小区风环境模拟分析
几种典型布局住宅小区风环境数值模拟研究
几种典型布局住宅小区风环境数值模拟研究一、本文概述随着城市化进程的加速，住宅小区作为城市居住空间的重要组成部分，其规划与设计日益受到人们的关注。
在住宅小区的规划中，风环境的考虑对于提升居住舒适度和居住环境质量具有重要意义。
本文旨在通过数值模拟的方法，对几种典型布局的住宅小区风环境进行深入研究，以期为住宅小区的规划与设计提供科学依据。
本文将简要介绍风环境对住宅小区的重要性，以及数值模拟在风环境研究中的应用。
接着，将概述国内外在住宅小区风环境数值模拟方面的研究进展，分析现有研究的不足，并指出本文的研究目的和意义。
在此基础上，本文将选取几种典型的住宅小区布局作为研究对象，包括行列式、围合式、点群式等布局形式。
通过建立数值模型，运用计算流体力学（CFD）等方法，对不同布局形式下的住宅小区风环境进行模拟分析。
研究将重点关注风速、风向、风压等关键指标，分析不同布局形式对住宅小区风环境的影响规律。
本文将总结研究成果，提出优化住宅小区风环境的建议和措施，为住宅小区的规划与设计提供有益的参考。
通过本文的研究，旨在推动住宅小区风环境研究的深入发展，为创造更加宜居的城市居住环境做出贡献。
二、研究背景和意义随着城市化进程的加速，住宅小区作为城市的重要组成部分，其规划与设计对城市居民的生活质量和城市微气候环境产生了深远影响。
风环境作为住宅小区微气候环境的关键因素之一，对居民的舒适度、建筑能耗及空气质量等方面都具有重要影响。
对住宅小区风环境的研究具有重要的现实意义和理论价值。
近年来，随着计算流体力学（CFD）技术的发展，数值模拟方法在住宅小区风环境研究中的应用越来越广泛。
通过数值模拟，可以准确地预测和评估住宅小区的风环境状况，为小区规划和建筑设计提供科学依据。
随着绿色建筑和低碳生态城市理念的提出，对住宅小区风环境的研究也提出了更高的要求。
本研究旨在通过数值模拟方法，对几种典型布局的住宅小区风环境进行深入研究。
通过对比分析不同布局形式对风环境的影响，揭示住宅小区风环境的分布规律和影响因素，为优化小区规划和建筑设计提供理论支撑和实践指导。
住宅小区的风环境模拟及评价
住宅小区的风环境模拟及评价室外风环境模拟是绿色建筑认证模拟中的重要一项，国家的《绿色建筑评价标准》中对住宅的室外风环境有以下要求：其中4.1.13规定“住区风环境有利于冬季室外行走舒适及过渡季、夏季的自然通风”和4.1.4规定“住区建筑布局保证室内外的日照环境、采光和通风的要求，满足现行国家标准《城市居住区规划设计规范》GB 50180中有关住宅建筑日照标准的要求“。
本文对某住宅小区的风环境进行模拟和评价。
1.项目概况本项目位于杭州市区，由四栋高层住宅组成。
建筑高度都是30m。
建筑模型根据住宅的实际尺寸建立。
并简化到对风环境影响很小的拐角、凸起等。
具体的几何模型如下：图1：住宅小区建筑的几何模型本次分析模型以住宅小区的所有建筑为依据，根据建筑图纸建立几何模型。
模拟计算区域的大小以不影响气流流动为准。
根据相关的规范和文献等资料，确定室外计算区域为250X250mX90m，模型中以Y轴正方向为正北方向。
网格如下图4和图5：图2 住宅小区的建筑模型网格2. 模拟设置2.1 计算参数设置⑴ 梯度风边界设置建筑物附近的风速可以按照大气边界层理论和地形条件来确定。
不同地形下的风速梯度也不一样，可以用以下的公式表示：n h h h V V )(00式中：V h —高度为h 处的风速，m/s ；V 0—基准高度h 0处的风速，m/s ，一般取10 m 处的风速；n —指数。
