phoenics夏季風(fēng)熱環(huán)境評估報(bào)告

1、 項(xiàng)目名稱：某小區(qū)室外自然通風(fēng)模擬分析報(bào)告圖形建模：計(jì)算報(bào)告： 余祖斌報(bào)告日期：2012-11-23上海飛熠軟件技術(shù)有限公司電話真址：上海欽州南路81號出版大樓1917一、項(xiàng)目概述1.1 項(xiàng)目概況略1.2 項(xiàng)目氣象資料根據(jù)中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集，該設(shè)計(jì)用南京市室外氣象參數(shù)如下表：表7.1 某市室外氣象參數(shù)設(shè)計(jì)用室外氣象參數(shù)單位數(shù)值夏季室外平均風(fēng)速m/s2.1夏季最多風(fēng)向SE冬季室外平均風(fēng)速m/s2.6冬季最多風(fēng)向NE春季室外平均風(fēng)速m/s2.6春季最多風(fēng)向SW秋季室外平均風(fēng)速m/s2.4秋季最多風(fēng)向SE年平均氣溫15.4本項(xiàng)目研

2、究夏季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，主導(dǎo)風(fēng)速2.1m/s。1.3 評價標(biāo)準(zhǔn)本報(bào)告主要某小區(qū)室外自然通風(fēng)狀況進(jìn)行模擬分析。1 夏季保證75%以上的板式建筑前后不低于1.5 Pa左右的壓差，避免出現(xiàn)局部漩渦和死角，從而保證室內(nèi)有效地自然通風(fēng)；人行及活動區(qū)域的風(fēng)速放大系數(shù)不應(yīng)大于2；在建筑物周圍行人區(qū)1.5m高度的風(fēng)速小于5m/s；1.4 參考依據(jù)綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50378-2006綠色建筑評價技術(shù)細(xì)則民用建筑設(shè)計(jì)通則GB 50352-2005采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50019-2003二、技術(shù)路線本報(bào)告主要針對某小區(qū)進(jìn)行室外自然通風(fēng)狀況模擬分析。2.1 分析方法自然通風(fēng)是建筑實(shí)現(xiàn)節(jié)能、健康、

3、生態(tài)等目標(biāo)的重要手段。建筑樓群的布局方式既關(guān)系到建筑室外人員活動區(qū)域的舒適性，也影響到建筑單體前后的壓力分布，特別是高層建筑的表面風(fēng)壓，會影響到建筑的安全、開窗方式等。本次分析采用建筑通風(fēng)軟件PHOENICS 2011對目標(biāo)建筑進(jìn)行風(fēng)環(huán)境分析。PHOENICs自帶前處理、求解器和后處理。前處理器：建立描述問題的幾何模型（或者由CAD 等其它軟件建立并導(dǎo)入），確定控制方程（如N-S 方程、湍流模型）、離散方法、計(jì)算方法（如SIMPLE、MAC），輸入各種必需的參數(shù)（如初始條件、邊界條件、松弛因子、物性參數(shù)等），并生成網(wǎng)格。求解器：CFD 的核心，將前處理器建立的系統(tǒng)進(jìn)行迭代求解，并輸出計(jì)算結(jié)果。

4、后處理器：給出所計(jì)算參數(shù)（如溫度場、速度場、壓力場及濃度場等）的可視化結(jié)果及動畫處理。PHOENICS軟件推出的FLAIR模塊是英國CHAM公司針對建筑及暖通空調(diào)專業(yè)設(shè)計(jì)的CFD專用模塊。Flair有自然通風(fēng)wind模型，無需編程，可以直接設(shè)置風(fēng)速、風(fēng)向和風(fēng)梯度，也可以讀取epw格式氣象數(shù)據(jù)，并可以查看各個高度的風(fēng)速、風(fēng)壓、空氣齡等。2.2 集合建模及網(wǎng)格劃分利用PHOENICS對建筑風(fēng)環(huán)境進(jìn)行評價分析后，建筑幾何模型建立以及計(jì)算區(qū)域的網(wǎng)格劃分非常重要。建筑的幾何形狀會影響局部的網(wǎng)格質(zhì)量，為了避免個別建筑物的不規(guī)則幾何形態(tài)而引起的局部網(wǎng)格質(zhì)量的下降，對建筑物的幾何形狀進(jìn)行簡化處理顯得非常必要。

