6XX工程室外风环境模拟

室外自然通风模拟分析报告项目名称：XX工程（棚户区改造工程）委托单位：咨询单位：计算人：核对人：审核人：报告日期声明：l、本报告咨询单位未盖章无效；2、本报告经涂改和复印均无效：3、本报告仅用于指定项目，非本项目无效目录一、项目概述…………………………………………………………ll项目概况………………………………………………………12项目气象资料………………………………………………13评价标准……………………………………………………14参考依据……………………………………………………二、技术路线………………………………………………………21分折方法……………………………………………………22集合建模及网格划分………………………………………22l来流风速分布……………………………………………222平均风速的指数律分布…………………………………233出流面的边界条件…………………………………………234壁面的边界条件…………………………………………235控制方程的选取…………………………………………三、模拟结果………………………………………………………31夏季工况……………………………………………………3l_l风速评价。………………………………………………312风压评价…………………………………………………32冬季工况……………………………………………………32.1风速评价…………………………………………………3.22风压评价…………………………………………………四、结论……………………………………………………………一、项目概述1.1项目概况项目名称：XX工程（棚户区改造工程）建设单位：威海临港区XXXXXXXX有限公司。建设地点：本项目用地位于威海临港经济技术开发区中心位置，地理条件优越。本项目整体用地四面临路，北临XX路，南临XX路，东向是XX路，西向是XX路，交通便利，具有良好的交通环境，地块中间有水系穿过，增加了地块的景观要素。本研究的目的是建筑物室外自然通风状况进行模拟，计算其室外的通风效果，以评价其是否满足绿色建筑评价标准的要求。效果图1.2项目气象资料威海市属于北温带季风型大陆性气候，四季变化和季风进退都较明显。与同纬度的内陆地区相比，具有雨水丰富、年温适中、气候温和的特点。威海市大陆度为54.1%，由于濒临黄海，受海洋的调节作用，表现出春冷、夏凉、秋暖、冬温，昼夜温差小、无霜期长、大风多和湿度大等海洋性气候特点。夏季盛行主导风向为SWW，风速为4.2m/s冬季主导风向为NNW，风速为7.3m/s。因此，本项目研究夏季、冬季的主导风向进行分析。1.3评价标准本报告主要对XX工程（棚户区改造工程）的室外自然通风状况进行模拟分析。《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014第5.2.6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，评价总分值为6分，并按下列规则分别评分并累计：1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，得1分。1.4参考依据《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014《绿色建筑评价技术细则》《民用建筑设计通则》GB50352-2005《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012《中等热环境PMV和PPD指数的测定及热舒适条件的规定》GB／T18049-2000委托方提供的建筑总平面图、建筑设计图纸等图纸资料委托方提供的其他相关资料总平面图二、技术路线本报告主要针对该项目进行室外自然通风状况模拟分析。2.1分析方法本研究的方法采用计算流体动力学(CFD)分析方法，计算软件采用目前国内领先的绿建OVEN2014软件实现。OVEN2014通风软件以其模拟复杂流动现象的强大功能、人机对话式的界面操作以及直观清晰的流场显示引起了人们的广大关注。计算流体力学在20世纪80年代左右取得了不少重大进展，多层网格与残差光顺等加速收敛技术有效地减少了三维流动模拟的巨大计算工作量，而在低速不可压流动方面，利用人工可压缩性方法与压力校正法等对纳维尔～斯托克斯方程组（N-S方程组）的直接求解取代了局限性很大的流函数一涡量法等传统解法，从而促进了CFD技术向流体传热、多相流、燃烧与化学反应等领域迅速扩展与深入。这些进展也为通用软件的发展奠定了良好的理论基础。虽然CFD软件种类繁多，但其结构基本一致，由前处理器(Preproccssor)、求解器（Solver)及后处理器(Post-processor)等三大模块组成。各模块的作用，分别表述如下。前处理器：建立描述问题的几何模型（或者由CAO等其它软件建立并导入）．确定控制方程（如N-S方程、湍流模型）、离散方法、计算方法（如SIMPLE、MAC），输入各种必需的参数（如初始条件、边界条件、松弛因子、物性参数等），并生成网格。求解器：CFD的核心，将前处理器建立的系统进行迭代求解，并输出计算结果。后处理器：给出所计算参数（如温度场、速度场、压力场及浓度场等）的可视化结果及动画处理。OVEN2014室外风环境模拟软件是北京绿建软件公司针对绿色建筑室外风环境分析的要求量身定做。软件基于AutoCAD平台，集成了建模、网格划分、流场分析和结果浏览等功能于一体。软件操作简单，极易上手。