黑瞎子岛植物园建筑风环境分析

1、第三届工程建设计算机应用创新论坛论文集 上海2011黑瞎子岛植物园建筑风环境分析胡洪1陆扬扬2苏骏11 上海建建筑设计计研究院院有限公公司 22上海现现代建筑筑设计（集集团）有有限公司司【摘要】BBIM技技术近年年来发展展迅速。黑黑瞎子植植物园在在建筑设设计初期期就成功功地引入入了BIIM技术术。而在在建筑风风环境设设计中，CCFD技技术应用用广泛。本本文着重重介绍了了CFDD技术结结合BIIM技术术的切入入和应用用，并对对植物园园室外风风环境、室室内自然然通风、空空调流场场及热舒舒适性等等进行了了模拟计计算。根根据模拟拟的建筑筑风环境境动态调调整和优优化建筑筑布局和和朝向，优优化建筑筑布局。

2、同同时，根根据CFFD的室室内温湿湿度场计计算，校校核植物物生长条条件需求求，采用用局部空空气调节节以实现现节能。【关键字】BIMMCFDD 建筑筑风环境境热舒适适环境优优化设计计Analyysiss onn thhe WWindd Ennvirronmmentt off Heei XXia-zi BBotaaniccal GGarddenHU Hoong11, LUU Yaang22, SUU Juun11Shannghaai IInsttituute of Arcchittectturaal DDesiign andd Reeseaarchh2Shannghaai XXIANNDAII A

3、rrchiiteccturral Dessignn GrrouppAbstrract:BIIM ttechhnollogyy haas ddeveelopped rappidlly iin rreceent yeaars. Annd tthe BIMM teechnnoloogy wass suucceessffullly iintrroduucedd too Heei XXia-zi BBotaaniccal Garrdenn inn eaarlyy arrchiiteccturral dessignn. CCFD tecchnoologgy iis wwideely useed iin t

4、the arcchittectturaal ddesiign of buiildiing winnd eenviironnmennt. Thee thhesiis iis ffocuus oon tthe inttrodducttionn off thhe aappllicaatioon oof CCFD tecchnoologgy ccombbinaatioon wwithh BIIM ttechhnollogyy.Thhe bbuilldinng wwindd ennvirronmmenttoutt siide ,thhe iindooor natturaal vventtilaatioo

5、n aand thee inndooor aair floow ffielld wweree caalcuulatted outt byy CFFD ssofttwarre ppackkagee. AAccoordiing to thee coompuutattionn reesullts,Heii Xiia-zzi bbuilldinng llayoout wass addjusstedd dyynammicllytoo opptimmizee thhe ddesiign. Meeanwwhille, acccorddingg too CFFD ccalcculaatioon oof iin

6、dooor temmperratuure andd huumiddityy fiieldds aand cheeckiing thee coondiitioons of plaant groowthh neeedss, tthe loccal airr coondiitiooninng ttechhnollogyy waas uusedd too saave eneergyy.Keywoordss:BIIM; CFDD; Buuilddingg Windd Enviironnmennt; Commforrtabble Therrmall Enviironnmennt; Opttimaal DD

7、esiign1.工程概概况黑龙江省黑黑瞎子岛岛植物园园位于我我国东北北地区，黑黑龙江省省抚远县县黑瞎子子岛主岛岛上，黑黑瞎子岛岛部分处处于我国国的最东东方。本本工程为为岛上独独立植物物园，建建筑面积积约1992844m2，包括括地上展展览温室室建筑面面积约997844m2，地下下附属用用房建筑筑面积约约95000m22。展览览温室用用以展示示生长在在不同地地域和气气候条件件的植物物及其生生存环境境。图1 黑瞎子岛地理位置2.地理与与气象环环境图1 黑瞎子岛地理位置黑瞎子岛位位于E113427,N488 17，海拔拔高度881.22米，夏夏季主导导风向为为西南风风，2.9m/s，当当地大气气压力

8、为为9944.1kkPa。由于地球上上各区域域的不同同纬度和和太阳方方位角使使得其接接受太阳阳辐射热热量不同同，再加加上地球球自转，大大气环流流形成，进进而形成成地球宏宏观气候候；而近近地面地地区生物物的生存存、人对对自然资资源的利利用与开开发、各各种建造造活动等等人为因因素影响响等，影影响了区区域性生生态，改改变了大大气中各各物质的的组成结结构，使使局部气气候状况况出现变变化，进进而形成成了特定定地区的的微观气气候特征征。而建建筑的形形成受宏宏观气候候与区域域微观气气候的共共同作用用，气候候差异性性在不同同地区建建筑特征征上呈现现出一定定的多样样性11-3。展览温室是是由人工工控制的的、展示

