室内自然通风模拟分析报告.doc

新余铜锣湾商业文化广场一期项目（S1、S2、S3）室内自然通风模拟分析报告项目名称：新余市铜锣湾商业文化广场一期委托单位：新余市铜锣湾广场投资有限公司咨询单位：江西省煜之扬建筑科技有限公司（盖章）负责人：赵思炯编制人：胥仁海校对人：赵腾飞审核人：赵思炯报告日期：2014-12-17目 录1. 模拟概述11.1项目概况11.2气候状况31.3通风概述31.4参考依据51.5评价说明62.技术路线72.1分析方法72.2湍流模型82.3几何模型102.4边界条件113. 模拟分析113.1 S1室内自然通风计算分析123.1.1流场123.1.2风速133.1.3空气龄143.1.4通风量153.2 S2室内自然通风计算分析153.2.1流场153.2.2风速163.2.3空气龄173.2.4通风量183.3 S3室内自然通风计算分析193.3.1流场193.3.2风速203.3.3空气龄213.3.4通风量224.结论22新余铜锣湾商业广场项目（S1、S2、S3）室内自然通风模拟分析报告1. 模拟概述2011年新余被列入全国节能减排财政政策综合示范城市，建筑绿色化作为节能减排六大任务之一。为了贯彻落实党中央国务院关于加强节能减排工作的战略部署，建设资源节约型、环境友好型社会，推动绿色建筑与建筑节能相关工作，指导本地区绿色建筑与建筑节能的设计、施工，打造绿色建筑与建筑节能新余模式，新余市出台了新余市绿色建筑管理办法，要求“新建国家机关办公建筑、大型公共建筑（单体建筑面积2万平方米以上）学校、医院、建筑面积15万平方米以上的住宅小区、土建和装修一体化设计和施工的建筑应当按照绿色建筑标准进行规划、设计及建设”。本项目列入该管理办法范围内。自然通风作为一种有效的被动式节能策略，不仅能利用可再生能源最大限度地降低不可再生能源的消耗，而且能改善室内空气品质，更大限度地位人们提供健康舒适的室内环境，符合绿色建筑的发展趋势，已经被越来越多的人所接受。1.1项目概况新余铜锣湾商业文化广场项目用地位于新余市仙来片区，北侧用地性质为商业用地，南侧用地性质为商住用地。地块西临渝州大道、南邻纬二路、北临喜盛街，交通便捷；规划总用地面积为82436，其中商业区规划用地面积为38382，住宅区规划用地面积为44054。总建筑面积为297408，其中商业地块建筑面积为149756，商业地块地上建筑面积115147，地下建筑面积34608。住宅地块建筑面积为147652，住宅地块地上建筑面积115685，地下建筑面积31966平方米。项目定位建成新余市仙来片区中高档的休闲商业区，以商业、休闲、餐饮为龙头，倡导“和谐、人性化”商业与生活融合的氛围，并将此主题贯穿和深化到项目整体的开发和运营之中。本次分析报告的目的是针对新余铜锣湾商业文化广场一期项目（S1、S2、S3、S5、S6、S7以及S8这这七棟建筑）的室外自然通风状况进行模拟，计算项目室外的通风效果，以及评价其是否满足绿色建筑评价标准的要求。图1 铜锣湾商业文化广场项目效果图1.2气候状况南昌市位于江西中部偏北，赣江、抚顺下游，濒临我国第一大淡水湖鄱阳湖西南岸。项目所在地属于亚热带湿润季风气候，气候湿润温和，日照充足，一年中夏冬季长，春秋季短，是典型的“夏炎冬寒”型气候，夏天炎热，有火炉之称，冬季较寒冷。1.3通风概述自然通风是利用风压和热压(烟囱效应)两种驱动力进行的通风，是当今生态建筑所普遍采用的一项重要技术措施。人们利用自然通风主要是利用其两大功能：1.通风降温(除湿)，借以改室内热环境(热舒适)状态；2.通风换气，借以改善室内空气质量状态(如增新风，排除各种有害气体等)。 风压产生的自然通风当风压的作用远大于热压作用，如当室外风速很大时，可只考虑风压作用。建筑迎风面和背风面的风压差促使空气从处于迎风面的风口进入室内而从背风面的风口排出，从而形成风力驱动的自然通风。建筑物周围的风压分布与建筑的几何形状和室外风向有关。风向一定时，建筑物外围结构上某一点的风压值可用式（1）表示： （1）式中：为风压值， ，为空气动力系数，与建筑形状和风向相对应，通常由风洞模型实验确定；为室外空气密度，； 为未受扰动来流速度，。