序宜采用光線追蹤法計算，光線反射的折返次數不宜低于5次。工業(yè)廠房參考平面取距地面1m,民用建筑主要功能房間取距地面0.75m,樓梯間、走廊、大堂等公共場所取地面。取室內地面計算采光時，為避免過于靠近邊界，可取距地面不大于0.01m的偏移。a)采光分析計算應參考GB50033—2013,以采光系數作為主要分析、輸出與評價指標。另外還可用采光均勻度、全自然采光百分比(DaylightAutonomy)等評價指標對室內采光質量進行輔助評價。b)不舒適眩光計算應參考GB50033—2013,采用不舒適眩光指數(DGD作為評價指標。典型觀察點可選擇房間主入口處和房間正中處，視線方向參照圖4。視線1平面圖視線1平面圖視線2平面圖視線1立面圖視線2立面圖住宅建筑按照施工圖、竣工圖繪制的房型進行采光統(tǒng)計分析。住宅的客廳和餐廳沒有物理隔斷時，應在合理位置進行功能區(qū)域的虛擬分隔，以便于對不同的功能區(qū)域按相應的采光要求進行統(tǒng)計；設置虛擬分隔時客廳的使用面積不得小于現行住宅設計標準對不同套型客廳的最小面積要求。光環(huán)境模擬結果的展示和分析應包含如下內容：a)采光分析總平面圖：表達目標建筑和周邊遮擋物的位置關系；●天然采光模擬分析：標準層中最低層平面上主要功能空間的采光系數分布云圖；非標準層各層主要功能空間的采光系數分布云圖；●眩光模擬分析：目標房間兩種視線方向下的魚眼圖，圖上標注眩光源的位置及亮度；d)各主要功能空間的天然采光系數統(tǒng)計表，目標房間的不舒適眩光指數統(tǒng)計表。遮陽有效性模擬分析評價建筑遮陽構件的遮陽效果，用于指導相關的設計優(yōu)化，確定合理的遮陽方式和節(jié)點做法，或依據施工圖或竣工圖進行建模計算，校核施工圖或竣工圖狀態(tài)下的遮陽能力是否達標。分別構建基準模型和設計模型，通過對比兩者的建筑外表面的透光區(qū)域在規(guī)定時間內的累計太陽輻射得熱量分析遮陽的有效性。按照5.1.5條的要求對周邊產生遮擋的建筑予以建模，北向±60°范圍內的周邊建筑可不建模。結構擋梁、凹窗等產生遮陽效果的構件；b)基準模型與設計模型主體結構應相同，但不包含遮陽構件；c)建筑本體結構的自遮陽不可視為遮陽構件，但可以對其遮擋效果進行分析，以判斷額外增設遮陽構件的必要性和經濟性；根據物理模型及遮陽措施的特征，研究外遮陽構件時應在建筑外表面的可透光區(qū)域外側進行合理的網格鋪設。網格線宜剛好捕捉到遮陽構件。b)氣象參數應使用權威機構公開發(fā)布的相關數據并應至少包含直射輻射和散射輻射數據，數據的時間分辨率最大不得超過一天，宜采用逐時或更小分辨率的數據樣本。公共建筑的統(tǒng)計時間段宜取夏季6月1日至9月30日。住宅的遮陽有效性模擬分析宜同時考慮冬季和夏季，夏季統(tǒng)計時間段同公共建筑，冬季統(tǒng)計時間段應取12月1日至2月28日。遮陽有效性模擬結果的展示和分析應包含如下內容：b)遮陽構件措施的說明；d)遮陽模擬結果圖：在建筑各朝向立面圖上圖示并標注對比遮陽改善前后的累計太陽輻射得熱6聲環(huán)境模擬室外聲環(huán)境模擬基于建筑室外聲場的傳播與擴散計算，分析建筑室外近地面噪聲水平以及建筑外a)確定模擬分析的目標建筑區(qū)域及目標建筑；b)確定建模域并建立物理模型；c)構建噪聲源；e)計算并輸出結果。