建筑行業(yè)流體仿真技術(shù)與應(yīng)用姓名：宋述軍公司：安世亞太科技（北京）有限公司職務(wù)：客戶支持經(jīng)理主要內(nèi)容建筑行業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展方向CFD在建筑行業(yè)的應(yīng)用室外風(fēng)環(huán)境模擬室內(nèi)自然通風(fēng)的模擬室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效果分析大空間空調(diào)系統(tǒng)的輔助設(shè)計(jì)建筑風(fēng)載的預(yù)測大型建筑的消防性能化設(shè)計(jì)CFD在建筑行業(yè)的應(yīng)用前景建筑行業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展方向建筑行業(yè)的發(fā)展伴隨著人類活動的整個(gè)歷程目前中國的建筑行業(yè)正處于快速發(fā)展期:從住宅到商業(yè)地產(chǎn)，從小型建筑到大型公共建筑，從地上綜合體到地下功能建筑等等未來的發(fā)展方向：在空間上向地下和空中發(fā)展向綠色建筑靠攏向智能化建筑發(fā)展高密度建筑群體超高超大的建筑體綠色建筑-氣候適應(yīng)性建筑智能化建筑高密度建筑群體tttANSYSFLUENTANSYSFLUENT是世界上最知名、功能最全面的CFD軟件，因其豐富的物理模型使其應(yīng)用廣泛，因其用戶界面友好、算法健壯、新用戶容易上手等優(yōu)點(diǎn)一直在用戶中有著良好的口碑。ANSYSCFXANSYSCFX是世界上第一個(gè)全面采用全隱式耦合算法的大型商業(yè)CFD軟件，算法先進(jìn)、物理模型豐富使其在結(jié)果精確性、計(jì)算穩(wěn)定性、計(jì)算速度和靈活性上都有優(yōu)異的表現(xiàn)。ANSYSAirpakANSYSAirpak是面向供暖通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)領(lǐng)域工程師的專業(yè)人工環(huán)境系統(tǒng)分析軟件?？梢跃_地模擬所研究對象內(nèi)的空氣流動、傳熱和污染等物理現(xiàn)象，并依照ISO7730標(biāo)準(zhǔn)提供舒適度、PMV、PPD等衡量室內(nèi)空氣質(zhì)量（IAQ）的技術(shù)指標(biāo)。ANSYSCFD核心產(chǎn)品提供建筑行業(yè)完美解決方案室外風(fēng)環(huán)境模擬《中國綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》對室外風(fēng)環(huán)境有嚴(yán)格的要求：建筑物周圍人行區(qū)距地1.5m高處，風(fēng)速ν<5m/s，風(fēng)速放大系數(shù)<2，嚴(yán)寒、寒冷地區(qū)冬季保證除迎風(fēng)面之外的建筑物前后壓差不大于5Pa，且有利于夏季、過渡季自然通風(fēng)，住區(qū)不出現(xiàn)漩渦和死角。中國香港采用AVA（AirVentilationAssessment）體系來評估建筑物周圍風(fēng)環(huán)境。室內(nèi)自然通風(fēng)的模擬梯度風(fēng)：Zg=10mh>380m后，風(fēng)速可認(rèn)為趨于均勻，大小等于h=380m處的風(fēng)速室外風(fēng)環(huán)境模擬室外風(fēng)環(huán)境模擬室外風(fēng)環(huán)境模擬—污染物的擴(kuò)散室內(nèi)環(huán)境舒適度指標(biāo)通常的舒適性評價(jià)對應(yīng)以下這些評價(jià)指標(biāo)：預(yù)測平均熱感覺指數(shù)[

