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.docx
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室外风环境模拟计算报告
广东医科大学附属医院海东院区
(一期工程)
室外风环境模拟计算报告
计算软件:
风环境模拟分析软件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:
20170920
室外风环境模拟分析报告
项目名称:
广东医科大学附属医院海东院区(一期工程)
项目地址:
广东湛江
建设单位:
广东医科大学附属医院
设计单位:
中南建筑设计院股份有限公司
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(㎡)
100000.00
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(㎡)
154456.54(含空地)
目标建筑栋数(栋)
11
周边建筑栋数(栋)
1
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2
目标建筑
0.00
37.30
建筑3
目标建筑
0.00
17.40
建筑4
目标建筑
0.00
49.60
建筑5
目标建筑
0.00
49.60
建筑6
目标建筑
0.00
19.30
建筑7
目标建筑
0.00
27.60
建筑8
目标建筑
0.00
27.60
建筑9
目标建筑
0.00
49.60
建筑10
目标建筑
0.00
49.60
建筑11
周边遮挡
0.00
12.70
建筑12
目标建筑
0.00
5.30
建筑13
目标建筑
0.00
54.90
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
NNE
北东北
2.7
19.0
暖通规范
夏季工况
夏季
SSE
南东南
2.3
12.0
暖通规范
过渡季工况
过渡季
SSE
南东南
2.3
12.0
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
风速要求
不出现无风的面积比
无涡旋的面积比
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%
--
--
--
≤5Pa
每栋平均压差均达标
--
≥50%
夏季工况
--
--
>0.1m/s
≥95%
≥95%
--
--
>0.5pa
≥50%
过渡季工况
--
--
>0.1m/s
≥95%
≥95%
--
--
>0.5pa
≥50%
3.5计算域及网格划分设置
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)
798.4
381.5(5H)
1796.4
宽Y(m)
505.8
381.5(5H)
1507.2
高Z(H)(m)
76.3
228.9(3H)
305.2
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
70
最小网格尺寸(m×m×m)
无要求
2.0m×2.0m×2.0m
最大网格尺寸(m×m×m)
无要求
7.0m×7.0m×7.0m
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
建筑5、建筑7、建筑8、建筑9、建筑12、建筑13
建筑2、建筑3、建筑4、建筑6、建筑10、建筑11
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、北东北向、平均风速2.70m/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(%)
0~1.4
57625.73
37.3
1.4~2.8
79289.01
51.3
2.8~3.7
17541.80
11.4
(2)人行活动区域风速结果
图5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
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
154456.54
154456.54
100.0
≥5
0.00
154456.54
0.0
汇总
风速<5m/s的面积比=100.0%
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
3.7
100.0%
<5.0
≥95.0%
判断
人行区风速<5.0m/s的面积比例为100.0%,故达到了“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。
4.1.2冬季工况的风速放大系数计算结果
图7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
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
2.7
1.6(实值1.587)
3.7(实值3.693)
2.3
<2.0
判断
风速放大系数为2.3,未达到“室外风速放大系数<2.0”的要求
注:
v1=2.70*0.15^0.28=1.587
风速放大系数=v2/v1=3.693/1.587=2.3
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)
建筑5
-1.0
-4.2
3.2
建筑7
1.9
-3.5
5.4
建筑8
-0.6
-4.1
3.5
建筑9
-1.8
-5.9
4.1
建筑12
3.3
1.9
1.4
建筑13
1.3
-5.9
7.1
汇总
有2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
7.1
≤5.0
判断
建筑7、建筑13的迎背风面平均风压的压差值大于限值,故未达到标准的要求
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)
3.7
<5.0
风速放大系数
2.3
<2.0
未出现无风的面积比(%)
--
--
未出现涡旋的面积比(%)
--
--
建筑迎背风面平均风压压差的最大值(Pa)
7.1
≤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100.0%,故达到了“建筑周围人行区风速<5.0m/s”的要求。
无风区与涡旋判断
无要求
风速放大系数判断
风速放大系数为2.3,未达到“室外风速放大系数<2.0”的要求。
建筑风压判断
建筑7、建筑13的迎背风面平均风压的压差值大于限值,故未达到标准的要求。
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、南东南向、平均风速2.30m/s。
4.2.1夏季工况的无风区与涡旋计算结果
图10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
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
202.94
154456.54
0.1
属于无风
>0.1
154253.60
154456.54
99.9
不属于无风
汇总
未产生无风面积比=99.9%,超过95.0%,故认为未产生无风区
