室外風環(huán)境模擬分析報告.doc

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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 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 目錄 1 模擬概述 2 1 1 項目概況 2 1 2 氣候概況 2 1 3 風環(huán)境影響 3 1 4 參考依據(jù) 3 1 5 評價標準 4 2 分析流程 4 2 1 評價方法 4 2 2 幾何模型 5 2 3 網(wǎng)格劃分 6 2 4 湍流模型 7 2 5 邊界條件 8 2 6 數(shù)學模型 9 2 7 求解方法 10 2 8 模擬工況 10 3 結果分析 11 3 1 工況 1 夏季工況 11 3 2 工況 2 冬季工況 14 4 結論 16 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 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 75 32 07 東經(jīng)106 94 108 06 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 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構 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 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 威脅著室內外的安全 調查統(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 距離內平均風速變化達 70 即從低風速區(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 為室內提供新鮮空氣 降低室內二氧化碳濃度 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)境對室內環(huán)境影響兩方面內容 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 綠色建筑評價技術細則 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 50352 2005 委托方提供的其他相關資料 1 5 評價標準 綠色建筑評價標準 GB T 50378 2014 中 4 2 6 條對建筑的室外風環(huán)境狀況提 出了明確的要求 4 2 6 場地內風環(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 狀況及其對室內通風的影響進行分析 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 Computational Fluid Dynamics 在建筑通風模 擬評價領域的應用 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 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 軟件軟件構建于 AutoCAD 平臺 形成基于 BIM 技術并被 CFD 計算核心識別的模擬模型 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 結果管理的整個流程 此外 Vent2014 通過實驗測試 參照權威的 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 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 309 2013 對 于室外風場尺寸的要求 軟件自動創(chuàng)建合適的風場范圍 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 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 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 Vent2014 依據(jù) 建筑通風效果測試與評價標準 JGJ T 309 2013 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 適用于初始的參數(shù)研究 RNG k 模型 適合包括快速應變的復雜剪切流 中等旋渦流動 局部轉捩流 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 模型 旋轉流動 強逆壓梯度的邊界層流動 流動分離和二次流 類 似于 RNG 2 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 2 5 1 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邊界條件 Vent2014 依據(jù) 民用建筑供暖 通風與空氣調節(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 Vent2014 參考 建筑通風效果測試與評價標準 JGJ T 309 2013 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 Rz 式中 任何一點的平均風速和高度 標準高度 處的平均風速 和標準高度值 建筑結構荷載規(guī)范 R zRzR 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) n A 近海海面 海島 海岸 湖岸及沙漠地區(qū) 0 12 B 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 16 C 密集建筑群的城市市區(qū) 0 22 D 密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū) 0 30 3 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 方法是針對流體流動的質量守恒 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 SgradivUdit 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 方程 1 0 0 x 速度 utef xwzxvyxuxPefefef y 速度 vtef yy efefef z 速度 wtef gz wzvyzuxzPefefef 湍流 動能 kefk BkG 湍流 耗散 ef RkCCBk 231 溫度 TT t PrTS 表 中的常數(shù)如下 2SGtk ijS jiijij xu21 yTgGtB 2kCt 0845 C 4 1 C 68 23tanhwuvC 85 0T 7 k 由 ef 3679 006321 0 9 計算 其中 10 如果 ef 則 1 k kCR230 其中 S 38 40 012 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)學本質及其表達是相同的 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整量 2 7 2 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 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 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 4m 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 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 風速分布在 0 25m s 3 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 圖8 2 建筑表面背風面壓力分布 圖 9 1 5米水平面風壓云圖 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和背風側 壓力分布圖 圖 9 為 1 5 米水平面風壓云圖 可以看出 迎風側高層建筑前后表面靜 壓差均在 5pa 以上 有利于夏季室內自然通風 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 圖11 1 人行高度處風速云圖 圖11 2 人行高度處風速放大系數(shù)云圖 解析 圖 11 1 為冬季風向為 NE 的情況下人行高度處風速云圖 等值線間距約為 0 132m s 可以看出 人行高度處的風速基本都處于 0 15m s 2 65m s 范圍之內 在 人體舒適度要求范圍之內 可不進行采取過多的防風措施 風速放大系數(shù) 1 35 3 建筑迎風面 背風面表面壓力分布 圖12 1 建筑表面迎風側壓力分布 圖12 2 建筑表面背風側壓力分布 解析 圖 12 為冬季風向為 NE 的情況下建筑表面迎風側和背風側壓力分布圖等值 線間距約為 0 6pa 最高層門窗內外壓差均在 5pa 以內 4 結論 舒適性 在冬夏季節(jié)室外主導風向下 通錦 國際新城三期項目 通錦 國際嘉園 主要 通過建筑之間間距來改善首層公共活動區(qū)域風環(huán)境 人行高度處的風速基本都處于 0 15 3 25 m s 之間 風速放大系數(shù)在 1 25 1 35 之間 符合舒適要求 自然通風 在夏季主導風向下 通錦 國際新城三期項目 通錦 國際嘉園 前后壓差基本都在 5pa 以上 滿足綠色建筑標準要求 有利于自然通風的利用以改善室內熱環(huán)境 達標判斷 達州市通錦 國際新城三期項目 通錦 國際嘉園 人行高度處風速均小于 5m s 風速放大系數(shù)小于 2 且在各個季節(jié)主導風向條件下建筑周邊人行區(qū)域均沒有 出現(xiàn)較大的渦流 滯風現(xiàn)象 符合 綠色建筑評價標準 GB T 50378 2014 關于 住區(qū) 風環(huán)境有利于冬季室外行走舒適及過度季 夏季的自然通風