小学改扩建工程-室外风环境模拟分析报告（冬季）.docx

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1、室外风环境模拟分析报告项目名称小学改扩建工程采用软件建筑通风Vent2023软件版本20220401研发单位正版授权码1项目概况31.1 总平面图41.2 三维视图52计算依据63参考标准64计算原理64.1 风场计算域64.1.1 冬季工况风场计算域64.2 网格划分74.3 边界条件94.3.1 人口与出口边界条件94.3.2 壁面边界条件104.4 湍流模型104.5 求解计算104.6 风速放大系数计算115结果分析135.1 工况表135.2 冬季工况135.2.1 风速达标分析135.2.2 风速放大系数达标分析145.2.3 冬季工况风速/风速放大系数达标结果汇总155.2.4

2、建筑迎风面和背风面风压分析155.3 结论175.3.1 冬季工况达标判断17X项目概况游憩广场（人活动区）停车场（人行区）儿童娱乐区（人活动区）人行道（人行区）庭院（人活动区）户外休息区（人活动区）1.2三维视图游憩广场（人活动区）停车场（人行区）儿童娱乐区（人活动区）人行道（人行区）庭院（人活动区）户外休息区（人活动区）VENT图1.27三维视图2计算依据本项目主要参照资料为：1 .绿色建筑评价标准GB/T50378-20192 .建筑通风效果测试与评价标准JGJ/T30920133 .绿色建筑评价技术细则4 .委托方提供的总平面图、建筑专业设计图纸、设计效果图等图纸资料3参考标准室外风环

3、境评价依据为绿色建筑评价标准GB/T50378-2019中有关室外风环境的条目要求。具体要求如下：5 .2.8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，建筑物周围人行区距地高l5m处风速低于5ms,户外休息区、儿童娱乐区风速小于2ms,且室外风速放大系数小于2,得3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,得2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3分：50%以上可开启外窗室内外表面的风压差大于05Pa,得2分。4计算原理4.1 风场计算域进行室外风场计算前，需要确定参与计算风场

4、的大小，在流体力学中称为计算域，通常为一个包围建筑群的长方体或正方体，本项目的风场计算域信息如下：4.1.1 冬季工况风场计算域表4.17冬季工况风场计算域信息顺风方向尺寸（m）426宽度方向尺寸（m）376高度方向尺寸（m）121VENT图4.17冬季工况风场计算域图示注：不同季节因风向不同，为了最大限度反映项目周围区域风场特征，根据不同风向划定不同的计算域。4.2 网格划分网格划分决定着计算的精确程度并影响计算速度，网格太密会导致计算速度下降并浪费计算资源；网格太疏导致计算精度不足结果不够准确，合理的网格方案需要考虑对计算域中不同的部分采用不同的网格方案。建筑周围，远离建筑的区域，建筑物轮

5、廓有明显的局部特征（如尖角，凹槽，凸起等细微的外装饰），贴近地面的区域，都需要采用不同的网格方案。下面为本项目所采用的加密方案：1）普通网格：指除靠近地面和建筑以外的网格，通常不需要特别加密处理 分弧精度：对于有圆弧特征的建筑局部，把圆弧分解为线段时，弦到弧的最大距离； 初始网格大小：初始化时候正交网格的大小，单位米（m）； 最小细分级数：初始网格至少细分的级数； 最大细分级数：初始网格最多细分的级数；2）地面网格靠近建筑物的区域称为近场，远离建筑物的区域称为远场。近场的地面网格需要加密，对应地面细分级数较大；而远场地面对应网格较疏，地面细分级数较小。3)附面层网格贴近地面/建筑壁面的空气流动

6、，因为空气自身粘性而受到地面/建筑表面阻滞作用，紧贴地面/建筑壁面的空气流动速度几乎为0,且速度随着与地面/建筑壁面距离的增加而增加，使得靠近地面的一定厚度空气层的流速呈现梯度分布，最终达到主流速度，而这层空气层通常称为流动边界层或者附面层。在做计算流体力学分析时，为了获取边界层/附面层内的空气流动特征，提升分析精度，宜对其中的网格进行分层加密，形成附面层网格地面附面层数：地而附面层网格的层数；建筑附面层数：建筑表面附面层网格的层数；以下为本项目的网格划分信息，上述网格方案对网格的控制分别体现在相应的网格参数中：表4.2-1冬季网格划分信息网格总数(个)网格类型网格尺寸335495普通网格分弧