根据《建筑结构荷载规范》GB 50009—2001，地面粗糙度可分为A 、B 、C 、D 四类：——A 类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，指数为0.12；——B 类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区，指数为0.16；——C 类指有密集建筑群的城市市区，指数为0.22；——D 类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区，指数为0.30；新加坡地毯科技园周边风环境模拟时设置n值为0.22⑵出口边界条件计算区域的出口为自由出口，压力设置为环境压力值⑶计算收敛判据CFD数值模拟代数方程的终止标准按连续性方程与动量方程残差为1.0 E-3以下，能量方程残差为1.0 E-6以下，收敛曲线如图6所示：图3 收敛曲线2.2 Case计算说明根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》统计的杭州地区气象数据设置3本次模拟主要为Case1，夏季工况，风向是SSW（南偏西22.5度），风速为2.6m/s。
武汉地区住宅小区风环境的数值模拟分析
95摘 要：风，作为城市气候环境的一个重要组成部分，它和热环境、声环境、光环境并列，是规划建筑环境设计的一项主要内容。
群体建筑的风环境研究是建筑学、城市规划、城市气候学和环境保护等学科领域共同探讨研究的课题之一。
本文结合武汉市实际情况，运用Airpak 软件的RNG k-ε湍流模型进行风环境的数值模拟，研究得出不同高度类型的住宅小区的风环境状况，从构建良好风环境的角度为住宅小区规划设计提供了一定的参考依据。
关键词：CFD；风环境；数值模拟Abstract：Wind, as one of the most importantelements of the urban climate environment, is the same important component as the thermal environment, acoustic environment and luminous environment in the environment design of urban planning and architecture. The study on wind environment of the building complex is the common issue to explore and research in architecture, urban planning, urban climatology and environmental protection. This study applies the RNG k-ε model of the software Airpak to do the numerical simulation of the wind environment combined with the actual situation in Wuhan, obtains the wind environment in the residential quarters with different high degrees, and conclude some useful recommendations for the planning of residential quarter with a nice wind environment.Keywords：CFD；wind environment；numerical simulation作者简介：王青，武汉大学城市设计学院硕士研究生；詹庆明，武汉大学城市设计学院教授，博士生导师。
西安地区住宅小区室外风环境分析
2022年第10期现代园艺社会经济快速发展，人们生活水平大幅提升，对住房舒适度要求越来越高。
受住宅小区内污染物扩散迅速、通风效率及建筑表面风压等诸多因素影响，大多居民住宅小区存在严重的环境问题，严重影响当地小区环境的舒适度。
为此，只有采取有效的改善措施，不断改善与优化当地住宅小区风环境，才能进一步提高居民住宅舒适度，满足居民对住宅环境的基本要求。
1风环境风环境是由于太阳辐射到地球表面的热量分布不均匀，导致各个区域大气温差过大，空气在受热膨胀后，体积变轻上升，而冷空气变重下降所产生的空气流动，而这种空气流动引发的自然现象被人们称之为风。
风环境是指室外环境下，自然风受城市地形或取样地形面貌的影响形成的风场。
建筑风环境既与光环境、热环境、声环境共存，又与建筑物本身形体结构造型、分布、周围自然环境等有着十分紧密且复杂的联系。