由于风速在近地层随高度有较大的变化，平均风速随高度变化的规律可用指数函数来描述，其表达式如式（2）所示。 （2）式中： 为高度处的风速， ；为任一点的高度，；为标准高度(常取 10m)处的平均风速，；为地面粗糙系数，其值根据建筑结构荷载规范GB 500092001，地面粗糙度可分为A、B、C、D 四类：A 类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，指数为0.12；B 类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区，指数为0.16；C 类指有密集建筑群的城市市区，指数为0.22；D 类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区，指数为0.30；热压产生的自然通风当风压作用比热压作用弱，例如当室外风速很小而室内外温差很大时，可只考虑热压作用. 当室内外空气存在密度差时，密度小的空气向上运动，密度大的空气向下运动而形成的自然通风，称热压作用的自然通风. 在建筑内，由人体、灯光、设备、太阳辐射等产生大量的热，当室外空气温度低于室内温度时，可以利用热压的抽吸作用或烟囱效应将室外空气引入室内。热压是由室内外密度差引起的。热空气上升从建筑上部风口排出，室外新鲜的冷空气从建筑底部被吸人，热压作用与进排风口高度差的关系可以用式(3)表示。 （3） 式中：为热压作用， ；为室外空气密度，；为进排风口高度差，；为空气膨胀系数；，分别为室内外温度平均值，。综合作用下的自然通风利用风压和热压来进行自然通风往往是互为补充，密不可分的。但到目前为止，为了更准确地预测风压和热压什么时候加强什么时候削弱，热压和风压综合作用下的自然通风机理还在探索之中。通常可用式(4)来计算综合作用时的通风量。 （4）式中：为综合作用时的通风量，；为风压单独作用下通风量，；为热压单独作用下通风量，。根据项目室外风环境模拟结果可知，风驰新能源办公大楼项目各季节的建筑前后压差都较有利于室内利用自然通风，故本项目主要考虑风压通风，通过设置外窗开启扇实现被动式通风节能。1.4参考依据新余铜锣湾商业文化广场一期项目室内风环境模拟主要参考资料为：江西省绿色建筑评价标准（试行）DB 36/J001-2010绿色建筑评价标准GB/T 503782006民用建筑设计通则GB 503522005办公建筑设计规范JGJ 67-2006采暖通风与空气调节设计规范GB 50019-2003室内空气质量标准GB/T 18883-2002建筑结构荷载规范GB 500092001中国建筑热环境分析专用气象数据集委托方提供的新余铜锣湾商业文化广场一期项目建筑设计图纸委托方提供的其他相关资料1.5评价说明新余铜锣湾商业文化广场一期项目S1、S2、S3、S5、S6、S7以及S8参评绿色建筑，江西绿色建筑评价标准（试行）第5.2.7条对自然通风设计提出了明确的相关要求。“5.2.7建筑总平面设计有利于冬季日照并避开冬季主导风向，夏季利于自然通风。”（一般项）条文相关具体要求如下：1）简要说明建筑朝向和布局的设计原则；2）当地气候条件特点的概述，以及在建筑朝向、布局设计时如何考虑冬季获得足够的日照并避开主导风向、夏季利用自然通风，并防止太阳辐射和暴风雨的袭击等；3）概述自然通风效果优化模拟计算结论。4）在自然通风条件下，保证主要功能房间换气次数不低于2 次/h（基本要求）；5）室内空气的流速基本保持在01.4 m/s之间（舒适要求）。其中建筑总平面设计有利于冬季日照并避开冬季主导风向，夏季利于自然通风。在自然通风条件下，保证室内主要功能房间换气次数不低于2 次/h为基本要求，室内空气的流速基本保持在01.4 m/s之间为舒适要求。2.技术路线本报告主要对新余铜锣湾商业文化广场一期项目S1、S2以及S3室内主要功能房间室内空气的流速进行模拟分析，验证其室内自然通风效果是否满足江西绿色建筑评价标准（试行）第5.2.7条一般项要求“建筑总平面设计有利于冬季日照并避开冬季主导风向，夏季利于自然通风。”