居住区排列方式风环境模拟

四种常见居住区建筑排布方式的风环境模拟实验报告2013年05月28日常州工学院土木建筑工程学院建筑系几种常见居住区建筑排布方式的风环境模拟实验报告目录指导教师：刘娜娜组员：毛敏、王倩岚、王青青摘要关键词......................................................................021.实验说明..........................................................................031.1实验目的1.2达成目标1.3实验意义1.4技术路线1.5实验器材1.6实验步骤2.实验依据..................................................................................043.分析原理..................................................................................053.1CFD3.2数学模型4.CFD模型及初始边界条件.................................................064.1物理模型4.2计算区域4.3参数设置4.4风速与风级的等量关系及表现形式5.模拟结果..................................................................................115.1工况15.2工况26.总结............................................................................................22附录.................................................................................................23附录Ⅰ室外风压云图.....................................................................23附录Ⅱ建筑表面风压云图............................................................27附录Ⅲ大寒日全天日照时间........................................................31参考文献..........................................................................................331几种常见居住区建筑排布方式的风环境模拟实验报告居住区、CFD、室外风环境ResidentialAreaComputationalFluidDynamicsOutdoorWindEnvironment为了了解分析不同布置方式下住宅区的室外风环境的情况，在同一地块基地上构建了几种常见的住宅区布置方式，并在假设的理想化状态下利用CFD软件模拟小区内风环境，作出评估。Inordertounderstandandanalyzethedifferentarrangementoftheoutdoorwindenvironmentundertheresidentialsituation,builtonthesamelandbaseforseveralcommonresidentialarrangementandassumingidealizedstatedistrictbyCFDsoftwaretosimulatethewindenvironment,assessed.【摘要】【关键词】[Abstract][KeyWords]2几种常见居住区建筑排布方式的风环境模拟实验报告1.实验说明1.1实验目的在常州的一块居住区规划地块（以马桥公路西南侧地块为例）上将居民住宅区尝试进行不同形式的排布，在满足日照条件的基础上进行风环境分析，了解在那块地形上不同排布方式所产生风环境的情况给建筑的排布方式提供指导性建议。1.2达成目标①查找常见的居民住宅区的排布形式（包括行列式，错列式，周边式，斜列式等）②运用CFD软件对其排布方式进行自然通风分析③完成一份详细的实验报告1.3实验意义①熟练运用软件辅助设计②了解各个排布方式下的风环境状况③了解住宅设计的一些规范④了解一些对风环境有影响的因素⑤通过实验可以设计出更为人性化的住宅小区⑥适应建筑行业发展生态化节能化的趋势，掌握技术，让设计紧跟时代的潮流1.4技术路线3几种常见居住区建筑排布方式的风环境模拟实验报告1.5实验器材及所用软件AppleMacBookPro笔记本电脑PHOENICS2009计算流体力学软件AutodeskECOTECT2011生态建筑模拟软件1.《绿色建筑评价标准》（GB／T50378-2006）2.《绿色建筑评价技术细则》（试行），建设部科学技术司，2007年7月3.《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）4.《民用建筑设计通则》（GB50352一2005）5.《中国建筑热环境分析专用气象数据集》（中国气象局气象信息中心气象资料室，清华大学建筑技术科学系著）2.实验依据1.6实验步骤步骤一：通过上网和翻阅书籍查找出常见的居民区建筑群的的排布方式（并列式，错列式，斜列式，周边式等），了解一些基本结论;步骤二：建立建筑体块模型，排出四种排布方式的物理模型；步骤三：利用Ecotect软件对物理模型进行日照分析；步骤四：分析日照，看是否满足《城市居住区规划设计规范(2006)》中的住宅日照标准，若满足则继续进行，不满足则修改物理模型重做日照分析直至满足；步骤五：利用PHOENICS软件将满足日照标准的物理模型进行风场分析；步骤六：对软件模型的结果进行分析，得出结论；步骤七：整理实验报告。