室外风环境模拟分析报告

6.结论
本工程利用数值模拟的方法分析了新华联住宅场地的建筑风环境， 从模拟的 结果可以看出： 1）建筑周围人行区距地面 1.5m 高度处的风速小于 5m/s，风速放大系数小 于 2，满足《绿色建筑评价标准》的要求。 2） 严寒地区冬季工况下， 其他建筑前后的风压差满足 《绿色建筑评价标准》
中不高于 5Pa 的要求。 3）夏季 、过渡季场地内 1.5m 高度主要人员活动区无明显漩涡，自然通风情 况良好。
a pφ = ∑ anbφnb + b
nb
式中： nb 为相邻的网格；
ap
， a nb 分别为 φ 和 φnb 的系数， b 是源项。
表 4-1 变量参数设置
变量 压力 动量
κ 方程
ε 方程
离散格式 欠松弛因子 求解格式 循环类型
质量力加权法 0.3~1.0 压力 AMG V 类型
一阶差分 0.3~1.0 动量 AMG Flex 类型
5.风环境模拟及评价
5.1 工况 1(夏季平均风速/风向 SW/风速 2.4m/s)
图 5-1
1.5m 高度场地内风速流线
图 5-2
1.5m 高度场地内风速分布
图 5-3 结果评价：
1.5m 高度场地内风压分布
1) 从模拟结果可以看出，夏季工况下，场地内 1.5m 高度处新华联二期建 筑群(红色建筑)，风速基本在 1.018m/s 之内，主要人行通道处风速在 0.46m/s~1.13m/s 之间；风速均小于 5m/s，不会对人员活动造成影响。 2) 夏季工况下，建筑周边风速都小于 1.13m/s，与来流方向开阔地表风速 相比， 场地内 1.5m 高区域内风速放大系数均小于 2， 符合室外出行舒适 度要求。
表 3-2 风环境模拟工况统计 分析工况 工况 1 工况 2 工况 3 夏季平均风速 冬季平均风速 过渡季节平均风速 来流风向 SW ENE WSW 风速 m/s 2.4m/s 2.5m/s 3.3m/s
4.计算分析
4.1 数学模型的选取 通常我们所使用的紊流模型有零方程模型、一方程模型以及两方程模型。对 于靠近壁面的计算来说，以 ε 方程最为方便。在紊流的工程计算中，κ-ε 双方程 模型应用最为广泛， 并且也取得了较为成功的结果。由于建筑场地内空气流动一 般属于不可压缩、低速湍流，因此，本模拟选用 κ-ε 双方程模型对问题进行模拟 求解计算。 4.2 计算方法 本模拟采用有限容积法进行方程离散，采用一阶差分格式，采用 SIMPLEST 算法进行压力与速度的解耦，避免出现不合理的压力和速度。 考虑到风场作用的范围较大，因此选取较大的计算区域。根据经验：本次模 拟计算选取的计算区域高度为场地建筑高度的 3 倍，来流方向为建筑宽度的 5 倍，出流方向为建筑宽度的 6 倍，计算区域宽度为建筑宽度的 5 倍。 模拟计算时采用变量的分布假设、差分格式、收敛因子的确定见表 2 所示。
表 3-1 秦皇岛市不同季节风气候特征
夏季 盛行风平均风速 盛行风向 2.4m/s SW 冬季 2.5m/s ENE 过渡季 3.3m/s WSW
根据以上数据， 北戴河接待中心风环境模拟分为夏季、冬季和过渡季三个季 节进行，模拟 3 种工况下的风环境特征，工况统计见表 3-2 所示。其中主要分析
住宅场地主要人行通道，距地面 1.5m 高度处风速是否超过 5m/s，风速放大系数 是否小于 2；场地内是否出现静风区或漩涡，以及建筑物布置是否有利于自然通 风 。
5.3 工况 3(过渡季平均风速/风向 WSW/风速 3.3m/s)
WSW 图 5-5 1.5m 高度场地内风速流线
图 5-6
1.5m 高度场地内风速分布
图 5-6 结果评价：
1.5m 高度场地内风速分布
1) 从模拟结果可以看出，过渡季工况下，场地内 1.5m 高度处北戴河接待 中心 ( 红色建筑 ) ，风速基本在 4.10m/s 之内，主要人行通道处风速在 0.594m/s~2.93m/s 之间；风速均小于 5m/s，不会对人员活动造成影响。 2) 过渡季工况下，建筑周边风速都小于 2.93m/s，与来流方向开阔地表风 速相比， 场地内 1.5m 高区域内风速放大系数均小于 2， 符合室外出行舒 适度要求。 3) 过渡季工况下，场地风场流线较为明显，无气流死区，无明显漩涡区。 4) 过渡季工况下， 场地内 1.5m 高度处建筑迎风面风压在 1.82Pa~5.03Pa 之 间，建筑背风面风压小于-0.33Pa，前后压差大于 1.5Pa 左右，有利于过 渡季自然通风。
3) 夏季工况下，场地风场流线较为明显，无气流死区，无明显漩涡区。 4) 夏季工况下，场地内 1.5m 高度处建筑迎风面风压在 1.49~2.64Pa 之间， 建筑背风面风压小于 0.055Pa，前后压差大于 1.5Pa 左右，有利于夏季自 然通风。 5.2 工况 2(冬季平均风速/风向 ENE/风速 2.5m/s)
图 3-1 北戴河 CFD 模型图
3.3 风环境分析工况 为使计算结果具有一定的代表性，需选择秦皇岛地区的主导风向和风速。夏 季盛行西南风（SE） ，冬季盛行东北偏东风（ENE） ，而过渡季盛行西南偏西风 （WSW） 。根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》 ，秦皇岛市夏季、冬季 和过渡季风向及风速特征如表 3-1 所示。