PredictedMeanVote(PMV)]不適人員比例[

Percentageofdissatisfiedpersons(PDD)]相對濕度[

RelativeHumidity(RH)]平均空氣齡[

MeanAgeofAir(MAA)]預(yù)測平均熱感覺指數(shù)預(yù)測平均熱感覺指數(shù)：PredictedMeanVote(PMV)PMV是由丹麥工科大學(xué)的Fanger教授在1967年發(fā)表的熱舒適方程式所提出的溫冷感指標(biāo)。其中涉及室溫、平均輻射溫度、相對濕度、平均風(fēng)速、著衣量和人體作業(yè)量六個(gè)變量。使用從-3(冷感)～0(中間感受)～+3（熱感）共七個(gè)階段的舒適性評價(jià)。ISO標(biāo)準(zhǔn)中，PMV在±0.5以內(nèi)狀態(tài)為推薦熱舒適狀態(tài)。預(yù)測平均熱感覺指數(shù)預(yù)測平均熱感覺指數(shù)：PredictedMeanVote(PMV)定義式：各變量說明M ：體表面的代謝率[W/m2]，其基本單位1Met=58.15[W/m2]。睡眠時(shí)約0.8[Met]，辦公室工作時(shí)約1.2[Met]。平均成人體表面機(jī)約1.7[m2]，此時(shí)辦公室工作的場合，代謝量約120[W]。W ：人體所做的機(jī)械功[W/m2]。通常取0。H ：體表面的對流、輻射的熱損失[W/m2]Ec ：皮膚上的散熱和出汗散熱量[W/m2]Cres ：呼吸中的顯熱損失量[W/m2]Eres ：呼吸中的潛熱損失量[W/m2]不適人員比例（PPD）不適人員比例：Percentageofdissatisfiedpersons(PDD)PPD指得是，對在一特定環(huán)境感到不適人員的比例。定義式ISO標(biāo)準(zhǔn)中，PDD小于10%的狀態(tài)為推薦熱舒適狀態(tài)。相對濕度：RelativeHumidity(RH)相對濕度：RelativeHumidity(RH)相對濕度指得是，水蒸氣分壓力同當(dāng)前溫度下飽和水蒸氣壓力之比。定義式水的飽和蒸汽壓計(jì)算公式使用JIS采用的SONNTANG公式

水蒸氣的分壓力即，(壓力)×(水蒸氣的摩爾分?jǐn)?shù))PH2O ：水蒸氣分壓力[Pa]Psat ：飽和水蒸氣壓[Pa]T：水蒸氣溫度[K]P ：圧力[Pa]Xv ：水蒸氣的摩爾分?jǐn)?shù)平均空氣齡(MAA)平均空氣齡：MeanAgeofAir（MAA）空氣齡是指新鮮空氣由進(jìn)口進(jìn)入某一空間并到達(dá)某一點(diǎn)所需要的時(shí)間，有時(shí)也稱為駐留時(shí)間或空氣壽命。由于流動的不穩(wěn)定性，流入室內(nèi)某一點(diǎn)的空氣，其進(jìn)入系統(tǒng)的時(shí)間也不相同?？諝饽挲g是一個(gè)隨機(jī)變量，服從一定的概率分布。所以，空氣年齡的意義是指所有可能到達(dá)該點(diǎn)的空氣的年齡的平均值。

