1號地塊室外風(fēng)通風(fēng)--室外風(fēng)環(huán)境模擬分析報告提供者：深圳市筑道建筑工程設(shè)計成都分公司聲明：1、本報告無咨詢單位簽字蓋章無效；2、本報告涂改、復(fù)印均無效；3、本報告僅對本工程有效。工程名稱：通錦·國際新城三期工程(通錦·國際嘉園)委托單位：深圳市筑道建筑工程設(shè)計成都分公司報告編寫人：校對人：審核人：工程負責(zé)人：批準(zhǔn)人：報告編號：報告日期：2023年1月目錄1模擬概述21.1工程概況21.2氣候概況21.3風(fēng)環(huán)境影響31.4參考依據(jù)31.5評價標(biāo)準(zhǔn)42分析流程42.1評價方法42.2幾何模型52.3網(wǎng)格劃分62.4湍流模型72.5邊界條件82.6數(shù)學(xué)模型92.7求解方法102.8模擬工況103結(jié)果分析113.1工況1〔夏季工況〕113.2工況2〔冬季工況〕144結(jié)論161模擬概述1.1工程概況1、工程名稱：通錦?國際新城三期工程2、建設(shè)單位：四川路橋通錦房地產(chǎn)開發(fā)3、建設(shè)用地：該工程位于四川省達州市，位于四川省東北部，重慶以北，是由原達川地區(qū)更名建立的一個地級市，總面積16591平方千米。達州市轄1個市轄區(qū)、5個縣、1個縣級市，有大面積的園林，是四川省的人口大市、農(nóng)業(yè)大市、工業(yè)重鎮(zhèn)，素有著中國氣都和中國苧麻之鄉(xiāng)的“川東明珠〞美譽。達州地理坐標(biāo)為北緯30o75′-32o07′，東經(jīng)106o94′-108o06′，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候類型，冬暖夏涼。達州地勢東北高，西南低，北部山體切割劇烈，山勢陡峭，形成中、低山地地貌單元；圖1達州市通錦·國際新城三期工程總平面本工程位于達州中南部，地勢較為平緩，形成平等谷底地貌單元。1.2氣候概況達州市屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候類型。由于地形復(fù)雜，區(qū)域性氣候差異大。海拔800米以下的低山、丘陵、河谷地區(qū)氣候溫和，冬暖、春早、夏熱、秋涼，四季清楚，無霜期長；海拔800至1000米的低、中山氣候溫涼、陰濕，回春遲，夏日酷熱，秋涼早，冬寒長；海拔1000米以上的中山區(qū)，光熱資源缺乏，寒冷期較長，春寒和秋霜十分突出。達州市熱量資源豐富，雨熱同期，全年平均氣溫14.7度－17.6度之間，無霜期300天左右。1.3風(fēng)環(huán)境影響建筑群和高大建筑物會顯著改變城市近地面層風(fēng)場結(jié)構(gòu)。近地風(fēng)的狀況與建筑物的外形、尺寸、建筑物之間的相對位置以及周圍地形地貌有著很復(fù)雜的關(guān)系。在有較強來流時，建筑物周圍某些地區(qū)會出現(xiàn)強風(fēng)；如果這些強風(fēng)區(qū)出現(xiàn)在建筑物入口、通道、露臺等行人頻繁活動的區(qū)域，那么可能使行人感到不舒適、甚至帶來傷害，形成惡劣的風(fēng)環(huán)境問題。在一般的氣候條件下，他們直接影響著城市環(huán)境的小氣候和環(huán)境的舒適性；一旦遇到大風(fēng)，這種影響往往會變成災(zāi)害，使建筑外墻局部的玻璃幕墻、窗扇、雨棚等受到破壞，威脅著室內(nèi)外的平安。調(diào)查統(tǒng)計顯示：在建筑周圍行人區(qū)，假設(shè)平均風(fēng)速V>5m/s的出現(xiàn)頻率小于10%，行人不會有什么抱怨〔在10%大風(fēng)情況下建筑周圍行人區(qū)風(fēng)速小于5m/s，即可認為建筑周圍行人區(qū)是舒適的〕；頻率在10%～20%之間，抱怨將增多；頻率大于20%那么應(yīng)采取補救措施以減小風(fēng)速。