XX工程室外風(fēng)環(huán)境模擬

室外自然通風(fēng)模擬分析報(bào)告項(xiàng)目名稱：XX工程（棚戶區(qū)改造工程）委托單位：咨詢單位：計(jì)算人：核對人：審核人：報(bào)告日期聲明：l、本報(bào)告咨詢單位未蓋章無效；2、本報(bào)告經(jīng)涂改和復(fù)印均無效：3、本報(bào)告僅用于指定項(xiàng)目，非本項(xiàng)目無效

目錄一、項(xiàng)目概述…………ll項(xiàng)目概況………12項(xiàng)目氣象資料………………13評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)……………………14參考依據(jù)……………………二、技術(shù)路線………21分折方法……………………22集合建模及網(wǎng)格劃分………22l來流風(fēng)速分布……………222平均風(fēng)速的指數(shù)律分布…………………233出流面的邊界條件…………234壁面的邊界條件…………235控制方程的選取…………三、模擬結(jié)果………31夏季工況……………………3l_l風(fēng)速評價(jià)?！?12風(fēng)壓評價(jià)…………………32冬季工況……………………32.1風(fēng)速評價(jià)…………………3.22風(fēng)壓評價(jià)…………………四、結(jié)論……………一、項(xiàng)目概述1.1項(xiàng)目概況項(xiàng)目名稱：XX工程（棚戶區(qū)改造工程）建設(shè)單位：威海臨港區(qū)XXXXXXXX有限公司。建設(shè)地點(diǎn)：本項(xiàng)目用地位于威海臨港經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)中心位置，地理?xiàng)l件優(yōu)越。本項(xiàng)目整體用地四面臨路，北臨XX路，南臨XX路，東向是XX路，西向是XX路，交通便利，具有良好的交通環(huán)境，地塊中間有水系穿過，增加了地塊的景觀要素。本研究的目的是建筑物室外自然通風(fēng)狀況進(jìn)行模擬，計(jì)算其室外的通風(fēng)效果，以評價(jià)其是否滿足綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求。效果圖1.2項(xiàng)目氣象資料威海市屬于北溫帶季風(fēng)型大陸性氣候，四季變化和季風(fēng)進(jìn)退都較明顯。與同緯度的內(nèi)陸地區(qū)相比，具有雨水豐富、年溫適中、氣候溫和的特點(diǎn)。威海市大陸度為54.1%，由于瀕臨黃海，受海洋的調(diào)節(jié)作用，表現(xiàn)出春冷、夏涼、秋暖、冬溫，晝夜溫差小、無霜期長、大風(fēng)多和濕度大等海洋性氣候特點(diǎn)。夏季盛行主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾WW，風(fēng)速為4.2m/s冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镹NW，風(fēng)速為7.3m/s。因此，本項(xiàng)目研究夏季、冬季的主導(dǎo)風(fēng)向進(jìn)行分析。1.3評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)本報(bào)告主要對XX工程（棚戶區(qū)改造工程）的室外自然通風(fēng)狀況進(jìn)行模擬分析?！毒G色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50378-2014第5.2.6條：場地內(nèi)風(fēng)環(huán)境有利于室外行走、活動舒適和建筑的自然通風(fēng)，評價(jià)總分值為6分，并按下列規(guī)則分別評分并累計(jì)：1在冬季典型風(fēng)速和風(fēng)向條件下，按下列規(guī)則分別評分并累計(jì)：1)建筑物周圍人行區(qū)風(fēng)速小于5m/s，且室外風(fēng)速放大系數(shù)小于2，得2分；2)除迎風(fēng)第一排建筑外，建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面表面風(fēng)壓差不大于5Pa，得1分；2過渡季、夏季典型風(fēng)速和風(fēng)向條件下，按下列規(guī)則分別評分并累計(jì)：場地內(nèi)人活動區(qū)不出現(xiàn)渦旋或無風(fēng)區(qū)，得2分；2)50%以上可開啟外窗室內(nèi)外表面的風(fēng)壓差大于0.5Pa，得1分。1.4參考依據(jù)《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50378-2014《綠色建筑評價(jià)技術(shù)細(xì)則》《民用建筑設(shè)計(jì)通則》GB50352-2005《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50019-2003《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50736-2012《中等熱環(huán)境PMV和PPD指數(shù)的測定及熱舒適條件的規(guī)定》GB／T18049-2000委托方提供的建筑總平面圖、建筑設(shè)計(jì)圖紙等圖紙資料委托方提供的其他相關(guān)資料總平面圖二、技術(shù)路線本報(bào)告主要針對該項(xiàng)目進(jìn)行室外自然通風(fēng)狀況模擬分析。2.1分析方法本研究的方法采用計(jì)算流體動力學(xué)(CFD)分析方法，計(jì)算軟件采用目前國內(nèi)領(lǐng)先的綠建OVEN2014軟件實(shí)現(xiàn)。OVEN2014通風(fēng)軟件以其模擬復(fù)雜流動現(xiàn)象的強(qiáng)大功能、人機(jī)對話式的界面操作以及直觀清晰的流場顯示引起了人們的廣大關(guān)注。計(jì)算流體力學(xué)在20世紀(jì)80年代左右取得了不少重大進(jìn)展，多層網(wǎng)格與殘差光順等加速收斂技術(shù)有效地減少了三維流動模擬的巨大計(jì)算工作量，而在低速不可壓流動方面，利用人工可壓縮性方法與壓力校正法等對納維爾～斯托克斯方程組（N-S方程組）的直接求解取代了局限性很大的流函數(shù)一渦量法等傳統(tǒng)解法，從而促進(jìn)了CFD技術(shù)向流體傳熱、多相流、燃燒與化學(xué)反應(yīng)等領(lǐng)域迅速擴(kuò)展與深入。這些進(jìn)展也為通用軟件的發(fā)展奠定了良好的理論基礎(chǔ)。雖然CFD軟件種類繁多，但其結(jié)構(gòu)基本一致，由前處理器(Preproccssor)、求解器（Solver)及后處理器(Post-processor)等三大模塊組成。各模塊的作用，分別表述如下。前處理器：建立描述問題的幾何模型（或者由CAO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。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。OVEN2014室外風(fēng)環(huán)境模擬軟件是北京綠建軟件公司針對綠色建筑室外風(fēng)環(huán)境分析的要求量身定做。軟件基于AutoCAD平臺，集成了建模、網(wǎng)格劃分、流場分析和結(jié)果瀏覽等功能于一體。軟件操作簡單，極易上手。2.2集合建模及網(wǎng)格劃分利用CFD對建筑風(fēng)環(huán)境進(jìn)行評價(jià)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(gè)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。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OVEN2014提供的基本建模模塊，快速得到分析需要的模型，如下圖所示。信息模型2.3來流風(fēng)速分布當(dāng)氣流穿過不同的地區(qū)和地形特（如海洋、陸地、平原、山地、森林、城市等）時(shí)，會產(chǎn)生摩擦力而使風(fēng)的能量減少t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(shí)，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1000米）范圍內(nèi)均屬于大氣邊界層的范圍，所以這個(gè)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。2.4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）式巾：為高度Z處的水平方向風(fēng)速：為參考高度處的風(fēng)速：m為由地形粗糙度所決定的冪指數(shù)。參照《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009，本文中的地形粗糙度m取值為0.162.5出流面的邊界條件假定出流面上的流動已充分發(fā)展，流動已恢復(fù)為無建筑物阻礙時(shí)的正常流動，故其出口邊界采用局部單向化處理。2.6壁面的邊界條件建筑物表面采用壁面函數(shù)法進(jìn)行處理。2.7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)K一e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)k—s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(gè)：連續(xù)性方程：(2-2)動量方程：(2-3)湍流動能k方程：（2-4）耗散率方程：（2-5）

