建筑风环境模拟报告-小区建筑设计风环境评估报告模板

模拟概述1.1项目概况本工程位于XXX市XXX路，地理位置优越，交通便利。拟建20栋高层住宅、30栋多层商业及配套用房，地下非机动车库及地下机动车库。该地块总用地面积为20000m2，总建筑面积218694.72m2，计容面积182548m2，总建筑占地面200000m2，容积率1.80，建筑密度20%，绿地率30%。1.2风环境简述建筑群和高大建筑物会显著改变城市近地面层风场结构。近地风的状况与建筑物的外形、尺寸、建筑物之间的相对位置以及周围地形地貌有着很复杂的关系。在有较强来流时，建筑物周围某些地区会出现强风；如果这些强风区出现在建筑物入口、通道、露台等行人频繁活动的区域，则可能使行人感到不舒适、甚至带来伤害，形成恶劣的风环境问题。在一般的气候条件下，他们直接影响着城市环境的小气候和环境的舒适性；一旦遇到大风，这种影响往往会变成灾害，使建筑外墙局部的玻璃幕墙、窗扇、雨棚等受到破坏，威胁着室内外的安全。建筑合理布局是改善室外行人区热舒适的关键；主要是避免在寒冷冬季室外行人区风速加速（西北风情况下），如风巷效应，同时在与西北风垂直方向最好增加裙房，加大底座尺寸，避免冲刷效应和边角效应等，如图2所示。调查统计显示：在建筑周围行人区，若平均风速V>5m/s的出现频率小于10%，行人不会有什么抱怨（在10%大风情况下建筑周围行人区风速小于5m/s，即可认为建筑周围行人区是舒适的）；频率在10%～20%之间，抱怨将增多；频率大于20%，则应采取补救措施以减小风速。另外，行人在风速分布不均区域活动时，若在小于2m的距离内平均风速变化达70%，即从低风速区突然进入高风速区，人对风的适应能力将大减。表1是室外不同风速对人们活动的影响情况判别表。图1室外空气流动与建筑之间所产生的效用示意图表1步行者受风影响情况判别表蒲氏风级名称风速（m/s）风速（km/hr）效应1无风-轻风＜1.50-5.4平静，无可察觉的风2轻风1.6-3.35.8-11.9脸颊上感觉到风的轻拂3微风3.4-5.412.2-19.4轻质旗帜招展，扰动头发，衣襟飘动4和风5.5-7.919.8-28.4尘土扬起，纸片飞动，头发吹乱5清风8.0-10.728.8-38.5身体可感觉到风力，雪被吹离地面，令人觉得愉快的地面风的上限6强风10.8-13.838.9-49.7举伞困难，头发被吹直，稳步行走困难，耳边的风声令人不悦，吹离地面的风雪超过行人高度7疾风13.9-17.150.0-61.6行走觉得不便8大风17.2-20.761.9-74.5前行困难，在阵风中保持身体的平衡极度困难9烈风20.8-24.474.6-87.8人被阵风吹倒10狂风24.5-28.488.2-102.2拔树，建筑物毁坏，陆上不常见因此在设计阶段，应对建筑物的室外风环境做出评价，分析建筑之间位置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。冬季建筑防风，有效减少气流渗透，降低采暖能耗，而夏季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：舒适通风、降温通风、健康通风。通过通风增加人的舒适度，从而提高人体热舒适感觉；通过建筑周围气流将建筑周边以及房间里的热量散发到空气中去；同时通过通风，为室内提供新鲜空气，降低室内二氧化碳浓度。建筑室外风环境模拟分析，主要考虑室外风场以及室外风环境对室内环境影响两方面内容。1.3参考依据恒水鑫城项目室外风环境模拟主要参考资料为：《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014《江苏省绿色建筑设计标准》DGJ32/T173-2014《民用建筑设计通则》GB50352-2005《民用建筑绿色设计规范》JGJ/T229-2010《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012委托方提供的项目总平面图、建筑设计图纸等图纸资料委托方提供的其他相关资料1.4评价说明《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014第4.2.6条针对建筑室外风环境状况提出了明确的要求：4.2.6场地内风环境有利于室外行走、活动舒适和建筑的自然通风，评价总分值为6分，并按下列规则分别评分并累计：在冬季典型风速和风向条件下，按下列规则分别评分并累计：1）建筑物周围人行区风速小于5m/s，且室外风速放大系数小于2，得2分；2）除迎风第一排建筑外，建筑迎风面与背风面表面风压差不大于5Pa，得1分；2过渡季、夏季典型风速和风向条件下，按下列规则分别评分并累计：1）场地内人活动区不出现涡旋或无风区，得2分；2）50%以上可开启外窗室内外表面的风压差大于0.5Pa，的1分。