另外，行人在風(fēng)速分布不均區(qū)域活動時，假設(shè)在小于2m的距離內(nèi)平均風(fēng)速變化達70%，即從低風(fēng)速區(qū)突然進入高風(fēng)速區(qū)，人對風(fēng)的適應(yīng)能力將大減。因此在設(shè)計階段，應(yīng)對建筑物的室外風(fēng)環(huán)境做出評價，分析建筑之間位置關(guān)系對室外風(fēng)環(huán)境的影響。同時，室外風(fēng)環(huán)境深刻影響建筑室內(nèi)風(fēng)環(huán)境，特別對建筑防風(fēng)與自然通風(fēng)有著決定性影響。冬季建筑防風(fēng)，有效減少氣流滲透，降低采暖能耗，而夏季與過渡季節(jié)的自然通風(fēng)那么能降低建筑空調(diào)能耗。自然通風(fēng)主要有以下3種作用：舒適通風(fēng)、降溫通風(fēng)、健康通風(fēng)。通過通風(fēng)增加人的舒適度，從而提高人體熱舒適感覺；通過建筑周圍氣流將建筑周邊以及房間里的熱量散發(fā)到空氣中去；同時通過通風(fēng)，為室內(nèi)提供新鮮空氣，降低室內(nèi)二氧化碳濃度。建筑室外風(fēng)環(huán)境模擬分析，主要考慮室外風(fēng)場以及室外風(fēng)環(huán)境對室內(nèi)環(huán)境影響兩方面內(nèi)容。本報告綜合考慮風(fēng)速、風(fēng)壓兩個因素，對達州市通錦.國際新城三期工程(通錦.國際嘉園)及周邊的風(fēng)環(huán)境進行分析評價，并進一步為室內(nèi)自然通風(fēng)適用與否以及舒適性分析提供參考數(shù)據(jù)。1.4參考依據(jù)本工程主要參照資料為：★《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50378—2023★《建筑通風(fēng)效果測試與評價標(biāo)準(zhǔn)》JGJ/T309—2023★《綠色建筑評價技術(shù)細那么》委托方提供的達州市通錦·國際新城三期工程的總平面圖、建筑專業(yè)設(shè)計圖紙、設(shè)計效果圖等圖紙資料★《民用建筑設(shè)計通那么》GB50352—2005★委托方提供的其他相關(guān)資料1.5評價標(biāo)準(zhǔn)《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50378-2023中4.2.6條對建筑的室外風(fēng)環(huán)境狀況提出了明確的要求：4.2.6場地內(nèi)風(fēng)環(huán)境有利于室外行走、活動舒適和建筑的自然通風(fēng)。評分規(guī)那么如下：1冬季典型風(fēng)速和風(fēng)向條件下評分規(guī)那么：建筑物周圍人行區(qū)風(fēng)速低于5m/s，且室外風(fēng)速放大系數(shù)小于2，得2分；除迎風(fēng)第一排建筑外，建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面外表風(fēng)壓差不超過5Pa，再得1分；2過渡季、夏季典型風(fēng)速和風(fēng)向條件下：場地內(nèi)人活動區(qū)不出現(xiàn)渦旋或無風(fēng)區(qū)，得2分；50%以上可開啟外窗室內(nèi)外外表的風(fēng)壓差大于0.5Pa，得1分。2分析流程本報告主要對達州市通錦.國際新城三期工程(通錦.國際嘉園)及周邊的風(fēng)場分布狀況及其對室內(nèi)通風(fēng)的影響進行分析，驗證其是否滿足其是否到達第4.2.6條一般項的相關(guān)要求。2.1評價方法建筑通風(fēng)效果的測評方法包括風(fēng)洞實驗、模型試驗和數(shù)值模擬三種，分別針對室外和室內(nèi)兩局部。室外通風(fēng)涉及的室外風(fēng)場范圍非常大，采用前兩種方法的本錢過高并且周期很長，可行性較差。