9、示生长在在不同地地域和气气候条件件的植物物及其生生存环境境的空间间，而不不同地域域和气候候条件下下的植物物要求不不同的生生存环境境。为此此，采用用空气调调节技术术对展览览温室内内部环境境进行调调节，即即通过科科学技术术手段，以以空调、采采暖、通通风等技技术措施施来模拟拟展览植植物原生生长地的的温度、相相对湿度度、通风风状况和和CO2浓度，再再造展览览植物的的原长地地生态环环境，营营造植物物健康成成长的室室内环境境，同时时保证全全年公众众观园游游览、学学习认识识的舒适适性。3.室外风风环境不同区域条条件存在在不同的的风环境境状况，室室外风环环境这一一气候因因子直接接影响到到建筑的的布局、形形体、

10、围围护结构构的产生生以及相相关技术术的选择择4。为此此，在建建筑方案案初期就就充分考考虑到建建筑体得得朝向，结结合CFFD技术术来达到到优化设设计的目目的。建立了建筑筑体的BBIM模模型，并并利用模模型生成成CFDD需要的的分析模模型，导导入CFFD相关关软件进进行网格格划分、边边界条件件指定和和流场计计算。并并在计算算过程中中动态调调整流场场的建筑筑体的朝朝向，使使建筑布布局充分分迎合当当地夏季季主导风风向，以以此加强强建筑内内部自然然通风效效果。计计算所得得的室外外风场矢矢量图和和云图如如图2、图图3所示示。图2 黑瞎瞎子植物物园室外外风矢量量图图3 黑瞎瞎子植物物园室外外风云图图和等值值

11、线图从室外风速速矢量图图和风速速云图来来看，夏夏季的主主导风西西南风迎迎建筑西西南面吹吹来，此此时建筑筑下部窗窗户和EETFEE膜同时时开启，引引导空气气穿越为为室内导导风，很很好地加加强了室室内自然然通风效效果；建建筑外部部椭球形形表面使使得室外外风自然然分流，绕绕建筑表表面两侧侧前行，并并在椭球球中后部部出现边边界层分分离，两两股气流流交汇前前行。整整个建筑筑外部区区域没有有出现大大的旋涡涡和气流流死角，这这样很好好地避免免了热量量在此堆堆积，及及时将建建筑外部部余热带带走，避避免产生生局部热热堆积效效应；同同时也避避免了旋旋涡区域域空气停停留聚集集，加强强了建筑筑外部通通风换气气，为建建

12、筑营造造一个良良好的室室外通风风环境。4.室内平平面通风风与空气气调节4.1室内内平面通通风在夏季和过过度季节节，采用用可开启启ETFFE膜进行自自然通风风，同时时顶部适适当遮荫荫，满足足夏季植植物区降降温要求求；在建建筑下、中中部设置置可开启启侧窗引引风，顶顶部天窗窗排风，开开窗面积积为建筑筑面积114%，利用室室外风力力所造成成的风压压以及室室内外温温度差所所造成的的热压来来实现自自然通风风换气，这这一过程程不仅引引入了大大量室外外新风提提高了室室内舒适适程度，同同时使室室外风通通过温室室植物区区，带走走温室热量量，达到到自然通通风降温温的目的的，大大大降低了了建筑空空调能耗耗。图4 黑瞎

13、瞎子植物物园室内内自然通通风平面面图从室内Z=1.55米标高高平面自自然通风风矢量图图来看，室室外风通通过外窗窗和可开开启ETTFE膜膜进入室室内，外外窗和可可开启EETFEE膜起到到很好地地导风作作用，促促使室外外自然风风进入室室内各植植物区，为为植物呼呼吸带来来新鲜空空气的同同时，带带走了室室内的热热量，使使得植物物处于一一个适宜宜的热湿湿风环境境下，保保证植物物的健康康成长；同时，室室内各区区域自然然风在各各植物区区域流动动畅通，没没有出现现大的旋旋涡和气气流死角角，这样样很好地地避免了了污浊空空气和粉粉尘在房房间内聚聚集，及及时将其其排出室室外，保保证了植植物区和和人员活活动区域域的空

