建筑風環(huán)境模擬報告-小區(qū)建筑設計風環(huán)境評估報告模板

模擬概述1.1項目概況本工程位于XXX市XXX路，地理位置優(yōu)越，交通便利。擬建20棟高層住宅、30棟多層商業(yè)及配套用房，地下非機動車庫及地下機動車庫。該地塊總用地面積為20000m2，總建筑面積218694.72m2，計容面積182548m2，總建筑占地面200000m2，容積率1.80，建筑密度20%，綠地率30%。1.2風環(huán)境簡述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)會出現強風；如果這些強風區(qū)出現在建筑物入口、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。建筑合理布局是改善室外行人區(qū)熱舒適的關鍵；主要是避免在寒冷冬季室外行人區(qū)風速加速（西北風情況下），如風巷效應，同時在與西北風垂直方向最好增加裙房，加大底座尺寸，避免沖刷效應和邊角效應等，如圖2所示。調查統計顯示：在建筑周圍行人區(qū)，若平均風速V>5m/s的出現頻率小于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5m/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。表1是室外不同風速對人們活動的影響情況判別表。圖1室外空氣流動與建筑之間所產生的效用示意圖表1步行者受風影響情況判別表蒲氏風級名稱風速（m/s）風速（km/hr）效應1無風-輕風＜1.50-5.4平靜，無可察覺的風2輕風1.6-3.35.8-11.9臉頰上感覺到風的輕拂3微風3.4-5.412.2-19.4輕質旗幟招展，擾動頭發(fā)，衣襟飄動4和風5.5-7.919.8-28.4塵土揚起，紙片飛動，頭發(fā)吹亂5清風8.0-10.728.8-38.5身體可感覺到風力，雪被吹離地面，令人覺得愉快的地面風的上限6強風10.8-13.838.9-49.7舉傘困難，頭發(fā)被吹直，穩(wěn)步行走困難，耳邊的風聲令人不悅，吹離地面的風雪超過行人高度7疾風13.9-17.150.0-61.6行走覺得不便8大風17.2-20.761.9-74.5前行困難，在陣風中保持身體的平衡極度困難9烈風20.8-24.474.6-87.8人被陣風吹倒10狂風24.5-28.488.2-102.2拔樹，建筑物毀壞，陸上不常見因此在設計階段，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。1.3參考依據恒水鑫城項目室外風環(huán)境模擬主要參考資料為：《綠色建筑評價標準》GB/T50378-2014《江蘇省綠色建筑設計標準》DGJ32/T173-2014《民用建筑設計通則》GB50352-2005《民用建筑綠色設計規(guī)范》JGJ/T229-2010《民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》GB50736-2012委托方提供的項目總平面圖、建筑設計圖紙等圖紙資料委托方提供的其他相關資料1.4評價說明《綠色建筑評價標準》GB/T50378-2014第4.2.6條針對建筑室外風環(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，評價總分值為6分，并按下列規(guī)則分別評分并累計：在冬季典型風速和風向條件下，按下列規(guī)則分別評分并累計：1）建筑物周圍人行區(qū)風速小于5m/s，且室外風速放大系數小于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大于5Pa，得1分；2過渡季、夏季典型風速和風向條件下，按下列規(guī)則分別評分并累計：1）場地內人活動區(qū)不出現渦旋或無風區(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，的1分。條文達標判斷條件為：冬季以建筑物周圍人行區(qū)1.5m處實測風速低于5m/s判定為達標；夏季場地內人活動區(qū)不出現渦旋或無風區(qū)，50%以上可開啟外窗室內外表面的風壓差大于0.5Pa。恒水鑫城項目工程位于江蘇省如皋市，屬于夏熱冬冷地區(qū)。本報告對項目內參評建筑周邊風環(huán)境狀況的評價主要從室外風場分布情況及室外風環(huán)境對室內環(huán)境影響兩方面內容通過流場、風速、風壓三個因素進行分析。評價內容如下：冬季典型風速、風向條件下，建筑物周圍人行區(qū)距地1.5m高處，風速V<5m/s；且室外風速放大系數小于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；過渡季、夏季典型風速和風向條件下，場地內人員活動區(qū)不出現渦流或無風區(qū)；50%以上建筑的可開啟外窗室內外表面的風壓差大于0.5Pa。