室外风环境模拟计算报告.docx
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室外风环境模拟计算报告
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
合作单位:
SoftwareCradleCo.,Ltd.
韵能建筑科技
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围为水平计算域。
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
夏季工况
夏季
S
南
4.6
17.0
暖通规
过渡季工况
过渡季
S
南
4.6
17.0
暖通规
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
风速围(m/s)
该风速围的人行区域面积(㎡)
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
风速围(m/s)
该风速围的人行区域面积(㎡)
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)
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
风速围(m/s)
该风速围的人行区域面积(㎡)
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)
该半径围的人行区域面积(㎡)
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
风速围(m/s)
该风速围的人行区域面积(㎡)
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)
该半径围的人行区域面积(㎡)
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。