室外风环境模拟计算报告123.docx

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室外风环境模拟计算报告123

新项目

室外风环境模拟计算报告

计算软件：

风模拟分析软件PKPM-CFD

开发单位：

中国建筑科学研究院

建研科技股份有限公司

合作单位：

SoftwareCradleCo.,Ltd.

上海韵能建筑科技有限公司

应用版本：

Ver1.002015.10.19

室外风环境模拟分析报告

项目名称：

新项目

项目地址：

建设单位：

设计单位：

参与单位：

规范标准参考依据：

1、《绿色建筑评价标准》（GB/T50378-2014）

2、《民用建筑设计通则》（GB50352-2005）

3、《绿色建筑评价技术细则》

一、项目概述

1.1计算模型概况

统计对象

统计值

统计对象

统计值

申报用地面积（㎡）

0.00

建筑占地面积（㎡）

10000.00

地上建筑面积（㎡）

0.00

地下建筑面积（㎡）

0.00

绿化面积（㎡）

0.00

人行区域面积（㎡）

12466.66（含空地）

建筑栋数（栋）

4

周边建筑栋数（栋）

5

1.2建筑物概况

图1建筑群平面图，红线内建筑为目标建筑

建筑物名称

计算性质

建筑物底标高（m）

建筑物高度（m）

3#

目标建筑

0.00

118.90

建筑1

周边遮挡

0.00

11.00

1#

目标建筑

0.00

156.20

4#

目标建筑

0.00

11.00

2#

目标建筑

0.00

95.70

建筑2

周边遮挡

0.00

10.00

建筑3

周边遮挡

0.00

10.00

建筑4

周边遮挡

0.00

10.00

建筑5

周边遮挡

0.00

10.00

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

1、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。

三、模拟概述

3.1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：

3.2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大城市中心,1/n=0.28

3.3计算工况设置表

工况名

季节

风向

风向（中文）

风速（m/s）

频率（%）

值来源

冬季工况

冬季

N

北

6.6

23.0

暖通规范

夏季工况

夏季

S

南

4.6

17.0

暖通规范

过渡季工况

过渡季

S

南

4.6

17.0

暖通规范

3.4用户设置计算目标表

工况名

风速过大控制

不产生无风区与旋涡区

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

风速要求

不出现无风的面积比

无旋涡的面积比

压差要求

应达标面积比

压差限值

应达到的面积比（个数比）

冬季工况

<5m/s

≥95%

不判断

不判断

不判断

<5Pa

每栋平均压差均达标

不判断

≥50%

夏季工况

不判断

不判断

>0.1m/s

≥95%

≥95%

不判断

不判断

>0.5pa

≥50%

过渡季工况

不判断

不判断

>0.1m/s

≥95%

≥95%

不判断

不判断

>0.5pa

≥50%

3.5计算范围及网格大小设置

图2计算域与网格划分设置

计算域设置

计算域划分

实际模型大小（红线）

标准要求最小计算域大小

实际计算域大小

长X（m）

196.2

781.0（5H）

784.6

宽Y（m）

155.5

781.0（5H）

781.0

高Z（H）（m）

156.2

468.6（3H）

624.8

网格划分设置

网格设置项

标准要求

本项目设置

总网格个数（万）

无要求

86

最小网格尺寸（m×m×m）

无要求

1.0m×1.0m×1.0m

最大网格尺寸（m×m×m）

无要求

3.0m×3.0m×3.0m

3.6参与迎背风面压差判断的建筑设置

3.6.1冬季工况工况参与建筑风压压差判断的建筑列表

图3参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

3#、1#、4#、2#

建筑1、建筑2、建筑3、建筑4、建筑5

四、模拟结果

4.1冬季工况的模拟结果

冬季工况自然通风的基本情况：

冬季、北向、平均风速6.60m/s。

4.1.1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4冬季工况整个计算域1.5m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（%）