14、气气品质。4.2 室室内空气气调节图5夏季热热带植物物区1.5米标标高平面面温度分分布展览温室是是以热带带、亚热热带及其其他具有有特殊气气候或地地域的植植物种类类为主要要对象，根根据植物物生长需需求，夏夏季植物物区温度度保持335以下便便可不影影响其生生长，所所以从节节约能源源出发，并并征询有有关植物物学专家家意见，温温室内空空调仅对对人行道道进行局局部区域域空调，保保证游人人区域适适当的舒舒适性。如如图5中中，热带带植物区区区域的的人行道道地面布布置了空空调送风风口。人人行道空空调送风风采用全全新风机机器露点点送风，夏夏季新风风处理到到温度220。1.5米高高度是人人体活动动的重要要范围，其

15、其范围内内的温湿湿度直接接关系到到人体舒舒适，为为此，此此区域的的风速和和温度需需要我们们重点考考虑。图图中给出出了1.5米标标高处室室内温度度分布云云图，从从图中温温度分布布来看，人人体主要要活动的的道路范范围内，温温度基本本维持在在23-26度度左右，这这一范围围正好能能满足人人体的舒舒适性需需求；而而道路两两侧的温温度相对对较高一一些，平平均约为为28-30度度左右，这这一温度度范围也也是植物物生产需需求的合合适温度度区域。从温度分布布云图可可以看出出，路面面下送风风形式仅仅仅对温温室内人人体活动动的小部部分范围围(道路)进行局局部空气气调节，保保证人体体舒适性性，同时时也达到到满足植植

16、物生产产的合适适温度需需求。这这样设计计的路面面送风“置置换式(通风)”形式式不仅达达到了设设计得目目的，而而且起到到了很好好的节能能效果。5.剖面风风与热环环境新鲜空气从从开启的的门窗进进入，利利用热压压通风和和风压通通风实现现自然通通风，排排出的空空气在中中庭上空空汇合，从从顶部可可开启天天窗拔出出。中庭庭天窗出出口空气气在太阳阳直接辐辐射作用用下温度度进一步步升高，同同时反作作用于出出口处，加加强了天天窗拔风风效果。图6 室内内剖面风风速矢量量图图7 室内内剖面温温度分布布从剖面温度度分布来来看，路路面下送送风置换换式通风风形式取取得的效效果更为为直观、更更明显。室室内出现现了明显显的温

17、度度分层，梯梯度十分分明显。下下部1-2米范围内内为人体体活动区区域，其其温度控控制在223-226度范范围内；这一范范围内空空气在吸吸收室内内余热余余后温度度升高、密密度将小小，热空空气慢慢慢上浮，与与室外风风一起汇汇合从屋屋顶天窗窗导出。室室内人体体活动的的范围形形成了一一个相对对的“低低温空气气湖”，不不仅很好好地满足足了人体体的舒适适性需求求，同时时达到了了明显的的节能效效果。6.总结随着BIMM技术的的逐步发发展，其其在一些些复杂造造型复杂杂、超高高层建筑筑等的应应用中越越来越受受到重视视。黑瞎瞎子植物物园在建建筑设计计初期就就成功地地引入了了BIMM技术。如如今，CCFD技技术广泛

18、泛运用于于建筑群群体风环环境、室室内自然然通风、室室内空调调温度场场以及热热舒适性性计算，这这在很大大程度上上可以指指导建筑筑总体布布局、建建筑朝向向以及室室内通风风、空调调系统设设计等。在在BIMM技术日日益推广广和应用用下，本本文介绍绍了在BBIM技技术下，CCFD技技术的成成功切入入和应用用。并对对植物园园室外风风环境、室室内自然然通风、空空调流场场及热舒舒适性等等进行了了模拟计计算。根根据模拟拟的建筑筑室外风环环境结果果动态地调整和和优化建建筑布局局和朝向向，使建建筑摆放放充分迎迎合夏季季主导风风向，强强化室内内自然通通风。同同时，在在暖通设设计时，充充分考虑虑到园区区植物的的生长条条件和游游人的舒舒适性需需要，采采用紧紧紧对游人人所在的的观赏道道路上进进行路面面送风。同同时，采采用CFFD技术术对设计计方案进进行了模模拟