5、另外，對計(jì)算區(qū)域的選擇也十分關(guān)鍵。由于風(fēng)場作用的范圍較大，因此計(jì)算區(qū)域應(yīng)選的較大，但過分地增大計(jì)算區(qū)域，會大大加大計(jì)算的成本。合理的選擇計(jì)算區(qū)域?qū)⒂兄跍p少計(jì)算量。本研究中，我們參照建筑平面圖進(jìn)行幾何建模，模型如圖2-1a所示，由490米高的主樓和四個副樓構(gòu)成，依靠裙樓聯(lián)通，總面積多少，大小100米*200米。小區(qū)周邊的建筑群也比較高，會影響風(fēng)場，研究區(qū)域需要放大，如圖2-1b所示。圖2-1a 研究小區(qū)圖2-1b 建筑周邊環(huán)境本研究主要針對建筑室外自然通風(fēng)狀況進(jìn)行模擬分析，計(jì)算區(qū)域選擇是能夠使區(qū)域內(nèi)氣流充分發(fā)展，我們參照建筑平面圖進(jìn)行幾何建模，采用均勻結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格技術(shù)，對導(dǎo)入的CAD圖形進(jìn)行區(qū)域

6、設(shè)置及網(wǎng)格劃分。在PHOENICS軟件中模型外場尺寸選擇主要以不影響建筑群邊界氣流流動為準(zhǔn)，根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)并做模擬試算后，確定設(shè)置外場計(jì)算尺寸為1500m×2000m×700m（長×寬×高），模型中沿Y軸正方向設(shè)置為北向。整個模擬區(qū)域劃分空間網(wǎng)格200×260×90，采用結(jié)構(gòu)網(wǎng)格分布，其中建筑所在區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格局部加密處理。網(wǎng)格劃分結(jié)果如圖2-2及2-3所示。圖2-2計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格圖（俯視）圖2-3計(jì)算區(qū)域網(wǎng)格圖（側(cè)視）2.3 邊界條件的處理及控制方程的選取利用CFD 技術(shù)對室外風(fēng)環(huán)境模擬時，確定合理的邊界條件是保證模擬計(jì)算結(jié)果正確的一

7、個重要環(huán)節(jié)。為了讓區(qū)域的模擬比較接近真實(shí)情況，對建筑所處的地理位置的風(fēng)速與風(fēng)向進(jìn)行分析。利用風(fēng)玫瑰圖，給出頻率最多的風(fēng)速風(fēng)向情況，確定為當(dāng)?shù)仄骄L(fēng)速，作為模擬區(qū)域的輸入條件。2.3.1 來流風(fēng)速分布當(dāng)氣流穿過不同的地區(qū)和地形帶（如海洋、陸地、平原、山地、森林、城市等）時，會產(chǎn)生摩擦力而使風(fēng)的能量減少，風(fēng)速降低，其本身的結(jié)構(gòu)（如湍流度、旋渦尺度等）也發(fā)生變化。其變化的程度隨著距離高度的增加而降低，直到達(dá)到一定高度時，地面粗糙度的影響可以忽略，這一層受到地球表面摩擦力影響的大氣層成為大氣邊界層。大氣邊界層的高度隨著氣象條件、地形和地面粗糙度的不同而有差異，一般情況下地面以上300 米（不超過100

8、0 米）范圍內(nèi)均屬于大氣邊界層的范圍，所以這個范圍以上風(fēng)速才不受地表的影響，可以在大氣梯度的作用下自由流動。2.3.2 平均風(fēng)速的指數(shù)律分布 在大氣邊界層中，平均風(fēng)速隨高度發(fā)生變化，其變化規(guī)律稱為風(fēng)剪切或風(fēng)速廓線。目前多數(shù)國家都采用經(jīng)驗(yàn)的指數(shù)分布來描述近地層中平均風(fēng)速隨高度的變化，我國的建筑規(guī)范也采用指數(shù)律分布。風(fēng)速廓線的指數(shù)律分布可以表示為： （2-1）式中：UZ為高度Z處的水平方向風(fēng)速；U0為參考高度 z0處的風(fēng)速；m為由地形粗糙度所決定的冪指數(shù)。我國將地形分為A、B、C、D四類，其相應(yīng)的值見表2：本文中的建筑符合D類，故選0.3。2.3.3 出流面的邊界條件假定出流面上的流動已充分發(fā)展，

