十七中室外风环境模拟分析实施报告

.室外风环境模拟剖析报告北京市第十七中学分校改扩建工程建筑专业主持人：（设计总负责人）鉴定人：校审人：计算人：北京中帝恒成建筑设计有限企业教育资料.2016年02月18日教育资料.目录1.建筑概略..................................................................................................................................................................22.评论依照..................................................................................................................................................................23.剖析方法..................................................................................................................................................................23.1原理概括...........................................................................................................................................................................23.2模拟软件...........................................................................................................................................................................33.3计算原理...........................................................................................................................................................................33.4模型设置...........................................................................................................................................................................53.5参数设置...........................................................................................................................................................................54.评论标准..................................................................................................................................................................65.模拟结果和剖析......................................................................................................................................................65.1风环境模拟模型.............................................................................................................................................................65.2工况1（冬天均匀风速工况）...................................................................................................................................75.3工况2（夏天均匀风速工况）...................................................................................................................................95.4工况3（过渡季均匀风速工况）............................................................................................................................106.结论........................................................................................................................................................................11教育资料.建筑概略工程名称北京市第十七中学分校改扩建工程工程地址北京市旭日区第十七中学百子湾校区内天气子区严寒建筑面积地上5861.93㎡地下3321.8㎡建筑层数地上5地下2建筑高度地上18.0m地下8.4m北向角度0°评论依照1.北京市《绿色建筑评论标准》DB11T825-2011《民用建筑设计公则》GB50352－2005《民用建筑供暖通风与空气调理设计规范》GB50736－2012《适用供热空调设计手册》剖析方法3.1原理概括建筑群和高大建筑物会明显改变城市近地面层风场构造。近地风的状况与建筑物的外形、尺寸、建筑物之间的相对地点以及四周地形地貌有着很复杂的关系。在有较强来流时，建筑物四周某些地域会出现强风；假如这些强风区出此刻建筑物进口、通道、天台等行人屡次活动的地区，则可能使行人感觉不舒坦、甚至带来损害，形成恶劣的风环境问题。在一般的天气条件下，他们直接影响着城市环境的小天气和环境的舒坦性；一旦碰到狂风，这类影响常常会变为灾祸，使建筑外墙局部的玻璃幕墙、窗扇、雨棚等遇到损坏，威迫着室内外的安全。高层建筑群室外人行地区最简单形成重生风和二次风问题，致使冬天室外风速过大，行人难以逗留。教育资料.图1室外空气流动与建筑之间所产生的功效表示图建筑合理布局是改良室门外汉区热舒坦的重点；主假如防止在严寒冬天室门外汉区风速加快，如风巷效应，同时在与冬天主导风向垂直方向最好增添裙房，加大底座尺寸，防止冲洗效应和边角效应等，如图1所示。检查统计显示：在建筑四周行人区，若均匀风速V>5m/s的出现频次小于10%，行人不会有什么诉苦（在10%狂风状况下建筑四周行人区风速小于5m/s，即可以为建筑四周行人区是舒坦的）；频次在10%～20%之间，诉苦将增加；频次大于20%则应采纳挽救举措以减小风速。此外，行人在风速散布不均地区活动时，若在小于2m的距离内均匀风速变化达70%，即从低风速区忽然进入高风速区，人对风的适应能力将大减。所以在设计阶段，应付建筑物的室外风环境做出评论，剖析建筑之间地点关系对室外风环境的影响。同时，室外风环境深刻影响建筑室内风环境，特别对建筑防风与自然通风有着决定性影响。冬天建筑防风，有效减少气流浸透，降低采暖能耗，而夏天与过渡季节的自然通风则能降低建筑空调能耗。自然通风主要有以下3种作用：舒坦通风、降温通风、健康通风。经过通风增添人的舒坦度，进而提升人体热舒坦感觉；经过建筑四周气流将建筑周边以及房间里的热量发散到空气中去；同时经过通风，为室内供给新鲜空气，降低室内二氧化碳浓度。建筑室外风环境模拟剖析，主要考虑室外风场以及室外风环境对室内环境影响双方面内容。3.2模拟软件本项目采纳CFD手段对建筑及四周的微环境进行模拟剖析，评论室外流场散布状况。模拟计算采纳的Phoenics软件能够对三维稳态或非稳态的可压缩流或不行压缩流进行模拟，包括非牛顿流、多孔介质中的流动，而且能够考虑粘度、密度、温度变化的影响。在流体模型上边，Phoenics内置了22种合适于各样Re数场合的湍流模型，包含雷诺应力模型、多流体湍流模型和通量模型及k－e模型的各样变异，合计21个湍流模型，8个多相流模型，10多个差分格式，因为较好的构造化网格的适应性，使得Phoenics能达到较佳的收敛速度和求解精度。宽泛的应用于航空航天、能源动力、船舶水利、暖通空调、建筑、石油化工、冶金及核工业领域。3.3计算原理CFD方法是针对流体流动的质量守恒、动量守恒和能量守恒成立数学控制方程，其一般形式如下所示：divUdivgradSt该式中的φ能够是速度、湍流动能、湍流耗散率以及温度等。针对不一样的方程，其详细表现形式如表1。教育资料.名称变量连续性方程10x速度ueffty速度vefftz速度wefft湍流kkeff动能湍流eff耗散Tt温度PrT表1中的常数以下：GktS2，S2SijSij，SijC0.0845，C11.42，C20.6321k由1.39291.392900此中01.0。假如eff，则C31/02R，此中13k