0~3.8

5287.30

42.4

3.8~7.6

5614.13

45.0

7.6~11.1

1565.23

12.6

（2）人行活动区域的风速结果

图5冬季工况人行区域1.5m风速云图

冬季工况人行活动区域风速统计表

风速范围（m/s）

该风速范围内的人行区域面积（㎡）

人行活动区域总面积（㎡）

占总面积百分比（%）

0~5

7272.32

12466.66

58.3

<5

5194.34

12466.66

41.7

汇总

风速<5m/s的面积比=58.3%

图6冬季工况1.5m风速达标示意图

注：

绿色代表风速<5.0m/s，红色代表风速≥5.0m/s

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

冬季

11.0

58.3%

<5.0

≥95.0%

判断

人行区风速<5.0m/s的面积比例为58.3%，故未达到“建筑周围人行区风速<5.0m/s的面积比例≥95.0%”的要求

4.1.2冬季工况的风速放大系数计算结果

图7冬季工况风速放大系数达标图

冬季工况风速放大系数判断表

工况季节

计算条件

实际计算值

限值

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

冬季

6.6

3.9（实值3.880）

11.0（实值11.029，上图黄线圈内）

2.8

<2.0

判断

风速放大系数为2.8，未达到“室外风速放大系数<2.0”的要求

注：

v1=6.60*0.15^0.28=3.880

风速放大系数=v2/v1=11.029/3.880=2.8

4.1.3冬季工况的建筑风压计算结果

图8冬季工况迎风面风压图

图9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）

3#

12.5

-28.9

41.4

1#

24.0

-16.2

40.2

4#

16.5

13.3

3.2

2#

23.7

-47.2

70.9

汇总

有3栋建筑不满足压差<5.0的要求

冬季工况建筑迎背风面压差判断表

工况季节

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）

冬季

70.9

<5.0

判断

所有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

4.1.4冬季工况判断汇总表

指标限值

实际计算值

规范限值

人行区最大风速（m/s）

11.0

<5.0

风速放大系数

2.8

<2.0

未出现无风的面积比（%）

--

--

未出现漩涡的面积比（%）

--

--

建筑迎背风面平均风压压差的最大值（Pa）

70.9

<5.0

窗口内外表面压差达标的面积比（%）

--

--

判断

最大风速判断

人行区风速<5.0m/s的面积比例为58.3%，故未达到“建筑周围人行区风速<5.0m/s的面积比例≥95.0%”的要求。

无风区旋涡区判断

无要求

风速放大系数判断

风速放大系数为2.8，未达到“室外风速放大系数<2.0”的要求。

建筑风压判断

所有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

无要求

4.2夏季工况的模拟结果

夏季工况自然通风的基本情况：

夏季、南向、平均风速4.60m/s。

4.2.1夏季工况的无风区与旋涡区计算结果

图10夏季工况1.5m处无风区示意图

夏季工况无风区数值表

风速范围（m/s）

该风速范围内的人行区域面积（㎡）

人行活动区域总面积（㎡）

占总面积百分比（%）

备注

0~0.1

106.66

12466.66

0.9

属于无风

>0.1

12360.00

12466.66

99.1

不属于无风

汇总

未产生无风面积比=99.1%，超过95.0%，故认为未产生无风区

图11夏季工况1.5m处风速矢量示意图

夏季工况旋涡区数值表

旋涡半径（m）

该半径范围内的人行区域面积（㎡）

人行活动区域总面积（㎡）

占总面积百分比（%）

备注

无漩涡

12466.66

12466.66

100%

无漩涡

有漩涡

0.00

12466.66

0%

有漩涡

汇总

未产生旋涡面积比=100.0%，超过95.0%，故认为未产生旋涡区

夏季工况无风区旋涡区判断表

工况季节

实际计算值

限值