室外风环境模拟报告
委托方：
绿色咨询：
日期：2013-5-16
1.项目概述
本项目位于秦皇岛北戴河新区，老沿海公路南侧、香海湾国际旅游度假中心 西侧，依据规划局总规要求分为三块用地，其中地块一为接待别墅，建筑总面积 1604.39 ㎡，其中一层建筑面积为 659.35 ㎡，二层建筑面积为 526.37 ㎡，三层建 筑面积为 418.67 ㎡，基底面积为 618.33 ㎡；地块二为接待中心，包括 A、B、C 三座，总建筑面积为 98611.54 ㎡，其中 A 座建筑面积 2387.54 ㎡，B 座 4009.05 ㎡，C 座 3307.91 ㎡；地块三为总部会所，总建筑面积为 3225.84 ㎡，其中一层 建筑面积为 1663.97 ㎡，二层建筑面积为 1561.87 ㎡，基底面积为 1698.75 ㎡。 其中申报绿色建筑标识认证的为地块二(中间部分)。
一阶差分 0.3~1.0
一阶差分 0.3~1.0
κ AMG
Flex 类型
ε AMG
Flex 类型
4.3 边界条件 4.3.1 来流面梯速风的选取 由于地表摩擦的作用， 接近地表的风速随着离地高度的减小而降低。只有离 地 300-500km 以上的地方，风速才不受地表影响，可以在大气梯度的作用下自 由流动，如图 4-1 所示。
数小于 2； （2）冬季（秦皇岛属寒冷地区）保证除迎风面之外的建筑物前后压差不大 于 5Pa； （3）有利于夏季、过渡季节自然通风，住区不出现涡流和死角。
3.模型建立
3.1 软件介绍 本报告采用 CFD（Computational Fluid Dynamics，计算流体力学）的方法对 建筑周围的风环境进行模拟评价。模拟计算采用 PHOENICS 软件，该软件是目 前世界上比较流行的商用 CFD 软件，其准确性获得了不同领域的验证。 3.2 几何模型 依据设计图纸并考虑周边环境对该住宅场地的影响， 利用 phoenics 软件， 建 立了对象的 CFD 模型，如图 3-1 所示。模型中 Y 轴方向定义为正北方向。
图 4-1 不同地形大气边界层曲线图
不同高度的风速不同，高度与风速的计算公式如下：
h V h = V0 h 0
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式中：
Vh —高度为 h 处的风速，m/s； V0 —基准高度 h 处的风速，m/s，取 10m 高度处的风速(气象站观测高度)； 0
n —由地形粗糙度所决定的幂指数。市区 n 值取 0.2～0.5；空旷或临海地区
图 1-1 项目总平面图
2.评价依据
《绿色建筑评价标准》GB/T 50378-2006 第 5.1.7、5.2.6、5.5.7 条均对建筑室 外的风环境提出了明确相关要求。 第 5.1.7 条“建筑物周围人行区风速低于 5m/s，不影响室外活动的舒适性和 建筑通风。 （一般项） ” 第 5.2.6 条“建筑总平面设计有利于冬季日照并避开冬季主导风向，夏季利 于自然通风。 （一般项） ” 第 5.5.7 条“建筑设计和构造设计有促进自然通风的措施。 （一般项） ” 根据上述要求，对建筑区域周围风环境、微气候状况进行模拟分析评价，主 要评价指标包括： （1）建筑周围人行区域距地面 1.5m 高度处的风速小于 5m/s，风速放大系
SE
图 5-4
1.5m 高度场地内风速流线
图 5-5
1.5m 高度场地内风速分布
图 5-6 结果评价：
1.5m 高度场地内风压分布
1) 从模拟结果可以看出，冬季工况下，场地内 1.5m 高度处新华联住宅场 地二期建筑群(红色建筑)，风速基本在 1.25m/s 之内，主要人行通道处 风速在 0.47m/s~1.25m/s 之间；风速均小于 5m/s，不会对人员活动造成 影响。 2) 冬季工况下，建筑周边风速都小于 1.25m/s，与来流方向开阔地表风速 相比， 场地内 1.5m 高区域内风速放大系数均小于 2， 符合室外出行舒适 度要求。 3) 冬季工况下，场地风场流线较为明显，无气流死区，无明显漩涡区。 4) 冬季工况下，场地内 1.5m 高度处建筑迎风面风压在 1.22~2.50Pa 之间， 建筑背风面风压小于-0.3Pa，前后压差均小于 5Pa 左右。
n 值取 0.14 左右，本项目在模拟计算中 n 值选取为 0.22（模拟软件中推荐值） 。
4.3.2 出流面的边界条件 假定出流面的流动已经充分发展，流动已恢复为无建筑物阻碍的正常流动， 故其出口压力设为大气压。 4.3.3 上空面及两侧面的边界条件 由于本次模拟所选的计算区域较大， 故上空和两侧的空气流动几乎不受建筑 物的影响，因此可设为自由滑移表面。 4.3.4 建筑壁面及下垫面的边界条件 本次模拟选取的标准 κ-ε 模型仅适用于离开壁面一定距离的完全湍流区域， 在固体壁面附近，由于层流粘性作用影响加强，必须对标准 κ-ε 模型加以修正， 本次模拟采用壁面函数法加以修正建筑物边界区。