表1计算流体力学的控制方程S0PuvxxeffyeffxxPeffueffvyxyyyPeffueffvzxzyzGkGB2C1kGkC3GBC2kRST1ujui，GBTgtT2xixj，Ty1.68，C3vtanhw2，Tu22.39290.3679计算2.3929effk1.393Sk/，04.38，0.012

wzeffxeffwzywzeffgztCk2，0.85，C0.7，教育资料.3.4模型设置本报告依据建筑总平面图以及其余有关资料成立本项目的室外风环境模拟模型，剖析模型中包括本项目的建筑物及其周边建筑物。模型外场尺寸选择主要以不影响建筑群界限气流流动为准，外场计算尺寸为298m×292m×90m（宽×长×高）。区分工具采纳PHOENICS软件自带网格工具进行网格区分，此过程中考虑了多种网格区分方式，假如网格区分过细，会造成计算速度降低过大，局部网格畸变严重等问题，假如网格区分过大，会造成计算精度降落，局部没法辨别等问题，在综合考虑网格质量、计算速度和精度，以及充分考虑了建筑体量和建筑物所在基地大小的基础上，选择X×Y×Z=102×110×40，共448800个网格进行计算，主要地区网格尺寸为2m。网格成效如图2所示。图2网格成效图3.5参数设置梯度风设置建筑来流方向风速为均匀散布，不一样高度平面上的来流风速大小沿建筑高度方向按梯度递加。模拟剖析时按大气界限层理论设置来流风速，不一样地形的风速梯度不一样。依据有关标准，不一样地貌状况下进口梯度风的指数α取值如表2所示。依据项目周边状况，模拟中梯度风指数取城市郊区类的α值。表2大气界限层不一样地貌的α值类型空阔平展地面城市郊区大城市中心α0.28模拟说明基于此项目主要剖析人行高度处的风环境质量，所以，能够选用人行高度1.5m处的风速矢量图、云图、建筑整体表面压力散布图来说明其四周的风环境状况，并赐予剖析及评论。出流界限条件建筑出流面上空气流动按湍流充发散展考虑,界限条件按自由出口设定。教育资料.计算曲线Phoenics数值模拟代数方程的停止标准按连续性方程与动量方程残差为1.0E－2，但因为计算量较大，依据经验，监测点值变化不大时，便可以为计算正确，本次模拟全部工况迭代次数均在2000次以上。模拟工况本项目位于北京市，依据《适用供热空调设计手册》确立模拟工况，各工况的详细风向微风速设置如表3所示。表3模拟工况序号相应工况需剖析的内容主导风向环境均匀风速（m/s）工况1冬天均匀风速条件下的防风状况NE2.6工况2夏天均匀风速条件下的自然通风状况SSW2.2工况3过渡季均匀风速条件下的自然通风状况NW2.2评论标准北京市《绿色建筑评论标准》DB11/T825-2011第条规定：优化场所风环境，保证室外活动地区的舒坦性和建筑通风，控制建筑物四周人行地区距地面1.5m高处的风速低于5m/s。模拟结果和剖析5.1风环境模拟模型参评建筑教育资料.5.2工况1（冬天均匀风速工况）模拟冬天均匀风速状况下的建筑周边流场散布状况时，设定风向为NE，风速为2.6m/s。教育资料.风速矢量图分析：由图能够看到，项目东向为操场，较为宽阔，气流主要从东北方向角进入参评区，北侧和西侧的周边建筑起到了必定的挡风作用，有益于参评区的冬天防风。参评建筑周边风速均小于5m/s。风速云图最狂风速2.3m/s分析：风速散布在0.02~2.3m/s之间，最狂风速出此刻宿舍楼东南角，风速放大系数约为1.2。冬天室外风速适合，不影响室门外汉的正常活动的同时，有益于清除参评区内产生的浑浊气体。教育资料.5.3工况2（夏天均匀风速工况）模拟夏天均匀风速状况下的建筑周边流场散布状况时，设定风向为SSW，风速为2.2m/s。风速矢量图分析：西南向周边建筑布局相对稀少，气流阻力小。故夏天室外气流组织顺畅，能够促使参评区内浑浊空气的扩散。参评建筑周边风速均小于5m/s。风速云图最狂风速2.5m/s教育资料.分析：参评区遇到周边建筑的遮挡影响小，人行高度处的风速散布在0.5~2.5m/s之间，风速大小适合，最狂风速出此刻宿舍楼的西侧，风速放大系数