条文达标判断条件为：冬季以建筑物周围人行区1.5m处实测风速低于5m/s判定为达标；夏季场地内人活动区不出现涡旋或无风区，50%以上可开启外窗室内外表面的风压差大于0.5Pa。恒水鑫城项目工程位于江苏省如皋市，属于夏热冬冷地区。本报告对项目内参评建筑周边风环境状况的评价主要从室外风场分布情况及室外风环境对室内环境影响两方面内容通过流场、风速、风压三个因素进行分析。评价内容如下：冬季典型风速、风向条件下，建筑物周围人行区距地1.5m高处，风速V<5m/s；且室外风速放大系数小于2；除迎风第一排建筑外，建筑迎风面与背风面表面风压差不超过5Pa；过渡季、夏季典型风速和风向条件下，场地内人员活动区不出现涡流或无风区；50%以上建筑的可开启外窗室内外表面的风压差大于0.5Pa。2技术路线本报告主要对恒水鑫城项目室外风场分布状况及其对室内自然通风的影响进行分析，验证其是否满足《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014第4.2.6条“场地内风环境有利于室外行走、活动舒适和建筑的自然通风。”2.1分析方法建筑物室外风环境的评价方法，目前有风洞试验、网络法及数值计算方法。风洞试验是当前建筑室外风环境及风工程领域使用的主要方法，它是通过制作实际建筑物的缩尺模型在大气边界层风洞中进行的，通过必要的手段产生类似于实际建筑周围的风场，然后通过布置在模型表面及其周围的试验仪器测量风速、风压等相关数据，当前研究内容已经涵盖了建筑物在不同地貌下以及各种体型的高层建筑的风压风速分布研究以及不同高度比和相对位置的变化所产生的相互干扰影响。但是风洞试验也存在着诸如模型制作费时费力，试验周期较长，难以同时研究不同的建筑设计方案等缺点，而且缩小尺寸的试验模型并不总是能反映全比例结构的各方面特征，另外，在测点布置、同步测压等一系列问题上也有很多不足有待解决。网络法是从宏观角度对自然通风进行分析，主要用于自然通风建筑设计初期的风量预测。它利用质量、能量守恒等方程计算风压和热压作用下的自然通风量。但由于网络法不考虑房间内部的空气流动形态对自然通风效果的影响，所以无法给出房间内部的空气详细流动情况分析。近年来随着计算机技术的飞速发展，数值计算已成为评价方法的主流。而通风过程的数值模拟研究主要有节点法、数学模型法和计算流体力学法。计算流体力学（CFD）法因其快速简便、准确有效、成本较低等优点在越来越多的在工程问题得到使用，并逐渐成为有效的处理工程问题的手段，受到广泛认可。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。本报告采用计算流体力学（CFD）模拟技术对恒水鑫城项目周边风环境进行模拟，报告中综合考虑流场、风速、风压三个因素，对该项目周边的风环境状况进行分析评价，并进一步为其室内自然通风适用性及舒适性分析提供参考数据。2.2湍流模型模拟中采用标准k-ε模型求解项目周边的风环境状况，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：该式中的φ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2所示。表2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2中的常数如下：，，，，，，，，，，，由计算其中。如果，则，其中，，2.3几何模型本报告根据委托方提供的建筑总平面图，以及其他相关资料建立恒水鑫城项目周边风环境模拟模型，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。分析模型中包括恒水鑫城项目所有建筑及周边300米内所有建筑。模型中边界尺寸选择主要以不影响建筑群边界气流流动为准，边界尺寸为区域长、宽、高的3倍以上，为1200m×1200m×150m（长×宽×高），模型中Z轴正方向设置为北向。计算网格划分采用局部加密形式，建筑区域内的网格为0.15m×0.15m，外场网格为3m×3m，建筑高度方向，1.5m以内有3个网格，1.5m至到建筑高度处每3m一个网格，建筑高度以上每5m一个网格。模型及网格效果分别如图2、图3示。图2XXX项目模型效果图图3XXX项目工程分析网格2.4参数设置来流边界条件建筑来流方向风速为均匀分布，不同高度平面上的来流风速大小沿建筑高度方向按梯度递增。模拟分析时按大气边界层理论设置来流风速，不同地形的风速梯度不同，如图4所示。图4不同地形大气边界层曲线图因此，不同高度的风速不同，高度与风速的计算公式如下：式中：Vh—高度为h处的风速，m/s；V0—基准高度h0处的风速，m/s，一般取10m处的风速；n—指数，根据《建筑结构荷载规范》GB50009—2001，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；项目室外风环境模拟时根据室外场地状况n值设置为0.22。