，模拟分析时根据本项目室外风环境模拟计算结果设定边界条件。2.1分析方法建筑室内通风的预测方法目前主要有区域模型、模型实验以及计算流体力学方法。区域模型是将房间划分为一些有限的宏观区域，认为区域内的相关参数如温度、浓度相等，通过建立各区域的质量和能量守恒方程得到房间的温度分布以及流动情况，实际上模拟得到的还只是一种相对“精确”的集总结果，且在机械通风中的应用还存在较多问题。模型实验属于实验方法，需要较长的实验周期和昂贵的实验费用，搭建实验模型耗资很大，且对于不同的条件，可能还需要多个实验，耗资更多，周期也长达数月以上，难以在工程设计中广泛采用。而且，为了满足所有模型实验要求的相似准则，其要求的实验条件可能也难以实现。CFD模拟是从微观角度，针对某一区域或房间，利用质量、能量及动量守恒等基本方程对流场模型进行求解，分析其空气流动状况。采用CFD对自然通风模拟，主要用于自然通风风场布局优化和室内流场分析，以及对象中庭这类高大空间的流场模拟，通过CFD提供的直观详细的信息，便于设计者对特定的房间或区域进行通风策略调整，使之更有效的实现自然通风。本报告采用CFD手段对新余铜锣湾商业文化广场一期项目S1、S2以及S3室内主要功能房间的自然通风效果进行模拟。报告中综合考虑流场、风速以及空气龄对项目室内自然通风状况进行分析评价。2.2湍流模型模拟中采用标准-模型求解新余铜锣湾商业文化广场一期项目S1、S2以及S3室内自然通风状况，涉及到的控制方程主要包括：连续性方程、动量方程、能量方程，可以写成如下通用形式（5）： （5）该式中的可以是速度、湍流动能、湍流耗散率以及温度等。针对不同的方程，其具体表现形式如表 1。表 1 计算流体力学的控制方程名称变量连续性方程100x 速度y 速度z 速度湍流动能湍流耗散温度表 1中的常数如下：， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 由 计算其中 。如果 ，则 ， 其中 ， ， 尽管室内自然通风流速较低，但在复杂的边界条件下，室内气流呈现为湍流状态。本报告采用k-湍流模型，该模型已经得到了大量工程应用的验证，可靠性高。自然对流中，浮升力起主导作用，所以动量方程中密度的变化采用Boussinesq假设处理，即输入一个空气的膨胀系数，近似认为密度的变化与温度的变化成线性关系，满足式（6）：21/1+(t1-t2) （6）其中，为膨胀系数。2.3几何模型本报告根据委托方提供的建筑设计图纸以及其他相关资料建立新余铜锣湾商业文化广场一期项目S1、S2以及S3室内自然通风模拟模型，模型中通风开口尺寸按照可开启部分有效面积设置。若由于委托方提供资料不实或方案变化而导致分析差错，我方将不予保证。本次报告主要分析S1、S2以及S3的典型层室内气流组织，主要分析办公、会议等主要功能空间，卫生间、电梯等非主要功能空间不在本次分析范围内。模型如Error! Reference source not found.2-7所示。 图 2 S1-F6几何计算模型 图 3 S1-F12几何计算模型 图 4 S2-F6几何计算模型 图 5 S2-F12几何计算模型 图 6 S3-F7几何计算模型 图 7 S3-F14几何计算模型2.4边界条件本报告主要对新余铜锣湾商业文化广场一期项目S1、S2以及S3室内主要功能空间的自然通风状况进行模拟分析。根据本项目室外风环境模拟结果，对计算区域的四个自由边界进行取值定义，取值情况详见表2。表 2 自由边界情况分布 楼层流出边界(Pa)S1F6-0.4-0.91.30.8F12-0.9-1.21.50.6S2F6-0.8-1.11.60.3F12-0.7-1.41.40.3S3F7-0.6-1.61.80.5F14-0.5-1.31.70.43. 模拟分析3.1 S1室内自然通风计算分析3.1.1流场图8 距6层楼面1.2 m高度流场分布图9 距12层楼面1.2 m高度流场分布Error! Reference source not found.9为距楼面1.2 m（坐姿呼吸区）高度处的流场分布情况。