十七中室外风环境模拟分析实施报告

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分析法 (2)

3.1 原理概述 (2)

3.2 模拟软件 (4)

3.3 计算原理 (4)

3.4 模型设置 (5)

3.5 参数设置 (6)

4评价标准 (7)

5模拟结果和分析 (8)

5.1 风环境模拟模型 (8)

5.2 工况1（冬季平均风速工况） (8)

5.3 工况2（夏季平均风速工况） (10)

5.4 工况3（过渡季平均风速工况） (11)

6结论 (12)

1建筑概况

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》GB50736－2012

4. 《实用供热空调设计手册》

3分析法

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围地形地貌有着很复杂的关系。在有较强来流时，建筑物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

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%大风情况下建筑围行人区风速小于5 m/s，即可认为建筑围行人区是舒适的）；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；通过建筑围气流将建筑边以及房间里的热量散发到空气中去；同时通

过通风，为室提供新鲜空气，降低室二氧化碳浓度。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环境影响两面容。

3.2 模拟软件

本项目采用 CFD 手段对建筑及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 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、油化工、冶金及核工业领域。

3.3 计算原理

CFD 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程，其一般形式如下所示：

()()

()φφφρρφS grad div U div t

+Γ=+∂∂

该式中的φ可以是速度、湍流动能、湍流耗散率以及温度等。针对不同的程，其具体表现形式如表1。

表1 计算流体力学的控制程

表1中的常数如下：

2S G t k μ=， ij

ij S S S 2=

，

⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂=j

i i j ij x u x u S 21， y T g G T t T B ∂∂=σμβ， ερμμ2k C t =，

0845.0=μC ， 42.11=εC ， 68.12=εC ， 223tanh

w

u v

C +=ε

， 85.0=T σ， 7.0=C σ， εαα=k 由

eff

μμαααα=

++--3679

.006321

.003929

.23929.23929

.13929.1计算

其中

0.10=α。如果 eff

μμ<<，则

393.1≈=εααk

()()

k C R 2

3

031/1εβηηηρημε⨯

+-=， 其中 ε

η/Sk =， 38.40

=η， 012.0=β

3.4 模型设置

本报告根据建筑总平面图以及其他相关资料建立本项目的室外风环境模拟模型，分析模型中包括本项目的建筑物及其边建筑物。模型外场尺寸选择主要以不影响建筑群边界气流流动为准，外场计算尺寸为298m ×292m ×90 m （宽×长×高）。