室外风环境模拟计算报告Word文件下载.docx

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370816.79（含空地）

目标建筑栋数（栋）

3

周边建筑栋数（栋）

1.2建筑物概况

图1建筑群平面示意图（区域红线内为目标建筑）

建筑物名称

计算性质

建筑物底标高（m）

建筑物高度（m）

建筑1

目标建筑

24.00

建筑2

23.60

建筑3

18.10

二、指标要求

针对室外风环境评价依据为《绿色建筑评价标准》（GB/T50378-2014）中有关室外风环境的条目要求。

2.1规范的评价要求

《绿色建筑评价标准》（GB/T50378-2014）中有关室外风环境的具体要求如下：

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。

评分规则如下：

1冬季典型风速和风向条件下，建筑物周围人行区风速低于5m/s，且室外风速放大系数小于2，得2分；

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，再得1分。

2过渡季、夏季典型风速和风向条件下，场地内人活动区不出现涡旋或无风区，得2分；

50%以上可开启外窗室内外表面的风压差大于0.5Pa，得1分。

2.2模拟条件设置要求

根据《绿色建筑评价技术细则2015》中针对第4.2.6条的条文细则，室外风环境模拟的边界条件和基本设置需满足以下规定：

1）计算区域：

建筑覆盖区域小于整个计算域面积3%；

以目标建筑为中心，半径5H范围内为水平计算域。

建筑上方计算区域要大于3H；

H为建筑主体高度；

2）网格划分：

建筑的每一边人行高度区1.5m或2m高度应划分10个网格或以上；

3）湍流模型选择：

标准k-ε模型。

高精度要求时采用Durbin模型或MMK模型。

根据清华大学主编、中国建筑科学研究院等单位参编的《民用建筑绿色性能计算标准》中的规定，室外风环境模拟的边界条件和基本设置需满足：

1）对象建筑（群）顶部至计算域上边界的垂直高度应大于5H；

对象建筑（群）的外缘至水平方向的计算域边界的距离应大于5H；

与主流方向正交的计算断面大小的阻塞率应小于3%；

流入侧边界至对象建筑（群）外缘的水平距离应大于5H，流出侧边界至对象建筑（群）外缘的水平距离应大于10H；

2）湍流计算模型应采用标准k-ε模型或其修正模型；

地面或建筑壁面宜采用壁函数法的速度边界条件；

流入边界条件应考虑高度方向上的风速梯度分布；

3）室外风环境计算的计算域网格应符合下列规定：

a）地面与人行区高度（1.5m）之间的网格不应少于3个；

b）对象建筑附近网格尺度应满足最小精度要求，且不应大于相同方向上建筑尺度的1/10；

c）对形状规则的建筑宜使用结构化网格，且网格过渡比不宜大于1.3；

d）计算时应进行网格独立性验证。

三、模拟概述

3.1软件介绍

本报告主要采用绿色建筑风环境模拟分析软件PKPM-CFD进行建模和风环境计算，分析判断建筑风环境的风速、风速放大系数、风压等各项指标是否达到《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014的要求。

绿色建筑风环境模拟分析软件PKPM-CFD由北京构力科技有限公司（PKPM）自主研发，软件的操作环境为WindowsXP~Win10系统，并可在AutoCAD平台及PKPM-BIM平台上运行。

该软件配套《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014等，自动生成可溯源的建筑风环境模拟计算报告书，帮助用户快速完成我国建筑领域的风环境设计评价工作。

该软件获住建部建设行业科技成果评估、CABR风洞试验室双重认证；

典型案例的软件计算值与风洞试验测量值误差在10%以内。

3.2模拟原理简述

建筑物室外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）针对某一区域或房间（计算领域），建立质量、能量及动量守恒等基本微分方程，根据周边环境，设定合理的边界条件，然后利用划分的风格，对微分方程进行离散，将微分方程离散为代数方程，通过迭代求解，得到空气流动状况。

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自然通风优化分析。

由于建筑物周围的流动往往是湍流，模拟中常采用标准κ-ε模型及其它湍流模型方程。

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，κ-ε模型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。

其具体表现形式如下表：

3.3风速放大系数计算公式

风速放大系数=V2/V1

式中：

V0：

10米高度开阔地的风速，即工况风速；

V1:

1.5米高度开阔地的风速；

V2:

人行区1.5米处最大风速；

n:

由项目所处的环境类型决定。

该项目所处的环境类型是城市郊区-《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2014,1/n=0.22

3.4计算工况设置表

工况名

季节

风向

风向（中文）

风速（m/s）

值来源

冬季工况

冬季

E

东

4.2

用户定义

夏季工况

夏季

SE

东南

2.5

过渡季工况

过渡季

ESE

东东南

2.7

3.5用户设置计算目标表

风速过大控制

不产生无风区与涡旋

建筑迎背风面压差控制

外窗内外表面压差控制

风速要求

应达标面积比

不出现无风的面积比

无涡旋的面积比

压差要求

压差限值

应达到的面积比（个数比）

<

5m/s

≥95%

--

≤5Pa

每栋平均压差均达标

≥50%

>

0.1m/s

0.5pa

3.6参与迎背风面压差判断的建筑设置

3.6.1冬季工况参与建筑风压压差判断的建筑列表

图2参与风压判断的建筑物（红色为参与判断建筑物）

参与建筑迎背风面风压差判断的建筑物名称

未参与建筑迎背风面风压差判断的建筑物名称

建筑1、建筑2、建筑3

四、模拟计算及结果分析

4.1冬季工况

冬季工况自然通风的基本情况：

冬季、东向、平均风速4.20m/s。

4.1.1冬季工况的计算域及网格划分设置

图3计算域与网格划分设置

计算域设置

计算域划分

实际模型范围（红线）

建议的最小计算域范围

实际计算域范围

长X（m）

0.0

4665.9

宽Y（m）

3231.5

高Z（H）（m）

1175.5

网格划分设置

网格设置项

绿建标准要求

本项目设置

总网格个数（万）

无要求

174

最小网格尺寸（m×

m×

m）

1.0m×

1.0m×

1.0m

最大网格尺寸（m×

5.0m×

5.0m×

5.0m

4.1.2冬季工况的迭代计算的收敛状态分析

冬季工况共计算284步，计算后k、ε、和速度的收敛残差为0.0001，迭代计算的收敛曲线如下图所示。

图4冬季工况的收敛曲线

4.1.3冬季工况的人行活动区域风速计算结果

（1）整个计算区域风速结果

图5冬季工况整个计算域1.5m平面高度处风速原始云图

冬季工况计算区域风速统计表

风速范围（m/s）

该风速范围内的人行区域面积（㎡）

占总面积百分比（%）

0~2

39503.43

10.7

2~4

152369.73

41.1

4~5.6

178943.64

48.3

（2）人行活动区域风速结果

图6冬季工况人行区域1.5m平面高度处风速云图

冬季工况人行活动区域风速统计表

人行活动区域总面积（㎡）

0~5

347600.27

370816.79

93.7

≥5

23216.51

6.3

汇总

风速<

5m/s的面积比=93.7%

冬季工况在人行活动区域最大风速判断表

工况季节

实际计算值

限值

人行区风速最大值（m/s）

风速达标的面积比例

人行区最大风速限值（m/s）

风速达标的面积比例限值

5.6

93.7%

5.0

≥95.0%

判断

人行区风速<

5.0m/s的面积比例为93.7%，故未达到“建筑周围人行区风速<

5.0m/s”的要求

注：

根据用户自定义，建筑周围人行区风速<

5.0m/s的面积比例≥95.0%即判定为达标。

4.1.4冬季工况的风速放大系数计算结果

图8冬季工况1.5m平面高度处风速放大系数达标图

冬季工况风速放大系数判断表

计算条件

10米高处工况风速V0（m/s）

1.5米高处开阔地的风速V1（m/s）

1.5米高处考察区域的最大风速V2（m/s）

风速放大系数

风速放大系数限值

2.8（实值2.767）

5.6（实值5.592）

2.0

风速放大系数为2.0，未达到“室外风速放大系数<

2.0”的要求

v1=4.20*0.15^0.22=2.767

风速放大系数=v2/v1=5.592/2.767=2.0

4.1.5冬季工况的建筑风压计算结果

图9冬季工况迎风面风压图

图10冬季工况背风面风压图

冬季工况建筑迎背风面压差数值表

建筑名称

建筑迎风面平均风压（Pa）

建筑背风面平均风压（Pa）