4几种常见居住区建筑排布方式的风环境模拟实验报告3.2数学模型居住小区内风的流动属于不可压缩、低速湍流。由于气流与建筑物的接触形成限制流，而标准K—ε模型对于限制流(有壁面约束)具有较好的效果[1]，并且标准K—ε模型计算成本低、预测较为准确，因而选择标准K—ε模型来模拟居住小区风环境[2]。其所有的控制微分方程包括连续性方程、动量方程和k方程和ε方程，公式可表示为(考虑流体不可压缩，稳态后的简化)：连续性方程：动量方程：湍流黏性系数：3.1CFDCFD软件(ComputationalFluidDynamics），即计算流体动力学,简称CFD。CFD是近代流体力学，数值数学和计算机科学结合的产物，是一门具有强大生命力的边缘科学。它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。CFD软件的一般结构由前处理、求解器、后处理三部分组成。前处理、求解器及后处理三大模块,各有其独特的作用,分别表示如下:3.分析原理目前比较好的CFD软件有：CFX、Fluent、Phoenics、Star-CD、CFdesign，本次试验选用Phoenics2009进行模拟实验。前处理求解器A.几何模型A.确定CFD方法的控制方程B.划分网格B.选择离散方法惊醒离散C.选用数值计算方法D.输入相关数参数作用5几种常见居住区建筑排布方式的风环境模拟实验报告图4.1-1场地现状图（来源：百度地图）4.1物理模型4.物理模型及初始边界条件实验地块选用常州马桥公路西南侧地块a行列式b错列式c斜列式d周边式E自由式通过观察和搜索资料归纳绘制出五种常见的五种居住区的排列形式6根据基地形状和实验需要选择了行列式、错列式、斜列式、周边式四种。图4.1-2几种常见居住区建筑排布方式的风环境模拟实验报告根据《江苏省城市规划管理技术规定（2004年版）》高层住宅在平行布置时前后间距应不小于30米，所以在排列是设定建筑之间前后左右间距均为30米（周边式除外）。居住建筑单间面宽和进深的黄金比例为6:4，马桥公路西南侧地块的基地状况，横向有效宽度134.9m，纵向有效长度216.3m，以基地周边居住区建筑的外形系数为参照，最终确定单栋建筑为三开间面宽46m，进深12m，层高为12层。城市规划设计中，居住建筑的单层计算高度为3m，因此模拟用单栋建筑面宽46m，进深12m，高度36m（图4.1-2）。图4.1-3单栋建筑尺寸7几种常见居住区建筑排布方式的风环境模拟实验报告图4.1-5错列式排布图4.1-4行列式排布8几种常见居住区建筑排布方式的风环境模拟实验报告4.2计算区域为了便于数值分析，提高计算速度，利用相似性原理，将建筑物形态理想化为长方体。根据相关资料[2]，确定住宅小区流场模拟的计算空间尺寸：长度为建筑组团总长度的五倍，宽度也为建筑组团总宽度的5倍、高度为建筑物高度的3倍。图4.1-7周边式排布图4.1-6斜列式排布9几种常见居住区建筑排布方式的风环境模拟实验报告4.3参数设置根据以上图表统计结果，本报告采用：夏季ESE3.1m/s，冬季NNE2.8m/s，作为模拟分析的边界条件。常州属亚热带季风气候，冬夏寒暑交替，四季分明。由于季风气候年际变化大，常州常年气候既稳定，又有变异，形成多种迥然不同的气候年型。如表4.1所示。其中夏季ESE风向的频率最大，ENE、E、SSE风向的频率相近，NW风向风速最小频率也最小；冬季NNE风向的频率最大,NNW风向风速最大的同时频率也较大；全年平均ESE风向的频率最大，风速为3m/s，全年最大风速为8.1m/s，10图4.3-2常州地区风玫瑰图表4.3-1风要素风向最大风速平均风速m/sm/sN4.52.96.72.62.45.62.8NNE7.22.98.14.82.68.72.8NE7.12.87.552.78.32.6ENE8.22.87.17.62.87.92.7E8.32.87.19.82.97.22.6ESE11.537.414.23.18.22.8SE8.92.97.51234.62.5SSE6.737.210.933.22.4S2.42.55.73.82.51.61.8SSW2.52.35.34.52.41.31.3SW2.72.46.23.82.621.6WSW3.22.66.44.12.62.92.3W4.52.87.23.22.76.32.8WNW52.87.62.82.47.42.8NW42.76.72.31.962.8NNW52.9732.46.92.9常州气象站各风向频率、风速资料统计表全　年夏　季冬　季风频率P%平均风速m/s风频率P%风频率P%平均风速m/s几种常见居住区建筑排布方式的风环境模拟实验报告4.4风速与风级的等量关系及表现形式根据《绿色建筑评价标准》（GB/T50378-2006）一般项4.1.10住区风环境有利于冬季室外行走舒适及过度季、夏季的自然通风要求表4.4-1是风速与风级关系及人对风级的主观感受，从下图中可以看出，级别在3级以内，即风速在5m/s时，建筑人行区域内人对风速的影响是可以忍受的，当级别大于3级后，人对风速的影响则难以忍受。蒲福氏风级风速（m/s）效果10-1.5没有明显的风速21.6—3.3面上感觉到有风33.4—5.4头发、衣衫飘动45.5—7.9尘土飞扬，头发凌乱58.0—10.7身体感觉到强风610.8—13.8打伞有困难，难以平稳的走动713.9—17.1感觉行动不便817.2—20.7行动有阻碍920.8—24.4阵风能把人吹走表4.4-1风速与风级关系及对行人的影响5.模拟结果5.1工况1（冬季：风向NNE,风速2.8m/s，风频8.7%）11几种常见居住区建筑排布方式的风环境模拟实验报告（1）冬季风速矢量图图5.1-1行列式冬季风速矢量图图5.1-2错列式