9、流動已恢復(fù)為無建筑物阻礙時的正常流動，故其出口邊界采用局部單向化處理。2.3.4 控制方程的選取考慮到建筑周圍的空氣流動一般屬于不可壓縮的低速湍流，符合Boussinesq假設(shè)，且氣流與建筑物的接觸形成限制流，而標(biāo)準(zhǔn)模型對于限制流(有壁面約束)具有較好的效果，并且標(biāo)準(zhǔn)模型計(jì)算成本低、預(yù)測較為準(zhǔn)確。本文選用Realizable模型（適用于類似室內(nèi)通風(fēng)的中等渦的復(fù)雜剪切流動）對該問題進(jìn)行模擬求解。本文主要考慮的為不可壓縮的流動問題，其控制方程主要有以下幾個：連續(xù)性方程： （2-2）動量方程： （2-3）湍流動能方程： （2-4）耗散率方程： （2-5）三、模擬結(jié)果3.1 夏季風(fēng)環(huán)境工況3.1.1

10、風(fēng)速評價圖3-1，3-2在2.1 m/s的東南風(fēng)場下，該小區(qū)室外1.5米高度處的風(fēng)速云圖。如圖中所示，室外最低風(fēng)速出現(xiàn)在建筑物的背風(fēng)處，平均風(fēng)速約為0.9/s，最高風(fēng)速出現(xiàn)在東北墻角處，約為3 m/s。小區(qū)內(nèi)部的風(fēng)速絕大部分在3m/s以下，這主要是因?yàn)榻ㄖ锉菊趽趿瞬糠值娘L(fēng)量。整體通風(fēng)狀況良好。建筑周邊人行區(qū)域的風(fēng)速基本在3.0 m/s以內(nèi)，小于5 m/s。圖3-1夏季風(fēng)速云圖（1.5米高度處） 從圖3-2速度矢量圖可以看出，裙樓的曲面設(shè)計(jì)非常好，能誘導(dǎo)自然風(fēng)通過小區(qū)中部，形成對流，不會形成死角或者旋渦。圖3-2夏季風(fēng)速矢量圖（1.5米高度處）圖3-2-1風(fēng)速放大系數(shù)（1.5米高度處）從上述圖

11、形模擬結(jié)果分析得出，在2.1 m/s的東南風(fēng)場下，建筑室外絕大部分區(qū)域在人行高度1.5米處的風(fēng)速環(huán)境沒有超過節(jié)能評估評價標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的5.0m/s，風(fēng)速放大系數(shù)不大于2。因此，我們認(rèn)為在2.1 m/s的東南風(fēng)場下，建筑的室外風(fēng)環(huán)境在舒適度要求的范圍之內(nèi)。3.1.2 風(fēng)壓評價圖3-3在2.1m/s的東南風(fēng)場下，該小區(qū)1.5米高度處的風(fēng)壓云圖。圖3-3 夏季風(fēng)壓云圖（1.5米高度處）由圖3-3可見，該小區(qū)正南面風(fēng)壓大約為4Pa左右，最大風(fēng)壓分布在小區(qū)的東南面，約為4Pa。最小風(fēng)壓分布在小區(qū)北面及小區(qū)的西北面，約為-4Pa。因此，在該風(fēng)場下，建筑東南部及西北部表面的風(fēng)壓情況為該區(qū)域在夏季非空調(diào)時段利用

12、自然通風(fēng)創(chuàng)造了有利條件，受到兩側(cè)風(fēng)壓的影響，建筑中部在夏季非空調(diào)時段也能獲得較好的自然通風(fēng)能力。圖3-4建筑迎風(fēng)面風(fēng)壓分布圖3-5建筑背風(fēng)面風(fēng)壓分布 由圖3-4,3-5可知，大部分建筑物夏季前后壓差大于1.5pa，保證室內(nèi)有效地自然通風(fēng)。3.1.2 空氣質(zhì)量評價 圖3-6是1.5米高處空氣齡分布情況，空氣齡表明空氣更新的快慢。從圖中可以看出，空氣在小區(qū)的滯留時間少于1000s，通風(fēng)效果非常好，沒有死角區(qū)域，保證了空氣的新鮮程度，改善了密集區(qū)人群的生存環(huán)境。圖3-5空氣齡分布3.3.2 本節(jié)評估結(jié)論本報(bào)告對項(xiàng)目室外風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了模擬分析，模擬分析夏季對建筑物周邊的人行區(qū)域的風(fēng)環(huán)境舒適性，自然通風(fēng)條件得出以下結(jié)論：法規(guī)符合性：符合導(dǎo)則和其