2.2集合建模及网格划分利用CFD对建筑风环境进行评价分析后，建筑几何模型建立以及计算区域的网格划分非常重要。建筑的几何形状会影响局部的网格质量，为了避免个别建筑物的不规则几何形态而引起的局部网格质量的下降，对建筑物的几何形状进行简化处理显得非常必要。另外，对计算区域的选择也十分关键。由于风场作用的范围较大，因此计算区域应选的较大，但过分地增大计算区域，会大大加大计算的成本。合理的选择计算区域将有助于减少计算量。本研究主要针对建筑室外自然通风状况进行模拟分析，计算区域选择是能够使区域内气流充分发展，我们参照建筑平面图进行几何建模，采用OVEN2014提供的基本建模模块，快速得到分析需要的模型，如下图所示。信息模型2.3来流风速分布当气流穿过不同的地区和地形特（如海洋、陆地、平原、山地、森林、城市等）时，会产生摩擦力而使风的能量减少t风速降低，其本身的结构（如湍流度、旋涡尺度等）也发生变化。其变化的程度随着距离高度的增加而降低，直到达到一定高度时，地面粗糙度的影响可以忽略，这一层受到地球表面摩擦力影响的大气层成为大气边界层。大气边界层的高度随着气象条件、地形和地面粗糙度的不同而有差异，一般情况下地面以上300米（不超过1000米）范围内均属于大气边界层的范围，所以这个范围以上风速才不受地表的影响，可以在大气梯度的作用下自由流动。2.4平均风速的指数律分布在大气边界层中，平均风速随高度发生变化，其变化规律称为风剪切或风速廓线。目前多数国家都采用经验的指数分布来描述近地层中平均风速随高度的变化，我国的建筑规范也采用指数律分布。风速廓线的指数律分布可以表示为：moozZZUU（2-1）式巾：zU为高度Z处的水平方向风速：oU为参考高度oZ处的风速：m为由地形粗糙度所决定的幂指数。参照《建筑结构荷载规范》GB50009，本文中的地形粗糙度m取值为0.162.5出流面的边界条件假定出流面上的流动已充分发展，流动已恢复为无建筑物阻碍时的正常流动，故其出口边界采用局部单向化处理。2.6壁面的边界条件建筑物表面采用壁面函数法进行处理。2.7控制方程的选取考虑到建筑周围的空气流动一般属于不可压缩的低速湍流，符合Boussinesq假设，且气流与建筑物的接触形成限制流，而标准K一e模型对于限制流（有壁面约束）具有较好的效果，并且标准k—s模型计算成本低、预测较为准确。本文选用Realizable-模型（适用于类似室内通风的中等涡的复杂剪切流动）对该问题进行模拟求解。本文主要考虑的为不可压缩的流动问题，其控制方程主要有以下几个：连续性方程：0iiu(2-2)动量方程：oiijjiijijijguuuut1(2-3)湍流动能k方程：kkjijjjGpkutk（2-4）耗散率方程：231CCCPCutkkjijjj（2-5）三、模拟结果3.1夏季工况3.1.1风速评价在4.3m/s的SSW风场下，建筑室外1.5米高度处的风环境模拟结果，分别是：图3-1-1风速云图，图3-1-2风速矢量图，图3-1-3风速放大系数云图。综合图中所示，分析区域室外最高风速约为7.5m/s左右，分布在整个片区东南角部分G5伟业大厦周边区域，除此区域外，其他居住区部分风速均比较适中，人行区域主要分部在1~5m/s范围，住区内人行区域的主干道内通过总图分析基本不存在旋窝或无风区。3.1.2风压评价图3-1-4是在4.3m/s的SW风场下，该建筑室外1.5米高度处的压力云图。由图可见，在夏季工况下，住区内建筑两侧大部分都有明显的风压差，且大于0.5Pa的可开启外窗比例大于50%。满足绿色建筑设计要求。图3-1-1夏季风速云图图3-1-3夏季风速放大系数云图图3-1-2夏季风速矢量图图3-1-4夏季三维压力云图3.2冬季工况3.2.1风速评价在7.3m/s的NNW风场下，建筑室外1.5米高度处的风环境模拟结果，分别是：图3-3-1风速云图，图3-3-2风速矢量图，图3-3-3风速放大系数云图。综合图中所示，分析区域最大风速区域分布在整个片区东南角部分G5伟业大厦周边区域，最大风速9.52米。除此之外，居住区内建筑周围人行区域风速均较小，人行区域内风速多数不大于5m/s。分析区域最大风速放大系数同样分布在整个片区东南角部分G5伟业大厦周边区域，数值为2.2左右，除此处之外的居住区域，风速放大系数均不大于2m/s，因冬季自然风速已经大于7.5。从上述分析得出，在7.3m/s的NNW风场下，建筑周围人行区域风速小于5m/s且风速放大系数不大于2，满足绿色建筑设计要求。3.2.2风压评价图3-3-4是在7.3m/s的NNW风场下，该建筑1.5米高度处的压力云图。由图可见，除迎风第一排建筑外，建筑迎风面与背风面表面压差不大于5Pa。迎风面的建筑两侧压差较大，容易引起室内的冷风渗透，所以在设计过程中要注意此处房间门窗的密闭性。图3-3-1冬季风速云图图3-3-3冬季风速放大系数云图图3-3-2冬季速度矢量图图3-3-5冬季三维压力云图四、结论本报告通过对XX工程（棚户区改造工程）的相关数据进行统计分析并通过模拟计算可得以下结论：满足《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014第5.2.6条所述：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：1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：2)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，得1分。