模擬實驗是計算流體力學(xué)CFD〔ComputationalFluidDynamics〕在建筑通風(fēng)模擬評價領(lǐng)域的應(yīng)用，可以大大降低測試本錢，縮減評價周期。本工程采用斯維爾Vent2023軟件實現(xiàn)建筑室外風(fēng)環(huán)境的數(shù)值模擬評價。斯維爾Vent2023軟件依據(jù)CFD根本求解原理和流程，緊貼《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50378-2006和《綠色建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》DB11/938-2023對風(fēng)速和風(fēng)壓的要求，以及《建筑通風(fēng)效果測試與評價標(biāo)準(zhǔn)》JGJ/T309-2023標(biāo)準(zhǔn)對于模擬評價的要求；并且軟件軟件構(gòu)建于AutoCAD平臺，形成基于BIM技術(shù)并被CFD計算核心識別的模擬模型。同時，軟件根據(jù)建筑風(fēng)環(huán)境模型的特征實現(xiàn)了“一鍵式〞操作的智能化計算，涵蓋了模型處理、網(wǎng)格劃分和網(wǎng)格質(zhì)量判斷、模擬工況數(shù)據(jù)庫、計算參數(shù)設(shè)置、迭代求解控制、結(jié)果管理的整個流程。此外，Vent2023通過實驗測試〔參照權(quán)威的AIJ風(fēng)洞模擬數(shù)據(jù)〕，模擬值與實測值誤差小于20%。綜上所述，本工程選擇采用Vent2023軟件。2.2幾何模型本報告根據(jù)委托方提供的建筑總平面圖以及其他相關(guān)資料建立達州市通錦.國際新城三期工程(通錦.國際嘉園)的室外風(fēng)環(huán)境模擬模型，假設(shè)由于委托方提供資料不實或方案變化而導(dǎo)致分析過失，我方將不承當(dāng)責(zé)任。室外通風(fēng)的幾何模型實際為包圍建筑群的風(fēng)場范圍，該風(fēng)場范圍確定了計算區(qū)域，以下為本工程風(fēng)場范圍創(chuàng)立。通過Vent模型觀察功能分析模型中包括達州市通錦.國際新城三期工程(通錦.國際嘉園)中建筑物的高度以及分布情況，并通過建筑總平面圖分析建筑群整體尺寸，依據(jù)《建筑通風(fēng)效果測試與評價標(biāo)準(zhǔn)》JGJ/T309—2023對于室外風(fēng)場尺寸的要求，軟件自動創(chuàng)立適宜的風(fēng)場范圍。模型觀察及風(fēng)場范圍分別如下列圖所示：圖2達州市通錦·國際新城三期模型觀察圖3達州市通錦·國際新城三期風(fēng)場范圍2.3網(wǎng)格劃分網(wǎng)格參數(shù)對網(wǎng)格劃分的精度和效果起決定性作用。網(wǎng)格太密會導(dǎo)致計算速度下降并浪費計算資源；網(wǎng)格太疏導(dǎo)致計算精度缺乏結(jié)果不夠準(zhǔn)確，合理的網(wǎng)格方案需要考慮對計算域中不同的局部采用不同的網(wǎng)格方案。Vent2023充分考慮以下影響網(wǎng)格劃分和網(wǎng)格質(zhì)量的因素：建筑附近或者遠離建筑的區(qū)域：前者要求網(wǎng)格較密，后者網(wǎng)格密度可以適當(dāng)減小；貼近地面的區(qū)域：網(wǎng)格需要加密以捕捉地面摩擦力對近地面層風(fēng)場的影響；貼近建筑的區(qū)域：網(wǎng)格需要加密以捕捉建筑外表摩擦力對靠近建筑外表風(fēng)場的影響；有明顯局部特征的建筑物輪廓：如較大尺寸的尖角、凹槽、凸起，網(wǎng)格需要加密捕捉局部特征對風(fēng)場的影響；圖4達州市通錦·國際新城三期1.5米水平高度處網(wǎng)格全局圖圖5達州市通錦·國際新城三期網(wǎng)格局部放大圖2.4湍流模型湍流模型反映了流體流動的狀態(tài)，在流體力學(xué)數(shù)值模擬中，不同的流體流動應(yīng)該選擇適宜的湍流模型才會最大限度模擬出真實的流場數(shù)值。