目前，主要被研究的建筑风环境主要包含城市规划和建筑设计等领域。
2城市居民住宅建筑与风之间的关系2.1环境舒适度影响西安市地处陕西省偏南区域，北部为冲积平原，南部为剥蚀山地，地势东南高，西北与西南低，呈簸箕形态。
属暖温带半湿润大陆性季风气候，冷暖干湿、四季分明，冬季寒冷、风少、多雾、少雨雪；春季温暖、干燥、多风、气候多变；夏季炎热多雨、伏旱突出，多雷雨大风；秋季凉爽、气温速降、秋淋明显。
（1）在居民小区风环境控制方面，为保证居民环境舒适度，除去迎风第一排建设，建筑迎风面与背风面表面风压差不大于5Pa；建筑物周围人行去风速控制在5m/s范围内，且室外风速放大系数要小于2，才能满足人们日常出行需求。
（2）在面对过渡季和冬、夏季典型风向和风速条件下，住宅小区设计应合理规划建筑，有效规避冬季不利风向。
可通过设置挡风板、防风墙、防风带等，采取多种防风措施有效阻隔冬季冷风，同时，有效控制建筑周围高度在行人1.5m高度处的风速进行，减小因风速系数过大导致建筑物前后压差过大。
（3）提高对夏季和过渡季自然通风率和效果，在居民构建上，小区楼房建筑格局多为自由式或行列式，能保障居民楼间距的通风性。
小区风环境数值模拟
4.湍流的数值模拟 4.湍流的数值模拟
（1）数值模拟方法： 数值模拟方法： 直接数值模拟方法(Direct Numerical Simulation) “所谓的DNS模拟方法就是直接求解瞬时 湍流控制方程” 非直接数值模拟方法 “对湍流作某种程度的近似和简化处理”
大涡模拟(LES) Reynolds平均法(RANS)
Reynolds平均法(RANS)：瞬时的N Reynolds平均法(RANS)：瞬时的N-S方程的非线性使 平均法(RANS) 得用解析方法精确地描述湍流的全部参数极为困难， 得用解析方法精确地描述湍流的全部参数极为困难， 从应用性看重要的是湍流所引起的平均流场的变化， 从应用性看重要的是湍流所引起的平均流场的变化， RANS就是将瞬态的脉动量通过某种模型在时均化方 RANS就是将瞬态的脉动量通过某种模型在时均化方 程中体现出来。 程中体现出来。
在国内，近年来随着我国各中心城市 的人口集中和城市规模扩大，住宅小区 室外的风环境涉及到行人的安全和舒适、 小区气候、居民健康、绿色建筑与节能、 污染物的扩散与空气自净等问题，因此 对住宅小区室外风环境的研究越发显得 重要，已经有一些国内的专家做过这方 面的研究。
国内研究案例举例：
• 华南理工大学对江南新苑住宅小区单体自然通 风进行了数值分析。 • 李晓峰等人研究了围和式住宅小区的微气候， 提出：对于不利于自然通风的围合式楼群，采 用合理的建筑构造和开口位置可以达到强化通 风和降低区域温差的良好效果。 • 林波荣等人使用Phoenics软件对传统四合院居 民风环境进行过数值模拟，通过分析比较，讨 论了院落进深、面宽、楼层高度等建筑细节对 四合院民宅周围及院内风环境的影响。
计算机数值模拟：
在计算机上对建筑物周围风流动所遵循的动力学方 程进行数值求解，通常称为计算流体力学(简称 CFD，Computation Fluid Dynamics)，从而仿真实际 的风环境。利用CFD模拟方法可以方便地仿真不同 自然条件下的风环境。 数值模拟方法最大的缺陷在于其可靠性，即仿真 结果的可信程度，这往往可通过先验性的研究解决， 即对同类流动采用合适的数学物理模型进行模拟， 并和试验对比确定其可靠性，然后将经过验证的程 序用于类似的小区气流流动模拟，从而保证模拟结 果的相对可靠性。
室外风环境模拟分析报告-某小区室外风环境CFD模拟分析报告(详细版)含软件操作过程
某小区项目室外风环境模拟分析报告（模板）项目名称：委托单位：咨询单位：设计单位负责人：审核人：编制人：报告日期：20XX-10-10目录1模拟概述 (1)1.1项目概况 (1)1.2风环境简述 (1)1.3参考依据 (3)1.4评价说明 (3)2技术路线 (4)2.1分析方法 (4)2.2湍流模型 (5)2.3几何模型 (7)2.4参数设置 (8)2.5气候状况 (10)3 模拟结果分析 (11)3.1夏季及过渡季 (11)3.2冬季 (15)4 结论 (19)1模拟概述1.1项目概况本工程位于XX市XX街道XX北路以东、新北路以北，地理位置优越，交通便利。