建筑迎背风面的平均风压压差（Pa）

所有建筑均满足压差≤5.0的要求

冬季工况建筑迎背风面压差判断表

建筑迎背风面平均风压压差的最大值（Pa）

建筑迎背风面平均风压压差限值（Pa）

≤5.0

所有参与判断的建筑的迎背风面平均风压的压差值均不大于限值，故达到了标准要求

4.1.6冬季工况判断汇总表

指标限值

规范限值

人行区最大风速（m/s）

未出现无风的面积比（%）

未出现涡旋的面积比（%）

窗口内外表面压差达标的面积比（%）

最大风速判断

5.0m/s”的要求。

无风区与涡旋判断

风速放大系数判断

2.0”的要求。

建筑风压判断

所有参与判断的建筑的迎背风面平均风压的压差值均不大于限值，故达到了标准要求。

窗口风压压差判断

4.2夏季工况

夏季工况自然通风的基本情况：

夏季、东南向、平均风速2.50m/s。

4.2.1夏季工况的计算域及网格划分设置

图11计算域与网格划分设置

4089.8

3804.9

4.2.2夏季工况的迭代计算的收敛状态分析

夏季工况共计算284步，计算后k、ε、和速度的收敛残差为0.0001，迭代计算的收敛曲线如下图所示。

图12夏季工况的收敛曲线

4.2.3夏季工况的无风区与涡旋计算结果

图13夏季工况1.5m平面高度处无风区示意图

夏季工况无风区数值表

备注

0~0.1

96.19

属于无风

0.1

370720.60

100.0

不属于无风

未产生无风面积比=100.0%，超过95.0%，故认为未产生无风区

根据用户自定义，未产生无风区的面积比例≥95.0%即判定为达标。

图14夏季工况1.5m平面高度处风速矢量示意图

夏季工况涡旋数值表

涡旋半径（m）

该半径范围内的人行区域面积（㎡）

无涡旋

100

有涡旋

未产生涡旋面积比=100.0%，超过95.0%，故认为未产生涡旋

根据用户自定义，未产生涡旋的面积比例≥95.0%即判定为达标。

夏季工况无风区与涡旋判断表

人行区总面积（㎡）

不属于无风的面积（㎡）

不属于无风的面积

无旋涡的面积（㎡）

无旋涡的面积比例

不属于无风的面积比限值

无旋涡的面积比限值

100.0%

未产生无风的面积比为100.0%，达到了“场地内人活动区不出现无风区”的要求；

未产生涡旋的面积比为100.0%，达到了“场地内人活动区不出现涡旋”的要求；

根据用户自定义，场地内人活动区不产生无风区的面积比≥95.0%，场地内人活动区不产生涡旋的面积比≥95.0%即判定为达标。

4.2.4夏季工况判断汇总表

≥95.0

≥50.0

未产生涡旋的面积比为100.0%，达到了“场地内人活动区不出现涡旋”的要求。

模型中未建立外窗，无法判断

4.3过渡季工况

过渡季工况自然通风的基本情况：

过渡季、东东南向、平均风速2.70m/s。

4.3.1过渡季工况的计算域及网格划分设置

图15计算域与网格划分设置

4435.4

4117.6

175

4.3.2过渡季工况的迭代计算的收敛状态分析

过渡季工况共计算297步，计算后k、ε、和速度的收敛残差为0.0001，迭代计算的收敛曲线如下图所示。

图16过渡季工况的收敛曲线

4.3.3过渡季工况的无风区与涡旋计算结果

图17过渡季工况1.5m平面高度处无风区示意图

过渡季工况无风区数值表

165.45

370651.34

图18过渡季工况1.5m平面高度处风速矢量示意图

过渡季工况涡旋数值表

过渡季工况无风区与涡旋判断表

4.3.4过渡季工况判断汇总表

五、结论

工况名称

风速

无风区

涡旋

建筑表面压差

窗口内外表面压差

未达标

达标

冬季：

未达到“建筑周围人行区风速<

5.0m/s”的要求，未达到“室外风速放大系数<

2.0”的要求，得0分。

达到了“建筑迎背风面表面风压差≤5.0Pa的要求，得1分。

夏季、过渡季：

夏季工况达到了“场地内人活动区不出现涡旋或无风区”的要求，过渡季工况达到了“场地内人活动区不出现涡旋或无风区”的要求，得2分。

模型中未建立外窗，无法判断是否达到了“50.0%以上可开启外窗室内外表面的风压差>

0.5Pa”的要求。

通过模拟分析，针对《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”的评判要求，本项目得分为3分。