室外風環(huán)境模擬分析報告

1、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(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：項目負責人：批準人：報告編號：報告日期：2016年1月目錄1模擬概述21.1 項目概況21.2 氣候概況21.3 風環(huán)境影響31.4 參考依據(jù)31.5 評價標準42分析流程42.1 評價方法42.2 幾何模型52.3 網(wǎng)格劃分62.4 湍流模型72.5

2、 邊界條件82.6 數(shù)學模型92.7 求解方法102.8 模擬工況103結(jié)果分析113.1 工況1（夏季工況）113.2 工況2（冬季工況）144結(jié)論161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芒麻之鄉(xiāng)的“川東明珠”美譽。達州地理坐標為北緯30075'-32007',東經(jīng)10

3、6094'-108006',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(fù)雜，區(qū)域性氣候差異大。海拔800恨以下的低山、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，

4、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(jié)構(gòu)。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(fù)雜的關(guān)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(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

5、平均風速V>5m/s的出現(xiàn)頻率小于10%行人不會有什么抱怨（在10麻風情況下建筑周圍行人區(qū)風速小于5m/s,即可認為建筑周圍行人區(qū)是舒適的）；頻率在10%-20戒問，抱怨將增多；頻率大于20%應(yīng)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(nèi)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(yīng)能力將大減。因此在設(shè)計階段，應(yīng)對建筑物的室外風環(huán)境做出評價，分析建筑之間位置關(guān)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(nèi)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，而復(fù)季與過渡季節(jié)的自然通風則能降

6、低建筑空調(diào)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(nèi)提供新鮮空氣，降低室內(nèi)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(nèi)環(huán)境影響兩方面內(nèi)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(nèi)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/T503782014 建筑通風效果測試與評價標準JGJ

7、/T309-2013 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GB50352-2005 委托方提供的其他相關(guān)資料1.5 評價標準綠色建筑評價標準GB/T50378-2014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(nèi)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

8、和風向條件下：1) 場地內(nèi)人活動區(qū)不出現(xiàn)渦旋或無風區(qū)，得2分；2) 50犯上可開啟外窗室內(nèi)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(nèi)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(guān)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(nèi)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(ComputationalFluidDynamics)在建筑通風模擬評價領(lǐng)域的應(yīng)用

9、，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®本求解原理和流程，緊貼綠色建筑評價標準GB/T50378-2006和綠色建筑設(shè)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(gòu)建于AutoCAD臺，形成基于BIM技術(shù)并被CFCU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(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

10、控制、結(jié)果管理的整個流程。止匕外，Vent2014通過實驗測試（參照權(quán)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(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

11、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/T3092013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5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(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：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

12、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(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)建筑通風效果測試與評價標準JGJ/T3092013推薦的RNGk-£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:

13、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standardk-8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RNGk-&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)撥流如邊界層分離、鈍體尾跡渦、大角度失速、房間通風、室外空氣流動realizablek-8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(shè)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

14、風與空氣調(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(jié)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(guān)。Vent2014參考建筑通風效果測試與評價標準JGJ/T3092013,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：式中:V、z任何一點的平均風速和高度；Yr、Zr標準高度Zr處的平均風速VR和標準高度值，建

15、筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范GB50009-2001規(guī)定自然風場白標準高度取10m二.一一地面粗糙度指數(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)nA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)學控制方程，其一般形式如下表2所示：汽博一divPU=divi；gradS.:t該式中的小可以是速度、湍流

16、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Sjj連續(xù)性方程100x速度u%cPd+一exexeff_<exJ,cyr電、產(chǎn)eff丁<exJ+czeff_【exJy速度v%P.d1Jyex'ff?Q6yL0產(chǎn)eff二TQcz/n、ww產(chǎn)eff-【cyJz速度wNeff=以十色efft用心白IgZexf受'eff-<zzj工d+cyr色、efff<zzj十cz1Icw"邑effc<czJ_Pg湍流動能k0（kN仟kefGk+Gb-Pa湍流耗散a*ffeeff2Z2Ci名（Gk+C3&am

17、p;B）-C2-R名kk名稱變量s®溫度TPr0TStGktS2,S=.2SijSij-,Gb二t打-Tg二t：:yk2：C一Cr=0.0845,C1£=1.42,C2-1.68,C3utanhcrT=0.85,crC=0.7,0.63210.3679二-1.3929：0-1.3929q+2.3929r*2.3929其中a0=1.0。如果N«也f,則ak=a-eff1.393計算cF31-/0；2Rq*3)%其中“=Sk/w，”0=4.38，P=0.0122.7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般情況下，兩者的數(shù)學本質(zhì)及

18、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OVent2014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差分格式CFCU算需要將CF曲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/T3092013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

19、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(shè)置如表3所示。10表中的常數(shù)如下: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(jié)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(shè)定風向為SE（南偏東22.5）,風速為2.4m/s。

20、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11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/so可以看出：人行圖度處的風速基本都處于合理的范圍之內(nèi)，風速分布在0.25m/s3.25m/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12圖8-2建筑表面背風面壓力分布圖91.5米水平面風壓云圖13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(cè)和背風側(cè)壓力分布圖，圖9為1.5米水平面風壓云圖?？梢钥闯觯河L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。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(shè)定風向為NE（北偏西22.5）,風速為1.9m/s1）風速矢量圖圖10-1人行高度