本文格式為Word版，下載可任意編輯——室外風(fēng)環(huán)境模擬室外風(fēng)環(huán)境模擬分析報(bào)告北京市第十七中學(xué)分校改擴(kuò)建工程建筑專業(yè)主持人：

（設(shè)計(jì)總負(fù)責(zé)人）審定人：

校審人：

計(jì)算人：

北京中帝恒成建筑設(shè)計(jì)有限公司2022年02月18日目錄1建筑概況22評價依據(jù)23分析方法23.1原理概述23.2模擬軟件33.3計(jì)算原理33.4模型設(shè)置43.5參數(shù)設(shè)置54評價標(biāo)準(zhǔn)65模擬結(jié)果和分析65.1風(fēng)環(huán)境模擬模型65.2工況1（冬季平均風(fēng)速工況）65.3工況2（夏季平均風(fēng)速工況）85.4工況3（過渡季平均風(fēng)速工況）96結(jié)論1011建筑概況工程名稱北京市第十七中學(xué)分校改擴(kuò)建工程工程地點(diǎn)北京市朝陽區(qū)第十七中學(xué)百子灣校區(qū)內(nèi)氣候子區(qū)寒冷建筑面積地上5861.93㎡地下3321.8㎡建筑層數(shù)地上5地下2建筑高度地上18.0m地下8.4m北向角度0°2評價依據(jù)1.北京市《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》DB11T825-20222.《民用建筑設(shè)計(jì)通那么》GB50352－20223.《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)理設(shè)計(jì)模范》GB50736－20224.《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊》3分析方法3.1原理概述建筑群和高大建筑物會顯著變更城市近地面層風(fēng)場布局。近地風(fēng)的狀況與建筑物的形狀、尺寸、建筑物之間的相對位置以及周邊地形地貌有著很繁雜的關(guān)系。在有較強(qiáng)來流時，建筑物周邊某些地區(qū)會展現(xiàn)強(qiáng)風(fēng)；

假設(shè)這些強(qiáng)風(fēng)區(qū)展現(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苦難，使建筑外墻局部的玻璃幕墻、窗扇、雨棚等受到破壞，要挾著室內(nèi)外的安好。

高層建筑群室外人行區(qū)域最輕易形成再生風(fēng)和二次風(fēng)問題，導(dǎo)致冬季室外風(fēng)速過大，行人難以停留。

圖1室外空氣滾動與建筑之間所產(chǎn)生的效用示意圖建筑合理布局是改善室外行人區(qū)熱舒適的關(guān)鍵；

主要是制止在寒冷冬季室外行人區(qū)風(fēng)速加速，如風(fēng)巷效應(yīng)，同時在與冬季主導(dǎo)風(fēng)向垂直方向最好增加裙房，加大底座尺寸，制止沖刷效應(yīng)和邊角效應(yīng)等，如圖1所示。

調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示：在建筑周邊行人區(qū)，若平均風(fēng)速V>5m/s的展現(xiàn)頻率小于10%，行人不會有什么怨恨（在10%大風(fēng)處境下建筑周邊行人區(qū)風(fēng)速小于5m/s，即可認(rèn)為建筑周邊行人區(qū)是舒適的）；

頻率在10%～20%之間，怨恨將增多；

頻率大于20%那么應(yīng)采取補(bǔ)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，若在小于2m的距離內(nèi)平均風(fēng)速變化達(dá)70%，即從低風(fēng)速區(qū)突然進(jìn)入高風(fēng)速區(qū)，人對風(fēng)的適應(yīng)才能將大減。

因此在設(shè)計(jì)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，更加對建筑防風(fēng)與自然通風(fēng)有著抉擇性影響。冬季建筑防風(fēng)，有效裁減氣流滲透，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；

通過建筑周邊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)供給嶄新空氣，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。

3.2模擬軟件本工程采用CFD手段對建筑及周邊的微環(huán)境舉行模擬分析，評價室外流場分布狀況。

模擬計(jì)算采用的Phoenics軟件可以對三維穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)的可壓縮流或不成壓縮流舉行模擬，包括非牛頓流、多孔介質(zhì)中的滾動，并且可以考慮粘度、密度、溫度變化的影響。在流體模型上面，Phoenics內(nèi)置了22種適合于各種Re數(shù)場合的湍流模型，包括雷諾應(yīng)力模型、多流體湍流模型和通量模型及k－e模型的各種變異，共計(jì)21個湍流模型，8個多相流模型，10多個差分格式，由于較好的布局化網(wǎng)格的適應(yīng)性，使得Phoenics能達(dá)成較佳的收斂速度和求解精度。廣泛的應(yīng)用于航空航天、能源動力、船舶水利、暖通空調(diào)、建筑、石油化工、冶金及核工業(yè)領(lǐng)域。