拟建10栋高层住宅、商业及配套用房，地下非机动车库及地下机动车库。
该地块总用地面积为20万m2，总建筑面积15万m2，计容面积2万m2，总建筑占地18万m2，容积率2.2，建筑密度30.3%，绿地率25.3%。
1.2风环境简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。
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（西北风情况下），如风巷效应，同时在与西北风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2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。
建筑风环境CFD模拟案例
某小区区建筑风环境模拟报告目录1. 模拟过程及使用软件介绍 (2)1.1 建筑风环境模拟使用软件介绍 (2)1.2 建筑风环境模拟过程 (2)1.2.1 几何模型的建立 (3)1.2.2 网格的划分 (5)1.2.3 求解参数设置 (6)2. 模拟结果 (12)3. 建筑风环境模拟研究思路及问题 (16)附录I 从百度地图获取三维几何模型的尝试 (17)附录2 Fluent入口边界速度UDF命令 (19)REFERENCE (19)建筑风环境的研究主要有三种方式：现场实测、数值模拟和风洞试验。
随着计算机软硬件技术水平的发展，计算能力及计算精度不断提高，计算流体力学（Computational Fluid Dynamics：CFD）的理论和方法得到了不断改进。
基于CFD 技术对流场进行模拟具有操作周期短，操作成本低，可反复修改的特性，相比较于现场实测和风洞试验具有更广阔的应用前景。
但是由于数值模拟技术对输入的参数十分敏感，必须辅以现场实测或风洞试验的验证。
本次模拟区域直径500m，模拟的工况为10m高度处风速为10m/s，风向为225°，输出结果查看高度10m,20m,40m,78m,100m处的速度云图、速度矢量图和压力云图。
1. 模拟过程及使用软件介绍1.1 建筑风环境模拟使用软件介绍（1）前处理软件ANSYS ICEM CFD 15.0ICEM是ANSYS CFD软件族中前处理软件之一。
具有强大的网格划分功能，接口丰富，可接受绝大多数几何模型格式导入，例如AUTO CAD、SolidWorks、PRO/E等。
（2）求解软件ANSYS Fluent 15.0占据CFD领域绝对领先地位的流体仿真软件。
具有多种物理算法、物理模型。
在医学、航天、机械工程等领域均应用广泛。
（3）后处理软件Tecplot 360提供丰富的绘图格式，具备强大的CFD结果可视化功能，图形美观。
1.2 建筑风环境模拟过程使用计算流体力学对建筑室外风场进行数值模拟一般包括以下四个步骤：（1）几何模型的建立（2）对几何模型进行合适的网格划分（3）将划分网格后的模型导入Fluent，设置求解参数并求解（4）结果的后处理（速度云图、速度矢量图、压力云图等）1.2.1 几何模型的建立在几何模型的建立部分，现阶段采用的是陈宸的模型，他是根据彰武校区附近区域的城规图建立CAD 三维模型（据陈宸描述来自他建筑学院的朋友提供）。
试析高层住区风环境模拟
试析高层住区风环境模拟随着城市化建设的发展，城市中心城区不断扩张。
为了解决城市人口膨胀与用地紧缺给城市带来的问题，我国自上世纪90年代起兴起的高层建筑热至今，高层住区的建设已经发展到了高峰期。
在高层住区逐渐增多，建筑高度不断增加的同时，也带来也许多负面影响。
高层住区不利的风环境影响住区内居民生活的舒适性，而且干扰城市上空的整体风环境。
因此，如何在住区有限的容积率中，综合运用布局方式来考虑风环境就显得尤为重要。
1. 高层住区布局方式与风环境研究现状从现状来看，关于本研究课题的研究主要体现在两个方面：高层群体建筑与风环境的关系、建筑布局方式与风环境的关系，并且都有了一定量的积累。
如Tetsu等以风速比平均值作为定量评价对不同风向下建筑密度相同的22个低层、高层住区人行高度风环境进行研究。
