3#教輔用房、4#食堂、門衛(wèi)室-室外風環(huán)境模擬分析報告

室外風環(huán)境模擬分析報告項目名稱改建公興小學(xué)工程子項名稱3#教輔用房、4#食堂、門衛(wèi)室

目錄TOC\o"1-3"\h\u1項目概況 項目概況本項目位于四川省成都市雙流區(qū)怡心街道，用地性質(zhì)為教育科研用地。項目規(guī)劃建設(shè)凈用地面積為24369.63㎡，規(guī)劃總建筑面積為8561.95㎡，本次報審范圍為新建建筑：3#教輔用房、4#食堂和門衛(wèi)室。項目效果圖如下所示：圖1項目效果圖總平面圖圖2總平面圖三維視圖圖3三維視圖計算依據(jù)本項目主要參照資料為：1）《成都市綠色建筑施工圖設(shè)計與審查技術(shù)要點（2021版）》；2）《建筑通風效果測試與評價標準》JGJ/T309—2013；3）委托方提供的總平面圖、建筑專業(yè)設(shè)計圖紙、設(shè)計效果圖等圖紙資料；4）《民用建筑設(shè)計統(tǒng)一標準》GB50352—2019；5）委托方提供的其他相關(guān)資料。參考標準《成都市綠色建筑施工圖設(shè)計與審查技術(shù)要點（2021版）》中第3.1.2.29條規(guī)定：場地內(nèi)風環(huán)境有利于室外行走、活動舒適和建筑的自然風，評價總分值為10分，并按下列規(guī)則分別評分并累計：1在冬季典型風速和風向條件下，按下列規(guī)則分別評分并累計：1）建筑物周圍人行區(qū)距地高1.5m處風速小于5m/s，戶外休息區(qū)、兒童娛樂區(qū)風速小于2m/s，且室外風速放大系數(shù)小于2，得3分；2）除迎風第一排建筑外，建筑迎風面與背風面表面風壓差不大于5Pa，得2分。2過渡季、夏季典型風速和風向條件下，按下列規(guī)則分別評分并累計：場地內(nèi)人活動區(qū)不出現(xiàn)渦旋或無風區(qū)，得3分；50%以上可開啟外窗室內(nèi)外表面的風壓差大于0.5pa，得2分。計算原理風場計算域進行室外風場計算前，需要確定參與計算風場的大小，在流體力學(xué)中稱為計算域，通常為一個包圍建筑群的長方體或正方體，本項目的風場計算域信息如下：冬季工況風場計算域表STYLEREF2\s4.1SEQ表\*ARABIC\s21冬季工況風場計算域信息順風方向尺寸（m）202寬度方向尺寸（m）202高度方向尺寸（m）65圖STYLEREF2\s4.1SEQ圖\*ARABIC\s21冬季工況風場計算域圖示夏季工況風場計算域表STYLEREF2\s4.1SEQ表\*ARABIC\s22夏季工況風場計算域信息順風方向尺寸（m）187寬度方向尺寸（m）186高度方向尺寸（m）68圖STYLEREF2\s4.1SEQ圖\*ARABIC\s22夏季工況風場計算域圖示過渡季工況風場計算域表STYLEREF2\s4.1SEQ表\*ARABIC\s23過渡季工況風場計算域信息順風方向尺寸（m）189寬度方向尺寸（m）187高度方向尺寸（m）68圖STYLEREF2\s4.1SEQ圖\*ARABIC\s23過渡季工況風場計算域圖示注：不同季節(jié)因風向不同，為了最大限度反映項目周圍區(qū)域風場特征，根據(jù)不同風向劃定不同的計算域。網(wǎng)格劃分網(wǎng)格劃分決定著計算的精確程度并影響計算速度，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)致計算精度不足結(jié)果不夠準確，合理的網(wǎng)格方案需要考慮對計算域中不同的部分采用不同的網(wǎng)格方案。建筑周圍，遠離建筑的區(qū)域，建筑物輪廓有明顯的局部特征（如尖角，凹槽，凸起等細微的外裝飾），貼近地面的區(qū)域，都需要采用不同的網(wǎng)格方案。下面為本項目所采用的加密方案：1）普通網(wǎng)格：指除靠近地面和建筑以外的網(wǎng)格，通常不需要特別加密處理分弧精度：對于有圓弧特征的建筑局部，把圓弧分解為線段時，弦到弧的最大距離；初始網(wǎng)格大小：初始化時候正交網(wǎng)格的大小，單位米(m)；最小細分級數(shù)：初始網(wǎng)格至少細分的級數(shù)；最大細分級數(shù)：初始網(wǎng)格最多細分的級數(shù)；2）地面網(wǎng)格靠近建筑物的區(qū)域稱為近場，遠離建筑物的區(qū)域稱為遠場。