三、模擬結(jié)果3.1夏季工況3.1.1風(fēng)速評價(jià)在4.3m/s的SSW風(fēng)場下，建筑室外1.5米高度處的風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果，分別是：圖3-1-1風(fēng)速云圖，圖3-1-2風(fēng)速矢量圖，圖3-1-3風(fēng)速放大系數(shù)云圖。綜合圖中所示，分析區(qū)域室外最高風(fēng)速約為7.5m/s左右，分布在整個(gè)片區(qū)東南角部分G5偉業(yè)大廈周邊區(qū)域，除此區(qū)域外，其他居住區(qū)部分風(fēng)速均比較適中，人行區(qū)域主要分部在1~5m/s范圍，住區(qū)內(nèi)人行區(qū)域的主干道內(nèi)通過總圖分析基本不存在旋窩或無風(fēng)區(qū)。3.1.2風(fēng)壓評價(jià)圖3-1-4是在4.3m/s的SW風(fēng)場下，該建筑室外1.5米高度處的壓力云圖。由圖可見，在夏季工況下，住區(qū)內(nèi)建筑兩側(cè)大部分都有明顯的風(fēng)壓差，且大于0.5Pa的可開啟外窗比例大于50%。滿足綠色建筑設(shè)計(jì)要求。

圖3-1-1夏季風(fēng)速云圖圖3-1-3夏季風(fēng)速放大系數(shù)云圖圖3-1-2夏季風(fēng)速矢量圖圖3-1-4夏季三維壓力云圖3.2冬季工況3.2.1風(fēng)速評價(jià)在7.3m/s的NNW風(fēng)場下，建筑室外1.5米高度處的風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果，分別是：圖3-3-1風(fēng)速云圖，圖3-3-2風(fēng)速矢量圖，圖3-3-3風(fēng)速放大系數(shù)云圖。綜合圖中所示，分析區(qū)域最大風(fēng)速區(qū)域分布在整個(gè)片區(qū)東南角部分G5偉業(yè)大廈周邊區(qū)域，最大風(fēng)速9.52米。除此之外，居住區(qū)內(nèi)建筑周圍人行區(qū)域風(fēng)速均較小，人行區(qū)域內(nèi)風(fēng)速多數(shù)不大于5m/s。分析區(qū)域最大風(fēng)速放大系數(shù)同樣分布在整個(gè)片區(qū)東南角部分G5偉業(yè)大廈周邊區(qū)域，數(shù)值為2.2左右，除此處之外的居住區(qū)域，風(fēng)速放大系數(shù)均不大于2m/s，因冬季自然風(fēng)速已經(jīng)大于7.5。從上述分析得出，在7.3m/s的NNW風(fēng)場下，建筑周圍人行區(qū)域風(fēng)速小于5m/s且風(fēng)速放大系數(shù)不大于2，滿足綠色建筑設(shè)計(jì)要求。3.2.2風(fēng)壓評價(jià)圖3-3-4是在7.3m/s的NNW風(fēng)場下，該建筑1.5米高度處的壓力云圖。由圖可見，除迎風(fēng)第一排建筑外，建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面表面壓差不大于5Pa。迎風(fēng)面的建筑兩側(cè)壓差較大，容易引起室內(nèi)的冷風(fēng)滲透，所以在設(shè)計(jì)過程中要注意此處房間門窗的密閉性。圖3-3-1冬季風(fēng)速云圖圖3-3-3冬季風(fēng)速放大系數(shù)云圖圖3-3-2冬季速度矢量圖圖3-3-5冬季三維壓力云圖

四、結(jié)論本報(bào)告通過對XX工程（棚戶區(qū)改造工程）的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并通過模擬計(jì)算可得以下結(jié)論：滿足《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/