图中可见：建筑两侧风口位置的分布利于“穿堂风”的形成，部分位置气流受内墙阻挡产生涡流，大部分区域气流分布均匀。总体上说，各主要功能房间室内气流都较强，通风效果较好。3.1.2风速图10 距6层楼面1.2 m高度风速分布图11 距12层楼面1.2 m高度风速分布图10图11为距楼面1.2 m（坐姿呼吸区）高度处的风速分布情况。图中可见：局部风速较大，约在0.61.2 m/s之间，其他部分区域的风速相对较小，基本在0.3 m/s以下。总体上看，风速较大区域，可以通过关闭部分风口来调节是内风速。风速在1.4 m/s以上的区域，可以通过调节外窗的开启状态来调节室内风速，以达到非空调情况下室内舒适风速要求。3.1.3空气龄图12 距6层楼面1.2 m高度空气龄分布图13 距12层楼面1.2 m高度空气龄分布图12图13各层楼面1.2 m（坐姿呼吸区）高度处的空气龄分布情况。图中可见：各层建筑平面区域空气龄在200s以内。总体上看，各层区域均能保证室内的空气质量，主要功能房间通风效果相对较优。3.1.4通风量经统计，在门窗可开启部分均开启时，各楼层室内主要功能空间的整体通风量情况见表3，各层均满足在自然通风条件下保证主要功能房间换气次数不低于2 次/h的要求。表 3 通风量情况分析（）通风量（）换气次数（）F62814.04859.4490979676F122814.04861.9713337793.2 S2室内自然通风计算分析3.2.1流场图14 距6层楼面1.2 m高度流场分布图15 距12层楼面1.2 m高度流场分布Error! Reference source not found.4Error! Reference source not found.5为距楼面1.2 m（坐姿呼吸区）高度处的流场分布情况。图中可见：建筑两侧风口位置的分布利于“穿堂风”的形成，部分位置气流受内墙阻挡产生涡流，大部分区域气流分布均匀。总体上说，各主要功能房间室内气流都较强，通风效果较好。3.2.2风速图16 距6层楼面1.2 m高度风速分布图17 距12层楼面1.2 m高度风速分布图16图17为距楼面1.2 m（坐姿呼吸区）高度处的风速分布情况。图中可见：局部风速较大，约在0.61.2 m/s之间，其他部分区域的风速相对较小，基本在0.3 m/s以下。总体上看，风速较大区域，可以通过关闭部分风口来调节是内风速。风速在1.4 m/s以上的区域，可以通过调节外窗的开启状态来调节室内风速，以达到非空调情况下室内舒适风速要求。3.2.3空气龄图18 距6层楼面1.2 m高度空气龄分布图19 距12层楼面1.2 m高度空气龄分布图18图19各层楼面1.2 m（坐姿呼吸区）高度处的空气龄分布情况。图中可见：各层建筑平面区域空气龄在200s以内。总体上看，各层区域均能保证室内的空气质量，主要功能房间通风效果相对较优。3.2.4通风量经统计，在门窗可开启部分均开启时，各楼层室内主要功能空间的整体通风量情况见表4，各层均满足在自然通风条件下保证主要功能房间换气次数不低于2 次/h的要求。表 4 通风量情况分析（）通风量（）换气次数（）F62857.9265.6541941882F122857.9265.65419418823.3 S3室内自然通风计算分析3.3.1流场图20 距6层楼面1.2 m高度流场分布图21 距12层楼面1.2 m高度流场分布Error! Reference source not found.021为距楼面1.2 m（坐姿呼吸区）高度处的流场分布情况。图中可见：建筑两侧风口位置的分布利于“穿堂风”的形成，部分位置气流受内墙阻挡产生涡流，大部分区域气流分布均匀。总体上说，各主要功能房间室内气流都较强，通风效果较好。3.3.2风速图22 距6层楼面1.2 m高度风速分布图23 距12层楼面1.2 m高度风速分布图22图23为距楼面1.2 m（坐姿呼吸区）高度处的风速分布情况。图中可见：局部风速较大，约在0.61.2 m/s之间，其他部分区域的风速相对较小，基本在0.3 m/s以下。总体上看，风速较大区域，可以通过关闭部分风口来调节是内风速。风速在1.4 m/s以上的