3.3計(jì)算原理CFD方法是針對流體滾動的質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒建立數(shù)學(xué)操縱方程，其一般形式如下所示：

該式中的φ可以是速度、湍滾動能、湍流耗散率以及溫度等。針對不同的方程，其概括表現(xiàn)形式如表1。

表1計(jì)算流體力學(xué)的操縱方程名稱變量連續(xù)性方程100x速度y速度z速度湍流動能湍流耗散溫度表1中的常數(shù)如下：

，，，，，，，，，，，由計(jì)算其中。假設(shè)，那么，其中，，3.4模型設(shè)置本報(bào)告根據(jù)建筑總平面圖以及其他相關(guān)資料建立本工程的室外風(fēng)環(huán)境模擬模型，分析模型中包括本工程的建筑物及其周邊建筑物。模型外場尺寸選擇主要以不影響建筑群邊界氣流滾動為準(zhǔn)，外場計(jì)算尺寸為298m×292m×90m（寬×長×高）。

劃分工具采用PHOENICS軟件自帶網(wǎng)格工具舉行網(wǎng)格劃分，此過程中考慮了多種網(wǎng)格劃分方式，假設(shè)網(wǎng)格劃分過細(xì)，會造成計(jì)算速度降低過大，局部網(wǎng)格畸變嚴(yán)重等問題，假設(shè)網(wǎng)格劃分過大，會造成計(jì)算精度下降，局部無法識別等問題，在綜合考慮網(wǎng)格質(zhì)量、計(jì)算速度和精度，以及充分考慮了建筑體量和建筑物所在基地大小的根基上，選擇X×Y×Z=102×110×40，共448800個網(wǎng)格舉行計(jì)算，主要區(qū)域網(wǎng)格尺寸為2m。網(wǎng)格效果如圖2所示。

圖2網(wǎng)格效果圖3.5參數(shù)設(shè)置1)梯度風(fēng)設(shè)置建筑來流方向風(fēng)速為平勻分布，不同高度平面上的來流風(fēng)速大小沿建筑高度方向按梯度遞增。模擬分析時按大氣邊界層理論設(shè)置來流風(fēng)速，不同地形的風(fēng)速梯度不同。根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，不同地貌處境下入口梯度風(fēng)的指數(shù)α取值如表2所示。根據(jù)工程周邊處境，模擬中梯度風(fēng)指數(shù)取城市郊區(qū)類的α值。

表2大氣邊界層不同地貌的α值類別空曠平坦地面城市郊區(qū)大城市中心α0.140.220.282)模擬說明鑒于此工程主要分析人行高度處的風(fēng)環(huán)境質(zhì)量，因此，可以選取人行高度1.5m處的風(fēng)速矢量圖、云圖、建筑整體外觀壓力分布圖來說明其周邊的風(fēng)環(huán)境狀況，并賦予分析及評價。

3)出流邊界條件建筑出流面上空氣滾動按湍流充分進(jìn)展考慮,邊界條件按自由出口設(shè)定。

4)計(jì)算曲線Phoenics數(shù)值模擬代數(shù)方程的終止標(biāo)準(zhǔn)按連續(xù)性方程與動量方程殘差為1.0E－2，但由于計(jì)算量較大，根據(jù)閱歷，監(jiān)測點(diǎn)值變化不大時，就可認(rèn)為計(jì)算切實(shí)，本次模擬全體工況迭代次數(shù)均在2000次以上。

5)模擬工況本工程位于北京市，根據(jù)《實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊》確定模擬工況，各工況的概括風(fēng)向和風(fēng)速設(shè)置如表3所示。

表3模擬工況序號相應(yīng)工況需分析的內(nèi)容主導(dǎo)風(fēng)向環(huán)境平均風(fēng)速（m/s）工況1冬季平均風(fēng)速條件下的防風(fēng)狀況NE2.6工況2夏季平均風(fēng)速條件下的自然通風(fēng)狀況SSW2.2工況3過渡季平均風(fēng)速條件下的自然通風(fēng)狀況NW2.24評價標(biāo)準(zhǔn)北京市《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》DB11/T825-2022第5.1.9條規(guī)定：