近場的地面網(wǎng)格需要加密，對應(yīng)地面細分級數(shù)較大；而遠場地面對應(yīng)網(wǎng)格較疏，地面細分級數(shù)較小。3）附面層網(wǎng)格貼近地面/建筑壁面的空氣流動，因為空氣自身粘性而受到地面/建筑表面阻滯作用，緊貼地面/建筑壁面的空氣流動速度幾乎為0，且速度隨著與地面/建筑壁面距離的增加而增加，使得靠近地面的一定厚度空氣層的流速呈現(xiàn)梯度分布，最終達到主流速度，而這層空氣層通常稱為流動邊界層或者附面層。在做計算流體力學(xué)分析時，為了獲取邊界層/附面層內(nèi)的空氣流動特征，提升分析精度，宜對其中的網(wǎng)格進行分層加密，形成附面層網(wǎng)格。地面附面層數(shù)：地面附面層網(wǎng)格的層數(shù)；建筑附面層數(shù)：建筑表面附面層網(wǎng)格的層數(shù)；以下為本項目的網(wǎng)格劃分信息，上述網(wǎng)格方案對網(wǎng)格的控制分別體現(xiàn)在相應(yīng)的網(wǎng)格參數(shù)中：表STYLEREF2\s4.2SEQ表\*ARABIC\s21冬季網(wǎng)格劃分信息網(wǎng)格總數(shù)（個）網(wǎng)格類型網(wǎng)格尺寸109424普通網(wǎng)格分弧精度(m)0.24初始網(wǎng)格(m)8.0最小細分級數(shù)1最大細分級數(shù)2地面網(wǎng)格遠場細分級數(shù)1近場細分級數(shù)2附面層地面附面層數(shù)2建筑附面層數(shù)0表STYLEREF2\s4.2SEQ表\*ARABIC\s22夏季網(wǎng)格劃分信息網(wǎng)格總數(shù)（個）網(wǎng)格類型網(wǎng)格尺寸96934普通網(wǎng)格分弧精度(m)0.24初始網(wǎng)格(m)8.0最小細分級數(shù)1最大細分級數(shù)2地面網(wǎng)格遠場細分級數(shù)1近場細分級數(shù)2附面層地面附面層數(shù)2建筑附面層數(shù)0表STYLEREF2\s4.2SEQ表\*ARABIC\s23過渡季網(wǎng)格劃分信息網(wǎng)格總數(shù)（個）網(wǎng)格類型網(wǎng)格尺寸97576普通網(wǎng)格分弧精度(m)0.24初始網(wǎng)格(m)8.0最小細分級數(shù)1最大細分級數(shù)2地面網(wǎng)格遠場細分級數(shù)1近場細分級數(shù)2附面層地面附面層數(shù)2建筑附面層數(shù)0注：前述計算域隨風向不同，所以相同的網(wǎng)格方案會產(chǎn)生不同的網(wǎng)格數(shù)量。邊界條件圖STYLEREF2\s4.3SEQ圖\*ARABIC\s21風場邊界類型示意圖上圖展示了計算域中風場邊界的類型，本小節(jié)將給出不同邊界的邊界條件。入口與出口邊界條件1）入口風速梯度本項目中，入口邊界條件主要包括不同工況下的風速和風向數(shù)據(jù)，其中入口風速采用下列梯度風：（STYLEREF2\s4.3SEQ式\*ARABIC\s21）式中：v,z——任何一點的平均風速和高度；、——標準高度處的平均風速和標準高度值，《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012規(guī)定自然風場的標準高度取10m，此平均風速對應(yīng)入口風設(shè)置的數(shù)值；a——地面粗糙度指數(shù)，本項目為0.28；表STYLEREF2\s4.3SEQ表\*ARABIC\s21地面粗糙度指數(shù)參考值參考標準地貌類別地面粗糙度指數(shù)《綠色建筑評價技術(shù)細則》空曠平坦地面0.14城市郊區(qū)0.22大城市中心0.28注：上述地面粗糙度指數(shù)參考《綠色建筑評價技術(shù)細則》關(guān)于4.2.6節(jié)條文說明，也可酌情參考《建筑通風效果測試與評價標準》JGJT3099-2013中5.2.1節(jié)2）出口邊界條件本項目采用自由出流作為出口邊界條件。壁面邊界條件風場的兩個側(cè)面邊界和頂邊界設(shè)定為滑移壁面，即假定空氣流動不受壁面摩擦力影響，模擬真實的室外風流動。