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

夏季

12466.66

12344.99

99.0%

12466.66

100.0%

≥95.0%

≥95.0%

判断

未产生无风区面积比例为99.0%，达到了“场地内人活动区域不产生无风区面积比≥95.0%”的要求；

未产生旋涡区面积比例为100.0%，达到了“场地内人活动区域不产生涡旋面积比≥95.0%”的要求。

4.2.2夏季工况判断汇总表

指标限值

实际计算值

规范限值

人行区最大风速（m/s）

--

--

风速放大系数

--

--

未出现无风的面积比（%）

99.0%

≥95.0%

未出现漩涡的面积比（%）

100.0%

≥95.0%

建筑迎背风面平均风压压差的最大值（Pa）

--

--

窗口内外表面压差达标的面积比（%）

--

≥50.0%

判断

最大风速判断

无要求

无风区旋涡区判断

未产生无风区面积比例为99.0%，达到了“场地内人活动区域不产生无风区面积比≥95.0%”的要求；未产生旋涡区面积比例为100.0%，达到了“场地内人活动区域不产生涡旋面积比≥95.0%”的要求。

风速放大系数判断

无要求

建筑风压判断

无要求

窗口风压压差判断

--

4.3过渡季工况的模拟结果

过渡季工况自然通风的基本情况：

过渡季、南向、平均风速4.60m/s。

4.3.1过渡季工况的无风区与旋涡区计算结果

图12过渡季工况1.5m处无风区示意图

过渡季工况无风区数值表

风速范围（m/s）

该风速范围内的人行区域面积（㎡）

人行活动区域总面积（㎡）

占总面积百分比（%）

备注

0~0.1

106.66

12466.66

0.9

属于无风

>0.1

12360.00

12466.66

99.1

不属于无风

汇总

未产生无风面积比=99.1%，超过95.0%，故认为未产生无风区

图13过渡季工况1.5m处风速矢量示意图

过渡季工况旋涡区数值表

旋涡半径（m）

该半径范围内的人行区域面积（㎡）

人行活动区域总面积（㎡）

占总面积百分比（%）

备注

无漩涡

12466.66

12466.66

100%

无漩涡

有漩涡

0.00

12466.66

0%

有漩涡

汇总

未产生旋涡面积比=100.0%，超过95.0%，故认为未产生旋涡区

过渡季工况无风区旋涡区判断表

工况季节

实际计算值

限值

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

过渡季

12466.66

12344.99

99.0%

12466.66

100.0%

≥95.0%

≥95.0%

判断

未产生无风区面积比例为99.0%，达到了“场地内人活动区域不产生无风区面积比≥95.0%”的要求；

未产生旋涡区面积比例为100.0%，达到了“场地内人活动区域不产生涡旋面积比≥95.0%”的要求。

4.3.2过渡季工况判断汇总表

指标限值

实际计算值

规范限值

人行区最大风速（m/s）

--

--

风速放大系数

--

--

未出现无风的面积比（%）

99.0%

≥95.0%

未出现漩涡的面积比（%）

100.0%

≥95.0%

建筑迎背风面平均风压压差的最大值（Pa）

--

--

窗口内外表面压差达标的面积比（%）

--

≥50.0%

判断

最大风速判断

无要求

无风区旋涡区判断

未产生无风区面积比例为99.0%，达到了“场地内人活动区域不产生无风区面积比≥95.0%”的要求；未产生旋涡区面积比例为100.0%，达到了“场地内人活动区域不产生涡旋面积比≥95.0%”的要求。

风速放大系数判断

无要求

建筑风压判断

无要求

窗口风压压差判断

--

五、结论

工况

风速过大

风速放大系数

无风区

旋涡区

建筑表面压差

窗口内外表面压差

冬季工况

未达标

未达标

不判断

不判断

达标

不判断

夏季工况

不判断

不判断

达标

达标

不判断

--

过渡季工况

不判断

不判断

达标

达标

不判断

--

冬季工况未达到“建筑周围人行区风速<5.0m/s的面积比例≥95.0%”的要求；

冬季工况未达到“室外风速放大系数<2.0”的要求；

冬季工况达到了迎背风面平均风压的压差值<5.0Pa的要求，得1分；

夏季工况、过渡季工况达到了“场地内人活动区域无风区面积比≥95.0%且涡旋面积比≥95.0%”的要求，得2分。