優(yōu)化場地風(fēng)環(huán)境，保證室外活動區(qū)域的舒適性和建筑通風(fēng)，操縱建筑物周邊人行區(qū)域距地面1.5m高處的風(fēng)速低于5m/s。

5模擬結(jié)果和分析5.1風(fēng)環(huán)境模擬模型參評建筑5.2工況1（冬季平均風(fēng)速工況）模擬冬季平均風(fēng)速處境下的建筑周邊流場分布狀況時，設(shè)定風(fēng)向?yàn)镹E，風(fēng)速為2.6m/s。

1.風(fēng)速矢量圖解析：由圖可以看到，工程東向?yàn)椴賵?，較為開闊，氣流主要從東北方向角進(jìn)入?yún)⒃u區(qū)，北側(cè)和西側(cè)的周邊建筑起到了確定的擋風(fēng)作用，有利于參評區(qū)的冬季防風(fēng)。參評建筑周邊風(fēng)速均小于5m/s。

2.風(fēng)速云圖最大風(fēng)速2.3m/s解析：風(fēng)速分布在0.02~2.3m/s之間，最大風(fēng)速展現(xiàn)在宿舍樓東南角，風(fēng)速放大系數(shù)約為1.2。冬季室外風(fēng)速適合，不影響室外行人的正常活動的同時，有利于擯棄參評區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的污濁氣體。

5.3工況2（夏季平均風(fēng)速工況）模擬夏季平均風(fēng)速處境下的建筑周邊流場分布狀況時，設(shè)定風(fēng)向?yàn)镾SW，風(fēng)速為2.2m/s。

1.風(fēng)速矢量圖解析：西南向周邊建筑布局相對稀疏，氣流阻力小。故夏季室外氣流組織順暢，可以促進(jìn)參評區(qū)內(nèi)污濁空氣的分散。參評建筑周邊風(fēng)速均小于5m/s。

2.風(fēng)速云圖最大風(fēng)速2.5m/s解析：參評區(qū)受到周邊建筑的遮擋影響小，人行高度處的風(fēng)速分布在0.5~2.5m/s之間，風(fēng)速大小適合，最大風(fēng)速展現(xiàn)在宿舍樓的西側(cè)，風(fēng)速放大系數(shù)1.3。故本工程夏季室外風(fēng)速大小適合，氣流組織順暢，可以促進(jìn)夏季參評區(qū)的散熱，且不會對行人的室外活動產(chǎn)生不利影響。

5.4工況3（過渡季平均風(fēng)速工況）模擬過渡季平均風(fēng)速處境下的建筑周邊流場分布狀況時，設(shè)定風(fēng)向?yàn)镹W，風(fēng)速為2.2m/s。

1.風(fēng)速矢量圖解析：過渡季室外氣流組織順暢，可以促進(jìn)參評區(qū)內(nèi)污濁空氣的分散。參評建筑周邊風(fēng)速均小于5m/s。

2.風(fēng)速云圖最大風(fēng)速3m/s解析：人行高度處的風(fēng)速處于合理的范圍之內(nèi)，風(fēng)速分布在0.2~3m/s之間，最大風(fēng)速展現(xiàn)在宿舍樓的東北角，風(fēng)速放大系數(shù)1.4。參評區(qū)內(nèi)過渡季風(fēng)速大小適合，氣流組織分外順暢，可以保證參評區(qū)與外界的空氣有效交換，故過渡季室外風(fēng)環(huán)境良好。

6結(jié)論本報(bào)告主要對十七中學(xué)宿舍樓室外風(fēng)環(huán)境狀況舉行模擬，選取了夏季、冬季和過渡季平均風(fēng)速工況對建筑周邊人行區(qū)域環(huán)境的舒適性舉行分析，室外風(fēng)環(huán)境模擬風(fēng)速及其放大系數(shù)匯總?cè)绫?所示。

表4本工程室外風(fēng)速狀況序號相應(yīng)工況需分析的內(nèi)容最大風(fēng)速（m/s）最大風(fēng)速放大系數(shù)達(dá)標(biāo)判斷工況1冬季平均風(fēng)速條件下的防風(fēng)狀況2.31.2√工況2夏季平均風(fēng)速條件