出流边界条件建筑出流面上空气流动按湍流充分发展考虑，边界条件按自由出口设定。收敛判断本项目采用对项目进行室外风环境商用Airpak软件模拟，湍流模型采用标准k-ε模型，离散方式采用二阶迎风格式，根据夏季、过渡季、冬季的环境主导风向、风速对建筑方案周边风环境进行模拟。方案中，考虑建筑周围的相对位置、外形、已建建筑以及四周地形、地貌，并建立简化室外风场模型。设置计算域计算步数为1000次，终止标准按连续性方程与动量方程残差为1.0E-3以下，收敛曲线如图5所示。图5CFD计算的收敛曲线2.5气候状况如皋属亚热带,属东亚季风区的一部分。受太阳辐射和季风环流的影响，形成了冬季低温少雨量夏季高温多雨，四季分明的亚热带季风气候。由于距海较近，受海洋调节较明显，气温的日较差和年较差都较小。近海的位置使得如皋深受夏季风的影响，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，由于夏季风势力各年强弱不等，因而降水量的年际变化较大。如皋地属南通市，参考南通市气象数据，南通站多年平均风速为3.0m/s，常年主导风向夏季是东南风（SE），冬季是北风（N）。根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012附录，得出如皋市常年风向数据如表3。季节室外平均风速m/s风向夏季、过渡季3.0SE冬季3.0N表3如皋市风向数据3模拟结果分析3.1夏季及过渡季 最大风频时，风向SE（东南风），风速3.0m/s流场图6距地1.5m高度风速矢量图图6为夏季、过渡季典型风向SE（东南风）、典型风速3.0m/s时，恒水鑫城项目内距地1.5m高度处流场分布情况。图中可见：场地内流场速度合理，分布范围内风速比较均匀，通风效果良好，整个场地无明显的涡旋和气流死角，有利于场地内的热量及污染物的扩散。风速图7距地1.5m高度处风速云图图8距地1.5m高度处风速放大情况图7为夏季、过渡季典型风向SE（东南风），典型风速3.0m/s时，恒水鑫城项目周围距地面1.5m高度处风速云图，等值线间距为0.375m/s。图中可见：建筑的东南侧（即迎风面）的风速约为1.8m/s；场地内部活动场地范围内，大部分区域的风速位于0.2~2.2m/s之间；在建筑前排部分小区域出现风速放大情况，最大风速位于建筑的西南侧，为2.7m/s，风速放大系数为1.53，整个小区迎风面风速较大为1.5-3.0m/s，后排建筑受到前排遮挡，风速衰减较快，风速为0.2-1.3m/s。风压图9为夏季主导风向SE（东南风）条件下，室外平均风速3.0m/s条件下，项目周边距1.5m高度处风压云图，等值线间距为3Pa。图中可见：建筑迎风面的压力基本在10Pa左右，建筑的背风面压力范围-5~4Pa。场地内建筑迎风面与背风面压差范围在1.3~4.5Pa。图9距地面1.5m高度处风压图（夏季、过渡季）图10建筑迎风侧立面风压图（夏季、过渡季）图11建筑背风侧立面风压（夏季、过渡季）图10、11显示的是在夏季、过渡季典型风向SE（东南风）情况下，典型风速3.0m/s下,恒水鑫城项目南立面最大风压为10Pa，背风面最小风压为-5pa，建筑南立面的风压值普遍高于北立面，南北立面的压差范围在1.3~4.5Pa，有利用建筑室内的自然通风。小结在夏季和过渡季典型风向SE（南），典型风速3.0m/s下，恒水鑫城项目周围：流场：整个区域内流场分布都比较均匀，未出现明显的无风区、涡流区，空气品质良好。风速：整个区域内风速较稳定，周边人行区域1.5m高度处风速均在5m/s以下，风速放大系数最大值约为1.6，其他区域均小于2，有利于小区内行人活动，营造良好的室外风环境。风压：区域内所有参评建筑迎风面与背风面风压差均不大于5Pa，有利于夏季和过渡季节室内自然通风，带走室内热量和污浊物。3.2冬季最大风频时，风向N（北风），风速3.0m/s流场图12距地1.5m高度处风速矢量图 图12为冬季典型风向N（北风）典型风速3.0m/s时，距地1.5m高度处恒水鑫城项目周边的流场分布情况。图中可见：本项目人行区域通风顺畅，来流风从建筑北面经建筑遮挡，在建筑群的北面中心空白区，风速在0.75m/s，通风顺畅，有利于污染物排出，在建筑的南面，并未出现明显旋涡，整体未出现大范围无风区。风速图13距地1.5m高度处风速云图图14距地1.5m高度处风速放大情况图13为冬季典型风向N（北风），典型风速3.0m/s时，恒水鑫城项目周围距地1.5m高度处风速云图，等值线间距为0.3m/s。由图可见：该项目建筑周围风速较小，基本在0.1~2.5m/s之间。其中最大风速位于建筑北侧，为3.3m/s，风速放大系数为1.48，其他区域风速放大系数均小于2，项目场地内周围人行1.5m高度风速基本在5.0m/s以内，有利于广场的行人活动，营造良好的外风环境。风压图15