十七中室外风环境模拟分析报告

室外风环境模拟分析报告

北京市第十七中学分校改扩建工程

建筑专业

主持人：

（设计总负责人）

审定人： 校审人： 计算人：

北京中帝恒成建筑设计有限公司

2016年02月18日

目 录

1 . 建筑概况 ........................................................................................................................................................... 2 2 . 评价依据 ........................................................................................................................................................... 2 3 . 分析方法 ........................................................................................................................................................... 2 3.1 原理概述..................................................................................................................................................... 2 3.2 模拟软件..................................................................................................................................................... 3 3.3 计算原理..................................................................................................................................................... 3 3.4 模型设置..................................................................................................................................................... 4 3.5 参数设置..................................................................................................................................................... 5 4 . 评价标准 ........................................................................................................................................................... 6 5 . 模拟结果和分析 ............................................................................................................................................... 6 5.1 风环境模拟模型 ......................................................................................................................................... 6 5.2 工况1（冬季平均风速工况） .................................................................................................................. 6 5.3 工况2（夏季平均风速工况） .................................................................................................................. 8 5.4 工况3（过渡季平均风速工况） .............................................................................................................. 9 6 . 结论 ................................................................................................................................................................. 10

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1 建筑概况

工程名称 工程地点 气候子区 建筑面积 建筑层数 建筑高度 北向角度 北京市第十七中学分校改扩建工程 北京市朝阳区第十七中学百子湾校区内 寒冷 地上5861.93㎡ 地下3321.8㎡ 地上5 地下2 地上18.0m 地下8.4m 0° 2 评价依据

1. 北京市《绿色建筑评价标准》DB11T825-2011 2. 《民用建筑设计通则》GB 50352－2005

3. 《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736－2012 4. 《实用供热空调设计手册》

3 分析方法

3.1 原理概述

建筑群和高大建筑物会显著改变城市近地面层风场结构。近地风的状况与建筑物的外形、尺寸、建筑物之间的相对位置以及周围地形地貌有着很复杂的关系。在有较强来流时，建筑物周围某些地区会出现强风；如果这些强风区出现在建筑物入口、通道、露台等行人频繁活动的区域，则可能使行人感到不舒适、甚至带来伤害，形成恶劣的风环境问题。在一般的气候条件下，他们直接影响着城市环境的小气候和环境的舒适性；一旦遇到大风，这种影响往往会变成灾害，使建筑外墙局部的玻璃幕墙、窗扇、雨棚等受到破坏，威胁着室内外的安全。

高层建筑群室外人行区域最容易形成再生风和二次风问题，导致冬季室外风速过大，行人难以停留。

图1 室外空气流动与建筑之间所产生的效用示意图

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建筑合理布局是改善室外行人区热舒适的关键；主要是避免在寒冷冬季室外行人区风速加速，如风巷效应，同时在与冬季主导风向垂直方向最好增加裙房，加大底座尺寸，避免冲刷效应和边角效应等，如图1所示。

调查统计显示：在建筑周围行人区，若平均风速V>5 m/s的出现频率小于10%，行人不会有什么抱怨（在10%大风情况下建筑周围行人区风速小于5 m/s，即可认为建筑周围行人区是舒适的）；频率在10%～20%之间，抱怨将增多；频率大于20%则应采取补救措施以减小风速。另外，行人在风速分布不均区域活动时，若在小于2m的距离内平均风速变化达70%，即从低风速区突然进入高风速区，人对风的适应能力将大减。

因此在设计阶段，应对建筑物的室外风环境做出评价，分析建筑之间位置关系对室外风环境的影响。同时，室外风环境深刻影响建筑室内风环境，特别对建筑防风与自然通风有着决定性影响。冬季建筑防风，有效减少气流渗透，降低采暖能耗，而夏季与过渡季节的自然通风则能降低建筑空调能耗。自然通风主要有以下 3 种作用：舒适通风、降温通风、健康通风。通过通风增加人的舒适度，从而提高人体热舒适感觉；通过建筑周围气流将建筑周边以及房间里的热量散发到空气中去；同时通过通风，为室内提供新鲜空气，降低室内二氧化碳浓度。建筑室外风环境模拟分析，主要考虑室外风场以及室外风环境对室内环境影响两方面内容。

3.2 模拟软件

本项目采用 CFD 手段对建筑及周围的微环境进行模拟分析，评价室外流场分布状况。 模拟计算采用的Phoenics软件可以对三维稳态或非稳态的可压缩流或不可压缩流进行模拟，包括非牛顿流、多孔介质中的流动，并且可以考虑粘度、密度、温度变化的影响。在流体模型上面，Phoenics内置了22种适合于各种Re数场合的湍流模型，包括雷诺应力模型、多流体湍流模型和通量模型及k－e模型的各种变异，共计21个湍流模型，8个多相流模型，10多个差分格式，由于较好的结构化网格的适应性，使得Phoenics能达到较佳的收敛速度和求解精度。广泛的应用于航空航天、能源动力、船舶水利、暖通空调、建筑、石油化工、冶金及核工业领域。

3.3 计算原理

CFD 方法是针对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：

??????div?U??div???grad???S? ?t??该式中的φ可以是速度、湍流动能、湍流耗散率以及温度等。针对不同的方程，其具体表现形式如表1。

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