注:
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11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(㎡)
人行活动区域总面积(㎡)
占总面积百分比(%)
备注
无涡旋
154456.54
154456.54
100
无涡旋
有涡旋
0.00
154456.54
0
有涡旋
汇总
未产生涡旋面积比=100.0%,超过95.0%,故认为未产生涡旋
注:
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
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
154456.54
154253.60
99.9%
154456.54
100.0%
≥95.0%
≥95.0%
判断
未产生无风的面积比为99.9%,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;
注:
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。
4.2.2夏季工况的窗口风压压差计算结果
图12夏季工况窗口内外表面风压压差示意图
夏季工况外窗可开启部分风压压差数值表
建筑名称
外窗可开启部分的总面积(㎡)
外窗内外表面风压压差范围(Pa)
该压差范围内的外窗可开启面积(㎡)
占可开启总面积的比例(%)
建筑6
7.20
0~0.50
0.00
0.0%
建筑6
7.20
>0.5
7.20
100.0%
夏季工况外窗可开启部分风压压差判断
工况季节
实际计算值
限值
外窗可开启部分总面积(㎡)
外窗可开启部分压差>0.5Pa的面积(㎡)
外窗可开启部分压差>0.5Pa的面积比(%)
压差大于限值的面积比限值(%)
夏季
7.20
7.20
100.0%
≥50.0%
判断
夏季工况达到了“50.0%以上可开启外窗室内外表面的风压差>0.5Pa”的要求
4.2.3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(%)
99.9
≥95.0
未出现涡旋的面积比(%)
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(%)
100.0
≥50.0
判断
最大风速判断
无要求
无风区与涡旋判断
未产生无风的面积比为99.9%,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。
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
夏季工况达到了“50.0%以上可开启外窗室内外表面的风压差>0.5Pa”的要求
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、南东南向、平均风速2.30m/s。
4.3.1过渡季工况的无风区与涡旋计算结果
图13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
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
202.94
154456.54
0.1
属于无风
>0.1
154253.60
154456.54
99.9
不属于无风
汇总
未产生无风面积比=99.9%,超过95.0%,故认为未产生无风区
注:
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
涡旋半径(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
无涡旋
154456.54
154456.54
100
无涡旋
有涡旋
0.00
154456.54
0
有涡旋
汇总
未产生涡旋面积比=100.0%,超过95.0%,故认为未产生涡旋
注:
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。
过渡季工况无风区与涡旋判断表
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
154456.54
154253.60
99.9%
154456.54
100.0%
≥95.0%
≥95.0%
判断
未产生无风的面积比为99.9%,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;
注:
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。
4.3.2过渡季工况的窗口风压压差计算结果
图15过渡季工况窗口内外表面风压压差示意图
过渡季工况外窗可开启部分风压压差数值表
建筑名称
外窗可开启部分的总面积(㎡)
外窗内外表面风压压差范围(Pa)
该压差范围内的外窗可开启面积(㎡)
占可开启总面积的比例(%)
建筑6
7.20
0~0.50
0.00
0.0%
建筑6
7.20
>0.5
7.20
100.0%
过渡季工况外窗可开启部分风压压差判断
工况季节
实际计算值
限值
外窗可开启部分总面积(㎡)
外窗可开启部分压差>0.5Pa的面积(㎡)
外窗可开启部分压差>0.5Pa的面积比(%)
压差大于限值的面积比限值(%)
过渡季
7.20
7.20
100.0%
≥50.0%
判断
过渡季工况达到了“50.0%以上可开启外窗室内外表面的风压差>0.5Pa”的要求
4.3.3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(%)
99.9
≥95.0
未出现涡旋的面积比(%)
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(%)
100.0
≥50.0
判断
最大风速判断
无要求
无风区与涡旋判断
未产生无风的面积比为99.9%,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。
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
过渡季工况达到了“50.0%以上可开启外窗室内外表面的风压差>0.5Pa”的要求
五、结论
工况名称
季节
风速
风速放大系数
无风区
涡旋
建筑表面压差
窗口内外表面压差
冬季工况
冬季
达标
未达标
--
--
未达标
--
夏季工况
夏季
--
--
达标
达标
--
达标
过渡季工况
过渡季
--
--
达标
达标
--
达标
冬季:
达到了“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。
未达到“建筑迎背风面表面风压差≤5.0Pa的要求,得0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。
夏季工况达到了“50.0%以上可开启外窗室内外表面的风压差>0.5Pa”的要求,过渡季工况达到了“50.0%以上可开启外窗室内外表面的风压差>0.5Pa”的要求,得1分。
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。
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