室內(nèi)自然通風(fēng)的模擬建筑室內(nèi)自然通風(fēng)是指依靠室外風(fēng)力造成的風(fēng)壓和室內(nèi)外空氣溫度差造成的熱壓，促使空氣流動，使得建筑室內(nèi)外空氣交換。自然通風(fēng)不但可以保證建筑室內(nèi)獲得新鮮空氣，帶走多余的熱量，而且又不需要消耗動力，節(jié)省能源，節(jié)省設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用，因而是一種經(jīng)濟(jì)有效的通風(fēng)方法。室外自然風(fēng)吹向建筑物時(shí)，在建筑物的迎風(fēng)面形成正壓區(qū)，背風(fēng)面形成負(fù)壓區(qū)，利用兩者之間的壓差進(jìn)行室內(nèi)通風(fēng)，就是風(fēng)壓通風(fēng)。熱壓通風(fēng)則是因?yàn)槭覂?nèi)外溫度差引起空氣的密度差而產(chǎn)生的空氣流動：當(dāng)室內(nèi)空氣溫度高于室外時(shí)，使室外空氣由建筑物的下部進(jìn)入室內(nèi)，而從建筑物的上部排到室外；而當(dāng)室外溫度高于室內(nèi)時(shí)，則氣流流向相反。自然通風(fēng)的形式：貫流式通風(fēng)；單面通風(fēng)；風(fēng)井或者中庭通風(fēng)綠色建筑大力提倡在夏季和過渡季采用自然通風(fēng)，以達(dá)到節(jié)約能源的目的，提高經(jīng)濟(jì)效益。大型商場的自然通風(fēng)流線（溫度值）空氣速度矢量溫度分布云圖體育館和劇院的熱舒適度評價(jià)Phipps溫室及熱帶植物園：自然對流與太陽輻射室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行效果分析HVAC分析目的空氣流動狀態(tài)溫度分布空氣新鮮度污染物分布熱舒適度……如何在最節(jié)能的情況下實(shí)現(xiàn)建筑物內(nèi)部空間的氣流速度、溫度、濕度、粉塵以及有害物濃度等物理量的調(diào)控措施辦公室設(shè)計(jì)空氣流動狀態(tài)空氣平均壽命溫度分布溫度分布大型數(shù)據(jù)中心醫(yī)院病房空氣平均壽命空氣流動狀態(tài)倉儲式商場空氣平均壽命(s)溫度分布(K)會議室大空間空調(diào)系統(tǒng)的輔助設(shè)計(jì)大空間公共建筑是一種為大量人群的公共活動服務(wù)的，能提供較大室內(nèi)空間的建筑類型。大空間公共建筑不應(yīng)拘泥于某一特定建筑類型，也不限制其結(jié)構(gòu)跨度，它可以是單一的空間，如體育館、音樂廳、禮堂，也可以是復(fù)合建筑體的一個(gè)組成部分，如文化中心、商業(yè)建筑的中庭或門廳。大空間空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不但要考慮項(xiàng)目的外部條件，包括地理位置、氣候條件、能源構(gòu)成等；而且還要考慮內(nèi)部空間的氣流組織、溫度分布和相關(guān)空調(diào)設(shè)備的選擇及運(yùn)行管理等。由于大空間建筑的地位重要、構(gòu)造復(fù)雜、投資巨大，因此要求設(shè)計(jì)階段就能清晰的了解空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行情況，因而有必要使用CFD進(jìn)行數(shù)值模擬，在設(shè)計(jì)階段糾正不必要的錯(cuò)誤。大空間空調(diào)系統(tǒng)的輔助設(shè)計(jì)Yoyogi體育場雙月牙穹頂?shù)脑O(shè)計(jì)布達(dá)佩斯歌劇院體育場鳥瞰圖體育場的速度場流線圖，顏色代表溫度在劇院座位區(qū)和樂隊(duì)區(qū)有高達(dá)5°C的差異大空間空調(diào)系統(tǒng)的輔助設(shè)計(jì)音樂廳舞臺頂排風(fēng)口舞臺上下兩排噴口回風(fēng)口音樂池送風(fēng)口座椅送風(fēng)口舞臺上側(cè)回風(fēng)口舞臺回風(fēng)口側(cè)臺送風(fēng)口舞臺溫度分布目標(biāo)區(qū)域溫度分布音樂廳室內(nèi)環(huán)境模擬分析復(fù)雜建筑室內(nèi)環(huán)境分析，用于指導(dǎo)暖通設(shè)計(jì)建筑風(fēng)載的預(yù)測意義向結(jié)構(gòu)專業(yè)提供平均和極限工況下的風(fēng)載荷，為阻力減震系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供依據(jù)特別是高層超高層建筑的風(fēng)載荷對建筑物的影響更大。由于城市梯度風(fēng)的影響，高層超高層在風(fēng)載荷下其頂端能夠產(chǎn)生明顯的偏移優(yōu)化建筑物的氣動外形與ANSYSMECHANICAL聯(lián)合進(jìn)行流固耦合分析建筑風(fēng)載的預(yù)測迪拜帆船酒店倫敦大教堂表面壓力分布倫敦大教堂建筑風(fēng)載的預(yù)測上海鐵路南站風(fēng)荷載及靜動力響應(yīng)研究上海鐵路南站風(fēng)荷載及靜動力響應(yīng)研究通過適當(dāng)降低懸挑部分的高度以研究幾何參數(shù)變化對平均風(fēng)荷載的影響,數(shù)值模擬結(jié)果說明,適當(dāng)降低懸挑高度可以顯著減小懸挑部分的平均風(fēng)荷載大型公共建筑的消防性能化設(shè)計(jì)防火安全設(shè)計(jì)火焰在建筑物內(nèi)的擴(kuò)展方式熱煙氣和有毒氣體在建筑物內(nèi)的擴(kuò)散路徑建筑物內(nèi)空間走向防火隔斷門的布置ANSYSCFD特色豐富的火災(zāi)模擬模型氣、液、固三種狀態(tài)的燃燒物的燃燒反應(yīng)煙生成、著火、爆炸和爆燃有毒有害氣體的濃度分布能與人員疏散分析相結(jié)合120s240s360s480s600s720s某圖書館火災(zāi)煙氣發(fā)展云圖隨著我國經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，建筑物的功能越來越多樣化，建筑物的設(shè)計(jì)越來越趨于概念化，大量新理論、新技術(shù)、新材料、新工藝及新設(shè)計(jì)理念在建筑消防設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。因此，完全套用指令性規(guī)范已不能較好地滿足目前的建筑設(shè)計(jì)要求。例如：展覽廳、體育館、具有高大空間的廠房、大劇場、倉庫、機(jī)場航站樓等建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)與現(xiàn)行規(guī)范條文不相符合情況，顯然對這類建筑進(jìn)行實(shí)物的火災(zāi)試驗(yàn)是不可能的，建筑消防安全設(shè)計(jì)評估便應(yīng)運(yùn)而生。消防性能化的背景評價(jià)設(shè)計(jì)效果和火災(zāi)危害