马剑等对6栋相同建筑为基础，对组成的围合式、排列式等8种布局方式进行风环境评价。
王旭等研究建筑前后间距与左右间距对3×4行列式布局方式风环境的影响规律。
龚晨等设计了76组模型研究风向角和建筑尺寸对四种布局方式风环境的影响。
在对这些研究现状进行简要归纳后，不足之处可概括为研究表面化和简单化。
针对以上两点问题，提出本文的研究方法。
首先，总结五种常见布局方式，再运用PHOENICS软件模拟的方法，对建立的典型高层住区的几何模型进行模拟分析。
最后以新版《绿色建筑评价标准》中对室外风环境的评价标准为主要依据，对模拟结果进行量化分析。
2. 高层住区风环境模拟：2.1物理模型的建立通过对天津高层住区的调研和分析后，简化风环境几何模型，得出本文研究的5种布局方式。
在综合考虑容积率、布局方式、防火间距等控制因素下，建立了典型高层住区几何模型。
各种布局方式的基底均为5公顷，在250m×200m的范围内，建立12栋长×宽×高均36m×12m×60m住宅，层高为3m，共20层。
模型详细参数见下表。
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数值模型
为提高数值计算精度，对计算域的网格离 散做了特别设计：整体上将计算域分成内 外两部分，在模型附近的内域，采用四面 体单元、金字塔棱柱单元以及六面体单元 这三种体网格单元生成内域混和体网格， 完成对内域空间的离散；在远离模型的外 域空间，采用具有规则拓朴结构的六面体 单元进行离散。数值模型的混和体网格单 元总数约为137万。
NNW NW WNW W WSW SW SSW
15 10 5 0
N NNE NE ENE E ESE SE SSE S
风向频率玫瑰图
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数值模型
在建立数值模型过程中首先按照长辛店生 态城一期方案的实际尺寸建立几何模型， 计算域的尺度取为 6400m×11900m×600m（X×Y×Z），建 筑物置于流域沿流动方向约前1/3处，计算 模型的阻塞率满足数值模拟外部绕流场中 一般认为的小于3％的原则。
风速风向
由于受季风的影响，一年四季的风向频率分布存在一定的差异。冬季 主导风向是NNW，出现频率为11.06%，夏季主导风向是SW，出现频 率为11.14%；
冬季来流风速取值为4.8米/秒，夏季来流风速取值为3.1米 夏季 静风：9.5% /秒 冬季 静风：14.6%
N NNW NW WNW W WSW SW SSW S SSE SE 15 10 5 0 NNE NE ENE E ESE
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网格划分
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建 筑 体 表 网 格 划 分
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计算工况
本次模拟计算 共进行两个工 况的计算，分 别冬季和夏季 。冬季主导风 向为NNW，夏 季主导风向为 SW，风向角示 意图如下：
风向角示意图
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行人风环境舒适度评估准则
通常所说的“舒适度评估间站立、坐
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适用的区域 人行道 公园 公园、广场
相对舒适性 可容忍 6级风 5级风 4级风 不舒适 7级风 6级风 5级风 危险 8级风 8级风 8级风
长时间站立、坐
室外餐厅
3级风
<1次/周
4级风
<1次/月
8级风
<1次/年
可接受代表性准则
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计算结果
。
冬季行人高度风场的风速比分布图
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夏季计算结果
•。
夏季行人高度风场的风速比分布图