計算軟件應可預測模擬各類建筑室外噪聲源的影響，軟件的計算模型應符合GB/T17247.1—a)建模域：一般應包含目標建筑場所及其邊界外200m范圍，當邊界外200m~500m內有噪聲影響較大的聲源時，建模范圍應擴大至包含此類聲源。機場或飛機噪聲應根據其影響情況確噪聲及工業(yè)生產噪聲。當目標建筑場所存在的固定設備(如室外空調機組等)產生噪聲時，建a)點聲源：聲源中心到預測點之間的距離超過聲源最大幾何尺寸2倍時，可將該聲源近似為點DB31/T922—2015聲源；b)線聲源：公路、鐵路、軌道交通或者輸送管道、運輸路線等產生的噪聲，分析時可將其看做由許多點聲源連成一線組成的線狀聲源，可模擬為線聲源；c)面聲源：當聲源中心到預測點之間的距離小于聲源最大幾何尺寸3倍時，該聲源宜用面聲源a)對道路噪聲，可在距道路行車道中線25m、高于路面1.5m處設置預測點及實測點，通過比較預測點與實測點之間差值作為源強修正量，應確保類比道路車流量、車速、路面結構、車型比、晝夜比等與預測道路接近；a)預測點設置于目標建筑窗外1m處，高于各層樓板1.2m~1.5m,預測點應包含目標建筑的a)聲源源強參數●軌道交通噪聲源強以距軌道中心線25m、高于軌面1.5m處計，源強可通過實測或類比確b)其他參數其他參數的設定宜符合下列各項原則：●道路或鐵路、軌道交通的晝/夜流量應不低于實際晝間/夜間的平均小時流量。如考慮的DB31/T922—20155次；●隧道(或下穿地道)峒口噪聲宜采用垂直面聲源模擬，面聲源源強可根據隧道內車輛源強、隧道形狀、隧道內平均吸聲系數等因素綜合確定；●對指向性明確的聲源，應考慮其指向性影響；●當軌道交通經過鋼結構橋梁或特殊結構橋梁時，結構噪聲影響突出，在預測中應重點考慮；室外聲環(huán)境模擬結果的展示和分析應包含如下內容：室內聲環(huán)境模擬基于室外及室內聲場的傳播規(guī)律，計算室內聲源及室外聲源對室內噪聲的影響室內聲環(huán)境模擬的流程包括：d)構建分析網格，設置計算參數，設置聲環(huán)境離散預測點或預測點集群；當進行室內噪聲計算時，室外聲源強度應符合6.1.5條規(guī)定，當所計算的房間體積較大，其室外噪聲分布較不均勻時，宜根據該房間外墻區(qū)域內噪聲聲壓級最大的點確定。室內噪聲源強度，由其噪聲源的聲功率級決定。室內噪聲的計算方法應符合噪聲傳播、隔音、衰減的基本原理。采用軟件模擬計算時，軟件計算核心可采用附錄A推薦的方法，也可以將圍護結構(如窗戶或門)作為聲源對室內環(huán)境產生影響進行計室內聲環(huán)境模擬結果的展示和分析應包含如下內容：a)典型建筑物室內聲環(huán)境模擬分析示意圖，表達各室內聲源與室外聲源與室內封閉區(qū)域的位置b)聲環(huán)境分析對象的效果圖及其在模擬軟件中的三維物理模型；d)典型室內典型樓層近樓板處(高于各層地面1.2m~1.5m)的晝間、夜間水平聲場分布圖或計(資料性附錄)室內噪聲計算方法本規(guī)程推薦以下的室內噪聲計算方法，該方法并非唯一計算方法，但是業(yè)界廣泛采用并被認可的算法。室內噪聲為經室外傳播進入室內的噪聲和室內噪聲源發(fā)出的噪聲疊加而成，可根據式(A.1)計算得到：L'——經室外傳入室內的噪聲，單位為分貝(dB);L"——