風場的地面邊界設(shè)定為無滑移壁面，空氣流動要受到地面摩擦力的影響。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)該選擇合適的湍流模型才會最大限度模擬出真實的流場數(shù)值。本項目依據(jù)《綠色建筑評價技術(shù)細則》推薦的標準k-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STYLEREF2\s4.4SEQ表\*ARABIC\s21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、分離、強曲率流，適用于初始的參數(shù)研究，一般的建筑通風均適用。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)捩流如邊界層分離、鈍體尾跡渦、大角度失速、房間通風、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、流動分離和二次流，類似于RNG。求解計算數(shù)學(xué)模型本項目采用CFD（計算流體力學(xué)）方法對風場進行求解，即在所分析的計算域內(nèi)建立流體流動的質(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物理量，參照下表表STYLEREF2\s4.5SEQ表\*ARABIC\s21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上表中的常數(shù)如下：，，，，，，，，，，，由計算其中。如果，則，其中，，算法說明本項目采用SIMPLE算法求解上述方程組。風速放大系數(shù)計算風速放大系數(shù)反映了高層建筑對風速的放大作用，通常指建筑物周圍離地面高1.5m處最大風速與開闊區(qū)域同高度風速之比?？刹捎孟率狡骄L速隨高度變化的指數(shù)函數(shù)進行風速放大系數(shù)的計算：v（STYLEREF2\s4.6SEQ式\*ARABIC\s21）（STYLEREF2\s4.6SEQ式\*ARABIC\s22）其中：——風速放大系數(shù)；——建筑物周圍距離地面高1.5米處最大風速，該風速通過前述風速計算獲取，對應(yīng)1.5高度處風速云圖中的數(shù)據(jù)?！h離建筑的開闊區(qū)域，距離地面1.5米高度處風速。——遠離建筑的開闊區(qū)域，距離地面10米高度處風速，此處取室外風場入口邊界風速。a——地面粗糙度指數(shù)，本項目為0.28；計算曲線Vent2014數(shù)值模擬代數(shù)方程的終止標準按連續(xù)性方程與動量方程殘差為1.0E-2，但由于計算量較大，根據(jù)經(jīng)驗，往往根據(jù)測點值變化不大時，就可認為計算準確。計算曲線及觀測點的值如圖所示。圖4Vent2016夏季數(shù)值計算收斂圖圖5Vent2016冬季數(shù)值計算收斂圖圖6Vent2016過渡季數(shù)值計算收斂圖結(jié)果分析本結(jié)果基于以下幾個工況進行計算：序號季節(jié)風速(m/s)風向風向（°）1冬季1.90NE45.02夏季2.00NNE67.53過渡季1.70NNE67.5說明：風向逆時針為正，正東為0°，正北為90°，正西為180°，正南為270°。風向字母意義如下圖所示：冬季人行高度處風場分析圖71.5米高處風速云圖結(jié)論：人行區(qū)風速小于5m/s，滿足要求。圖81.5米高處風速放大系數(shù)云圖結(jié)論：人行區(qū)風速放大系數(shù)小于2，滿足要求。

建筑迎風面和背風面風壓分析圖9建筑迎風面風壓云圖圖10建筑背風面風壓云圖夏季人行高度處風場分析圖111.5米高處風速云圖結(jié)論：人行區(qū)風速大于0.2m/s，滿足要求。圖121.5米高處風速矢量圖外窗內(nèi)外風壓分析圖13建筑迎風面外窗表面風壓云圖-夏季圖14建筑背風面外窗表面風壓云圖-夏季過渡季人行高度處風場分析圖151.5米高處風速云圖結(jié)論：人行區(qū)風速大于0.2m/s，滿足要求。圖161.5米高處風速矢量圖外窗內(nèi)外風壓分析圖17建筑迎風面外窗