建筑室外风环境CFD模拟概述-城市风环境热岛效应fluent

《建筑室外风环境CFD模拟概述》

各位同学大家好，我是七师兄，今天我们来学习《建筑室外风环境CFD模拟专题课》的第一讲，《建筑室外风环境概述》。

01我国幅员辽阔，气候复杂多样，有温带季风气候、亚热带季风气候、热带季风气候、热带雨林气候、温带大陆性气候和高原山地气候等气候类型，从南到北跨热带、亚热带、暖温带、中温带、寒温带气候带。广大地区的气候环境差异，造成北方、长江流域及亚热带地区完全不同的风环境。随着我国城镇化的发展，大量高大建筑被建成。新建建筑如何适应当地的气候条件，从而一方面满足居住要求的同时，另外一方面实现建筑节能，都对建筑风环境设计提出了更高的要求。

02我国城市遭受风灾害影响严重，每年夏季台风导致建筑结构损毁造成的财产损失十分巨大。当然了，极端风灾害气候发生概率较小，与我们的日常生活息息相关的是建筑风环境。例如，当一栋大楼建立起来后，就会改变来流风的走向，同时改变了建筑周围风速的分布，这种变化有时可能产生不良后果。例如，在繁华CBD商业中心街道两旁，高低错落的建筑群构形成一个巷道，容易形成巷道风，也就是，巷道局部出现风速加强的效应，加上建筑物的阻滞，容易形成涡旋和强烈变化的升降气流等复杂的空气流动现象，容易造成各种事故。不仅建筑群会形成这种不良的区域性风气候，在单独的高层建筑附近往往也出现不利的风环境。我们来看下，来流风，经过建筑的时候，会出现哪些情况。

03风环境还涉及健康和节能

风环境不仅和人们的安全有关，也和健康密切关系。建筑设计对风环境因素考虑不周，会造成局部地区气流不畅，在建筑物周围形成漩涡和死角，使得污染物不能及时扩散，直接影响到人的生命健康。香港淘大花园因为密集的高楼之间形成的“风闸效应”加剧了SARS病毒的扩散与传播就是一例。特别是我们这次新冠疫情的爆发，更加提出室内进行开窗通风。住宅小区室外风环境不良，在夏季可能阻碍室内外自然通风的顺畅进行，增加空调的负荷；在冬季又可能会增加维护结构的渗透风而提高采暖能耗。因此，设计良好风环境品质的建筑能有效地降低建筑能耗。

图2风对建筑产生的效应

04建筑室外风环境模拟的意义

总之，城市中高大建筑的数量与日俱增，这些建筑将很大程度上，改变城市风环境分布。高大密集的建筑群降低了城市的通风、净化能力，加剧了在低风速条件下城市的空气污染和热岛效应。

此外，在风速较大时，高大建筑周围会产生局部强风，影响行人室外活动的舒适与安全，甚至引发行人一系列的风环境问题，造成经济损失。

良好的建筑室外风环境，一方面可以保障建筑室内良好的自然通风，满足人员舒适度要去，另外一方面可以减少系统设备运行使用频率，实现建筑节能的目的。

计算机数值模拟（Computational Fluid Dynamics:CFD）是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，可以准确地模拟计算建筑内外的三维速度场、温度场，压力分布等可以，分析和评价建筑群的室外风环境现状，为建筑设计规划提供参考依据。

CFD可以解决建筑室外的热岛效应，室内污染物扩散，室内自然通风等问题。

图3城市热岛效应