7、精度(m)0.24初始网格(m)8.0最小细分级数1最大细分级数2地面网格远场细分级数1近场细分级数2附面层地面附面层数2建筑附面层数0图4.2-1网格图-冬季注：前述计算域随风向不同，所以相同的网格方案会产生不同的网格数量。4.3边界条件图4.3-1风场边界类型示意图上图展示了计算域中风场边界的类型，本小节将给出不同边界的边界条件。4.3.1入口与出口边界条件D入口风速梯度本项目中，入口边界条件主要包括不同工况下的风速和风向数据，其中入口风速采用下列梯度风：V=Vr(4.3-1)式中：V,Z任何i点的平均风速和高度；VZR、ZR标准高度处的平均风速和标准高度值，建筑结构荷载规范GB50009

8、-2012规定自然风场的标准高度取IOm,此平均风速对应入口风设置的数值；a一一地面粗糙度指数，本项目为0.28；表4.3-1地面粗糙度指数参考值参考标准地貌类别地面粗糙度指数绿色建筑评价技术细则空旷平坦地面0.14城市郊区0.22大城市中心0.28注：上述地面粗糙度指数参考绿色建筑评价技术细则关于4.2.6节条文说明，也可酌情参考建筑通风效果测试与评价标准JGJT3099-2013中5.2.1节2）出口边界条件本项目采用自由出流作为出口边界条件。4. 3.2壁面边界条件风场的两个侧面边界和顶边界设定为滑移壁面，即假定空气流动不受壁面摩擦力影响，模拟真实的室外风流动。风场的地面边界设定为无滑移

9、壁面，空气流动要受到地面摩擦力的影响。4.4湍流模型湍流模型反映了流体流动的状态，在流体力学数值模拟中，不同的流体流动应该选择合适的湍流模型才会最大限度模拟出真实的流场数值。本项目依据绿色建筑评价技术细则推荐的标准k-s湍流模型进行室外流场计算。下表为几种工程流体中常见的湍流模型适用性：表4.4-1常用湍流模型适用范围常用湍流模型特点和适用工况standardk-模型简单的工业流场和热交换模拟，无较大压力梯度、分离、强曲率流，适用于初始的参数研究，一般的建筑通风均适用。RNGk-模型适合包括快速应变的复杂剪切流、中等旋涡流动、局部转掇流如边界层分离、钝体尾迹涡、大角度失速、房间通风、室外空气流

10、动。realizablek-模型旋转流动、强逆压梯度的边界层流动、流动分离和二次流，类似于RNGo4.5求解计算1 .数学模型本项目采用CFD（计算流体力学）方法对风场进行求解，即在所分析的计算域内建立流体流动的质量守恒、动量守恒和能量守恒建立数学控制方程，其一般形式如下所示：Of+dipUI=digrad。I+Se该式中的6可以是速度、湍流动能、湍流耗散率以及温度等物理量，参照下表表4.5-1计算流体力学的控制方程名称变量连续性方程100名称变量sX速度UZ=4+4P+一xx、“瑶+（加）(w+抵W菽y速度VP+一yx+(w+*收加JZ速度Weff=+tP+一zxuyA(5v(3卬、*至E一

11、Pg湍流动能kakPeffGkgb-P湍流耗散a*第2CAG+C3q)-C?7一R/KK温度TA+APrSTGk = tS2 S = 2SjjSij0.3679a-1.39290.6321 +2.3929a0-1.3929%+2.3929其中如果 则=41393C” 0.0845 Q =1.42C2.二旦%计算上表中的常数如下:RCMP3Q-ii)2C(1+如3)k其中77=szg,%=4.38/7=0.0122 .算法说明本项目采用SIMPLE算法求解上述方程组。4.6风速放大系数计算风速放大系数反映了高层建筑对风速的放大作用，通常指建筑物周围离地面高1.5m处最大风速与开阔区域同高度风速之

12、比。可采用下式平均风速随高度变化的指数函数进行风速放大系数的计算：(4.6-1)(4.6-2)其中：/一一风速放大系数；v1.5一一建筑物周围距离地面高1.5米处最大风速，该风速通过前述风速计算获取，对应1.5高度处风速云图中的数据。匕5,一一远离建筑的开阔区域，距离地面L5米高度处风速。v,0f一一远离建筑的开阔区域，距离地面10米高度处风速，此处取室外风场入口边界风速。4一地面粗糙度指数，本项目为0.28；5结果分析5.1工况表本结果基于以下几个工况进行计算:序号季节风速(ms)风向风向()1冬季2.70NNE67.5说明：风向逆时针为正，正东为0,正北为90,正西为180,正南为270。