2技術路線本報告主要對恒水鑫城項目室外風場分布狀況及其對室內自然通風的影響進行分析，驗證其是否滿足《綠色建筑評價標準》GB/T50378-2014第4.2.6條“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?！?.1分析方法建筑物室外風環(huán)境的評價方法，目前有風洞試驗、網絡法及數值計算方法。風洞試驗是當前建筑室外風環(huán)境及風工程領域使用的主要方法，它是通過制作實際建筑物的縮尺模型在大氣邊界層風洞中進行的，通過必要的手段產生類似于實際建筑周圍的風場，然后通過布置在模型表面及其周圍的試驗儀器測量風速、風壓等相關數據，當前研究內容已經涵蓋了建筑物在不同地貌下以及各種體型的高層建筑的風壓風速分布研究以及不同高度比和相對位置的變化所產生的相互干擾影響。但是風洞試驗也存在著諸如模型制作費時費力，試驗周期較長，難以同時研究不同的建筑設計方案等缺點，而且縮小尺寸的試驗模型并不總是能反映全比例結構的各方面特征，另外，在測點布置、同步測壓等一系列問題上也有很多不足有待解決。網絡法是從宏觀角度對自然通風進行分析，主要用于自然通風建筑設計初期的風量預測。它利用質量、能量守恒等方程計算風壓和熱壓作用下的自然通風量。但由于網絡法不考慮房間內部的空氣流動形態(tài)對自然通風效果的影響，所以無法給出房間內部的空氣詳細流動情況分析。近年來隨著計算機技術的飛速發(fā)展，數值計算已成為評價方法的主流。而通風過程的數值模擬研究主要有節(jié)點法、數學模型法和計算流體力學法。計算流體力學（CFD）法因其快速簡便、準確有效、成本較低等優(yōu)點在越來越多的在工程問題得到使用，并逐漸成為有效的處理工程問題的手段，受到廣泛認可。CFD模擬是從微觀角度，針對某一區(qū)域或房間，利用質量、能量及動量守恒等基本方程對流場模型進行求解，分析其空氣流動狀況。采用CFD對自然通風模擬，主要用于自然通風風場布局優(yōu)化和室內流場分析，以及對象中庭這類高大空間的流場模擬，通過CFD提供的直觀詳細的信息，便于設計者對特定的房間或區(qū)域進行通風策略調整，使之更有效的實現自然通風。本報告采用計算流體力學（CFD）模擬技術對恒水鑫城項目周邊風環(huán)境進行模擬，報告中綜合考慮流場、風速、風壓三個因素，對該項目周邊的風環(huán)境狀況進行分析評價，并進一步為其室內自然通風適用性及舒適性分析提供參考數據。2.2湍流模型模擬中采用標準k-ε模型求解項目周邊的風環(huán)境狀況，涉及到的控制方程主要包括：連續(xù)性方程、動量方程、能量方程，可以寫成如下通用形式：該式中的φ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，其具體表現形式如表2所示。表2計算流體力學的控制方程名稱變量連續(xù)性方程100x速度y速度z速度湍流動能湍流耗散溫度表2中的常數如下：，，，，，，，，，，，由計算其中。如果，則，其中，，2.3幾何模型本報告根據委托方提供的建筑總平面圖，以及其他相關資料建立恒水鑫城項目周邊風環(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，我方將不予保證。分析模型中包括恒水鑫城項目所有建筑及周邊300米內所有建筑。模型中邊界尺寸選擇主要以不影響建筑群邊界氣流流動為準，邊界尺寸為區(qū)域長、寬、高的3倍以上，為1200m×1200m×150m（長×寬×高），模型中Z軸正方向設置為北向。計算網格劃分采用局部加密形式，建筑區(qū)域內的網格為0.15m×0.15m，外場網格為3m×3m，建筑高度方向，1.5m以內有3個網格，1.5m至到建筑高度處每3m一個網格，建筑高度以上每5m一個網格。模型及網格效果分別如圖2、圖3示。圖2XXX項目模型效果圖圖3XXX項目工程分析網格2.4參數設置來流邊界條件建筑來流方向風速為均勻分布，不同高度平面上的來流風速大小沿建筑高度方向按梯度遞增。模擬分析時按大氣邊界層理論設置來流風速，不同地形的風速梯度不同，如圖4所示。圖4不同地形大氣邊界層曲線圖因此，不同高度的風速不同，高度與風速的計算公式如下：式中：Vh—高度為h處的風速，m/s；V0—基準高度h0處的風速，m/s，一般取10m處的風速；n—指數，根據《建筑結構荷載規(guī)范》GB50009—2001，地面粗糙度可分為A、B、C、D四類：——A類指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)，指數為0.12；——B類指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)，指數為0.16；——C類指有密集建筑群的城市市區(qū)，指數為0.22；——D類指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)，指數為0.30；項目室外風環(huán)境模擬時根據室外場地狀況n值設置為0.22。