Vent2023依據(jù)《建筑通風(fēng)效果測試與評價標(biāo)準(zhǔn)》JGJ/T309—2023推薦的RNGk–ε湍流模型進行室外流場計算。下表為幾種工程流體中常見的湍流模型適用性：表1常用湍流模型適用范圍常用湍流模型特點和適用工況standardk-ε模型簡單的工業(yè)流場和熱交換模擬，無較大壓力梯度、別離、強曲率流，適用于初始的參數(shù)研究RNGk-ε模型適合包括快速應(yīng)變的復(fù)雜剪切流、中等旋渦流動、局部轉(zhuǎn)捩流如邊界層別離、鈍體尾跡渦、大角度失速、房間通風(fēng)、室外空氣流動realizablek-ε模型旋轉(zhuǎn)流動、強逆壓梯度的邊界層流動、流動別離和二次流，類似于RNG2.5邊界條件邊界條件為進行數(shù)值模擬計算的必要條件，對于建筑風(fēng)場，需要輸入風(fēng)場的入口和出口邊界條件。2.5.1入口邊界1)入口風(fēng)設(shè)置風(fēng)場入口平均風(fēng)速為風(fēng)場計算的必要邊界條件，Vent2023依據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB50736-2023提供全國各地冬夏兩季的風(fēng)速數(shù)據(jù)庫，過渡季節(jié)的風(fēng)速要以當(dāng)?shù)貧庀筚Y料作為參考。通錦.國際新城三期工程(通錦.國際嘉園)的入口風(fēng)速參考數(shù)據(jù)庫中工程所在地達州的冬夏兩季氣象資料，并結(jié)合達州當(dāng)?shù)剡^渡季節(jié)的氣象數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)見2.7章模擬工況。2)梯度風(fēng)由于隨著高度的增加，風(fēng)速會增大，而且風(fēng)速隨高度增大的規(guī)律還與地面粗糙度有關(guān)。Vent2023參考《建筑通風(fēng)效果測試與評價標(biāo)準(zhǔn)》JGJ/T309—2023，采用指數(shù)函數(shù)梯度風(fēng)。四類地貌〔不同地面粗糙度〕中平均風(fēng)速隨高度變化的規(guī)律：式中：、——任何一點的平均風(fēng)速和高度；、——標(biāo)準(zhǔn)高度處的平均風(fēng)速和標(biāo)準(zhǔn)高度值，《建筑結(jié)構(gòu)荷載標(biāo)準(zhǔn)》GB50009-2001規(guī)定自然風(fēng)場的標(biāo)準(zhǔn)高度取10m；——地面粗糙度指數(shù)，其取值如下表；表2不同類型地外表下的值與梯度風(fēng)高度表地面類型適用區(qū)域指數(shù)nA近海海面、海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)0.12B田野鄉(xiāng)村、叢林、丘陵，房屋較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)0.16C密集建筑群的城市市區(qū)0.22D密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)0.303)出流邊界條件建筑出流面上空氣流動按湍流充分開展考慮,邊界條件按自由出口設(shè)定。2.6數(shù)學(xué)模型CFD方法是針對流體流動的質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒建立數(shù)學(xué)控制方程，其一般形式如下表2所示：該式中的φ可以是速度、湍流動能、湍流耗散率以及溫度等。針對不同的方程，其具體表現(xiàn)形式如REF_Ref237071533\h表1。