13、风向字母意义如下图所示：图5.1-1风向示思图5.2冬季工况本项目冬季工况的入口边界风速为2.70ms,风向为NNE。5. 2.1风速达标分析下图为整个计算域内风速分布云图，参考图中速度分布可以对项目中建筑布局进行优化。计算域内建筑周围如果有风速超限区域，图中会用速度上限值为5ms的黑色等值线标示。分析下列图数据，未标示出超标区域，可知人行区域风速小于5ms,满足绿标要求。图5.2-1计算域内75米高度水平面风速云图-冬季5. 2.2风速放大系数达标分析下图为整个计算域内风速放大系数分布云图，参考该图中速度分布以及前述风速分布可以对项目中整体建筑布局进行优化。同样，计算域内建筑周围如果有风速放

14、大系数超限区域，图中会用上限值为2的黑色等值线标示。分析下列云图数据，图中未标示出风速放大系数超标区域，因此可知人行区域风速放大系数小于2,满足绿标要求。图5.2-2计算域内7.5米高处风速放大系数云图注：1）计算域内结果云图中图例上限为软件默认输出，图例上限也可按需求在结果浏览中调整。2）通常将15米作为一般人群的参考行走高度，也可酌情调整人行走高度。5. 2.3冬季工况风速/风速放大系数达标结果汇总综合上述冬季工况风场中风速和风速放大系数的计算分析，将分析结果汇总如下表：表5.2-1冬季工况风速/风速放大系数达标分析汇总评价内容标准要求限值是否有超限区域达标判断风速5ms否是风速放大系数2

15、否是5. 2.4建筑迎风面和背风面风压分析标准中规定“冬季工况下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”,避免由于建筑迎风面与背风面表面风压差过大，导致冷风通过门窗缝隙渗透过多，从而增加室内热负荷而不节能，因此建筑迎风面与背风面表面风压差的控制需要体现在对应的门窗表面风压上。5.2.4.1 建筑迎风面和背风面风压差计算方法本项目采用面积加权法对建筑迎风面和背风面对应门窗的风压值进行计算，最后获得迎背风面门窗的风压差值。下面将以一个示意建筑为例说明具体计算过程。图5.2-3示意建筑平面图以上图建筑第二层为例，迎风面窗户Cl,C2,C3的平均风压值，通过每个窗户的平均风压和其

16、窗户面积进行加权平均计算，如下式:n_PciX“Cl+Pc2X4cz+Pc34C3UP=C2+-C3（521）式中：Pci、&2和&3分别为窗户Cl,C2,C3的平均风压值，而4ci、C2和为各个窗户的面积，RlP为迎风面窗户平均风压。背风面窗户平均风压与迎风面窗户平均风压计算公式相同，在此不再赞述。上述以一个示意建筑为例说明了本项目目标建筑迎风面与背风面风压差的计算过程，下面将给出本项目各个目标建筑的迎背风面风压差计算结果。5.2.4.2 建筑迎风面和背风面风压云图图5.2-4建筑迎风面风压云图P(Pa)NVENT图5.2-5建筑背风面风压云图5.2.4.3 建筑迎风和背风面风压差结论汇总表

17、5.2-2建筑也!风和背风面风压差结论汇总表建筑编号迎风面平均风压(Pa)背风面平均风压(Pa)建筑迎风和背风面风压差(Pa)是否达标未命名0.000.000.00是11#小学1.85-2.734.58是综合教学楼-2.72-2.47-0.25是结论：本项目中所有参评建筑满足“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”的要求。5.3结论5.3.1冬季工况达标判断表5.3-1冬季工况达标判断表评价项目标准要求项目计算结果达标判定得分风速建筑物周围人行区距地高1.5m处风速小于5ms,户外休息区、儿童娱乐计算域没有出现风速大于5ms的区域达标3分风速放大系数计算域没有出现风速放大系数大于等区风速小于2ms,且室外风速放大系数小于2,得3分；于2的区域建筑迎风面/背风面风压值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,得2分未出现风速超标区域本项目没有出现建筑迎风面与背风面表面风压差大于5Pa的建筑达标2分综合上述达标判断详表的信息，可知本项目得分为5分。