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。收斂判斷本項目采用對項目進行室外風環(huán)境商用Airpak軟件模擬，湍流模型采用標準k-ε模型，離散方式采用二階迎風格式，根據夏季、過渡季、冬季的環(huán)境主導風向、風速對建筑方案周邊風環(huán)境進行模擬。方案中，考慮建筑周圍的相對位置、外形、已建建筑以及四周地形、地貌，并建立簡化室外風場模型。設置計算域計算步數為1000次，終止標準按連續(xù)性方程與動量方程殘差為1.0E-3以下，收斂曲線如圖5所示。圖5CFD計算的收斂曲線2.5氣候狀況如皋屬亞熱帶,屬東亞季風區(qū)的一部分。受太陽輻射和季風環(huán)流的影響，形成了冬季低溫少雨量夏季高溫多雨，四季分明的亞熱帶季風氣候。由于距海較近，受海洋調節(jié)較明顯，氣溫的日較差和年較差都較小。近海的位置使得如皋深受夏季風的影響，水汽充足，降水充沛，年降雨量在1000毫米以上。降水主要集中于夏季，但是，由于夏季風勢力各年強弱不等，因而降水量的年際變化較大。如皋地屬南通市，參考南通市氣象數據，南通站多年平均風速為3.0m/s，常年主導風向夏季是東南風（SE），冬季是北風（N）。根據《民用建筑供暖通風與空氣調節(jié)設計規(guī)范》GB50736-2012附錄，得出如皋市常年風向數據如表3。季節(jié)室外平均風速m/s風向夏季、過渡季3.0SE冬季3.0N表3如皋市風向數據3模擬結果分析3.1夏季及過渡季 最大風頻時，風向SE（東南風），風速3.0m/s流場圖6距地1.5m高度風速矢量圖圖6為夏季、過渡季典型風向SE（東南風）、典型風速3.0m/s時，恒水鑫城項目內距地1.5m高度處流場分布情況。圖中可見：場地內流場速度合理，分布范圍內風速比較均勻，通風效果良好，整個場地無明顯的渦旋和氣流死角，有利于場地內的熱量及污染物的擴散。風速圖7距地1.5m高度處風速云圖圖8距地1.5m高度處風速放大情況圖7為夏季、過渡季典型風向SE（東南風），典型風速3.0m/s時，恒水鑫城項目周圍距地面1.5m高度處風速云圖，等值線間距為0.375m/s。圖中可見：建筑的東南側（即迎風面）的風速約為1.8m/s；場地內部活動場地范圍內，大部分區(qū)域的風速位于0.2~2.2m/s之間；在建筑前排部分小區(qū)域出現風速放大情況，最大風速位于建筑的西南側，為2.7m/s，風速放大系數為1.53，整個小區(qū)迎風面風速較大為1.5-3.0m/s，后排建筑受到前排遮擋，風速衰減較快，風速為0.2-1.3m/s。風壓圖9為夏季主導風向SE（東南風）條件下，室外平均風速3.0m/s條件下，項目周邊距1.5m高度處風壓云圖，等值線間距為3Pa。圖中可見：建筑迎風面的壓力基本在10Pa左右，建筑的背風面壓力范圍-5~4Pa。場地內建筑迎風面與背風面壓差范圍在1.3~4.5Pa。圖9距地面1.5m高度處風壓圖（夏季、過渡季）圖10建筑迎風側立面風壓圖（夏季、過渡季）圖11建筑背風側立面風壓（夏季、過渡季）圖10、11顯示的是在夏季、過渡季典型風向SE（東南風）情況下，典型風速3.0m/s下,恒水鑫城項目南立面最大風壓為10Pa，背風面最小風壓為-5pa，建筑南立面的風壓值普遍高于北立面，南北立面的壓差范圍在1.3~4.5Pa，有利用建筑室內的自然通風。小結在夏季和過渡季典型風向SE（南），典型風速3.0m/s下，恒水鑫城項目周圍：流場：整個區(qū)域內流場分布都比較均勻，未出現明顯的無風區(qū)、渦流區(qū)，空氣品質良好。風速：整個區(qū)域內風速較穩(wěn)定，周邊人行區(qū)域1.5m高度處風速均在5m/s以下，風速放大系數最大值約為1.6，其他區(qū)域均小于2，有利于小區(qū)內行人活動，營造良好的室外風環(huán)境。風壓：區(qū)域內所有參評建筑迎風面與背風面風壓差均不大于5Pa，有利于夏季和過渡季節(jié)室內自然通風，帶走室內熱量和污濁物。3.2冬季最大風頻時，風向N（北風），風速3.0m/s流場圖12距地1.5m高度處風速矢量圖 圖12為冬季典型風向N（北風）典型風速3.0m/s時，距地1.5m高度處恒水鑫城項目周邊的流場分布情況。圖中可見：本項目人行區(qū)域通風順暢，來流風從建筑北面經建筑遮擋，在建筑群的北面中心空白區(qū)，風速在0.75m/s，通風順暢，有利于污染物排出，在建筑的南面，并未出現明顯旋渦，整體未出現大范圍無風區(qū)。風速圖13距地1.5m高度處風速云圖圖14距地1.5m高度處風速放大情況圖13為冬季典型風向N（北風），典型風速3.0m/s時，恒水鑫城項目周圍距地1.5m高度處風速云圖，等值線間距為0.3m/s。由圖可見：該項目建筑周圍風速較小，基本在0.1~2.5m/s之間。其中最大風速位于建筑北側，為3.3m/s，風速放大系數為1.48，其他區(qū)域風速放大系數均小于2，項目場地內周圍人行1.5m高度風速基本在5.0m/s以內，有利于廣場的行人活動，營造良好的外風環(huán)境。風壓圖15