表3計算流體力學(xué)的控制方程名稱變量連續(xù)性方程100x速度y速度z速度湍流動能湍流耗散溫度REF_Ref237071533\h表1中的常數(shù)如下：，，，，，，，，，，，由計算其中。如果，那么，其中，，2.7求解方法2.7.1算法說明目前CFD計算方法方法主要采用有限差分法和有限體積法。一般情況下，兩者的數(shù)學(xué)本質(zhì)及其表達是相同的，只是物理含義有所區(qū)別，有限差分基于微分的思想，有限體積基于物理守恒的原理。Vent2023軟件采用有限體積法，同時采用壓強校正法〔SIMPLE〕處理連續(xù)性方程，將運動方程的差分方程代入連續(xù)性方程建立起基于連續(xù)性方程代數(shù)離散的壓強聯(lián)系方程，求解壓強量或壓強調(diào)整量。2.7.2差分格式CFD計算需要將CFD數(shù)學(xué)模型中的高度非線性的方程離散為可用于求解的方程，這個過程需要用到差分方法。Vent2023采用二階迎風(fēng)格式對方程進行離散，二階迎風(fēng)格式的準(zhǔn)確性可滿足一般流體模擬計算的要求，同時滿足《建筑通風(fēng)效果測試與評價標(biāo)準(zhǔn)》JGJ/T309—2023對于數(shù)值模擬算法的要求。2.8模擬工況本報告根據(jù)達州市全年的氣象參數(shù)確定典型的夏季和冬季工況，各工況的具體風(fēng)向及風(fēng)速設(shè)置如表3所示。表4模擬的工況工況季節(jié)主導(dǎo)風(fēng)向平均風(fēng)速〔m/s〕工況1夏季典型工況SE〔南偏東22.5〕2.4工況2冬季典型工況NE〔北偏西22.5°〕1.9其中工況1、3、4主要分析在主導(dǎo)風(fēng)向條件下通錦.國際新城三期工程(通錦.國際嘉園)周圍風(fēng)環(huán)境及建筑前后壓差是否有利于自然通風(fēng)；工況2主要分析在冬季主導(dǎo)風(fēng)速的情況下通錦.國際新城三期工程(通錦.國際嘉園)周圍風(fēng)環(huán)境及防風(fēng)狀況。3結(jié)果分析3.1工況1〔夏季工況〕模擬夏季平均風(fēng)速情況下的建筑周邊流場分布狀況時，設(shè)定風(fēng)向為SE〔南偏東22.5〕，風(fēng)速為2.4m/s。1)1.5米高度處風(fēng)速矢量圖圖6-1人行高度處風(fēng)速矢量圖解析：圖6為夏季風(fēng)向為SE的情況下人行高度處風(fēng)速矢量分布圖，可以看出：人行高度主要活動區(qū)域通風(fēng)流暢，周圍沒有形成較大的渦流區(qū)域。2)風(fēng)速云圖圖7人行高度處風(fēng)速云圖解析：圖7為夏季風(fēng)向為SE的情況下人行高度處風(fēng)速云圖，等值線間距約為0.208m/s?？梢钥闯觯喝诵懈叨忍幍娘L(fēng)速根本都處于合理的范圍之內(nèi)，風(fēng)速分布在0.25m/s~3.25m/s之間，弱風(fēng)區(qū)較少，非常適合人們在室外進行活動。3)建筑前后壓差圖8-1建筑外表迎風(fēng)面壓力分布圖8-2建筑外表背風(fēng)面壓力分布圖91.5米水平面風(fēng)壓云圖解析：圖8-1和圖8-2分別為夏季風(fēng)向為SE的情況下建筑外表迎風(fēng)側(cè)和背風(fēng)側(cè)壓力分布圖，圖9為1.5米水平面風(fēng)壓云圖?？梢钥闯觯河L(fēng)側(cè)高層建筑前后外表靜壓差均在5pa以上，有利于夏季室內(nèi)自然通風(fēng)。3.2工況2〔冬季工況〕模擬冬季平均風(fēng)速情況下的建筑周邊流場分布狀況時，設(shè)定風(fēng)向為NE〔北偏西22.5°〕，風(fēng)速為1.9m/s。1)風(fēng)速矢量圖圖10-1人行高度處風(fēng)速矢量圖解析：圖10為冬季風(fēng)向為NE的情況下人行高度處風(fēng)速矢量分布圖，可以看出：人行高度通風(fēng)流暢，冬季風(fēng)環(huán)境較好，風(fēng)