對超出規(guī)范的建筑進(jìn)行合理消防設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)效果成了其最重要的評價(jià)指標(biāo)，應(yīng)用所有可能的方法去對建筑的火災(zāi)危險(xiǎn)和將要導(dǎo)致的后果進(jìn)行定性、定量的預(yù)測與評估。人員安全

在火災(zāi)中的各類人員的安全，包括居住者、工作人員、顧客、消防人員等，通常這是大部分建筑物防火安全的主要目標(biāo)。要達(dá)到該目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)煙氣的流動特點(diǎn)和人員的行為特點(diǎn)，保證所有人員能在有效安全時(shí)間內(nèi)撤離起火建筑。消防性能化的目的?2009PERAChina場景設(shè)計(jì)

確定火災(zāi)發(fā)生的位置，火源功率，煙氣釋放率，人員數(shù)量及分布狀況。CFD煙氣模擬危險(xiǎn)到來時(shí)間的預(yù)測，需要分析在所設(shè)計(jì)的防排煙系統(tǒng)作用下，火災(zāi)產(chǎn)生的熱煙氣在建筑空間內(nèi)的運(yùn)動特性。人員疏散模擬即建筑物內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，所有人員能否有足夠的時(shí)間疏散到安全的地點(diǎn)，疏散過程中不應(yīng)受到火災(zāi)及煙氣的危害消防性能化判定消防性能化的流程消防性能化設(shè)計(jì)案例鐵道某客運(yùn)專線調(diào)度所大廳Steps：專業(yè)的人員疏散模擬軟件模擬人群在正常及緊急情況下的移動機(jī)場展覽館博物館辦公樓火車站地鐵購物中心體育館隧道……易用一般設(shè)計(jì)人員可方便使用正常狀況緊急疏散Steps應(yīng)用案例：地鐵站高峰期人群流動模擬t=00:00:18地鐵進(jìn)站t=00:00:20人流下車t=00:00:26人流出站t=00:00:49進(jìn)站口擁堵t=00:01:59分流與換乘t=00:02:27疏散完畢鐵道某客運(yùn)專線調(diào)度所大廳人流疏散看臺走道、坡道，樓梯休息廳、水平走廊、出入口最大單位人流流量（人/m·s）0.941.33人員類型步行速度（m/s）形體尺寸（肩寬m×背厚m×身高m）看臺走道、坡道，樓梯休息廳、水平走廊、出入口上行下行男人0.650.781.300.4×0.3×1.7女人0.550.661.100.4×0.28×1.6出入通道邊界層寬度（cm）樓梯墻壁間15扶手中線間9音樂廳座椅，體育館長