建筑腔體對(duì)室內(nèi)風(fēng)環(huán)境的影響及模擬分析

風(fēng)環(huán)境模擬在城市規(guī)劃、建筑單體設(shè)計(jì)中扮演著重要的角色,尤其在綠色建筑評(píng)價(jià)中是重要的得分項(xiàng).模擬時(shí)不考慮周邊建筑對(duì)目標(biāo)建筑的影響,將典型工況下風(fēng)速梯度公式作為任何項(xiàng)目的邊界條件,與實(shí)際風(fēng)環(huán)境相差較大.風(fēng)環(huán)境模擬需要將大尺度規(guī)劃與小尺度單體設(shè)計(jì)緊密結(jié)合,形成一個(gè)城區(qū)級(jí)尺度的風(fēng)環(huán)境模擬周邊建筑,使模擬結(jié)果更趨真實(shí).通過(guò)介紹"粗細(xì)網(wǎng)格"的模擬方法,在提高計(jì)算精度條件下解決城區(qū)級(jí)邊界條件帶來(lái)的時(shí)間、設(shè)備要求及人力成本大幅上升的問(wèn)題,為城市規(guī)劃、建筑設(shè)計(jì)的風(fēng)模擬工作提供參考.

針對(duì)城市建筑物分布對(duì)人類(lèi)活動(dòng)風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)困難問(wèn)題,引入數(shù)值模擬方法。對(duì)某大學(xué)校園局部建筑物群建立三維分析模型,分別應(yīng)用三維湍流κ-ε方程中standard湍流模型、kng湍流模型和realizable湍流模型,計(jì)算了2m以下人類(lèi)活動(dòng)環(huán)境的風(fēng)場(chǎng),并與實(shí)際測(cè)量的建筑物風(fēng)環(huán)境數(shù)值相比較,最終得到三種模型類(lèi)型,均能滿足工程計(jì)算精度要求;但相對(duì)而言,在建筑物拐角之處,由realizable湍流模型計(jì)算出來(lái)的風(fēng)場(chǎng)更能接近實(shí)際。

目的分析非對(duì)稱(chēng)外形建筑周?chē)L(fēng)環(huán)境的風(fēng)場(chǎng)分布及非對(duì)稱(chēng)建筑外形對(duì)周?chē)L(fēng)場(chǎng)分布的影響.方法以計(jì)算流體力學(xué)理論為基礎(chǔ),采用有限容積法對(duì)非對(duì)稱(chēng)幾何體建筑風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了數(shù)值模擬,并與寬度和高度相同的對(duì)稱(chēng)外形建筑周?chē)L(fēng)環(huán)境進(jìn)行了比較分析.結(jié)果得到了非對(duì)稱(chēng)幾何體建筑周?chē)俣葓?chǎng)、壓力場(chǎng)、跡線圖的分布,說(shuō)明建筑的幾何外形對(duì)其周?chē)L(fēng)場(chǎng)影響非常大,非對(duì)稱(chēng)幾何體建筑與相對(duì)應(yīng)的對(duì)稱(chēng)幾何體建筑周?chē)L(fēng)場(chǎng)有很大不同.結(jié)論該建筑迎風(fēng)面靜壓與建筑物后側(cè)的負(fù)壓相互間存在較大壓差,有利于自然通風(fēng);hz=1.5(人行高度)風(fēng)速低于5m/s,滿足舒適性標(biāo)準(zhǔn).建筑背面存在的負(fù)壓和大的渦旋不利于污染物的排放.

近年來(lái),隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展以及城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn),我國(guó)的建筑行業(yè)獲得了長(zhǎng)足的發(fā)展,居民加強(qiáng)了對(duì)于居住環(huán)境的重視程度.現(xiàn)階段,隨著城市建設(shè)項(xiàng)目的不斷開(kāi)展,小區(qū)建筑室外風(fēng)環(huán)境日益惡化.面對(duì)這樣的惡劣環(huán)境,社會(huì)各界加強(qiáng)了對(duì)于人居環(huán)境的改善,并以此為基礎(chǔ),創(chuàng)建綠色家園.本文基于此,分析探討樹(shù)木對(duì)建筑小區(qū)風(fēng)環(huán)境影響的模擬研究.

選擇實(shí)用易行的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬方法作為本文研究風(fēng)環(huán)境的切入點(diǎn),詳述了適合風(fēng)環(huán)境湍流數(shù)學(xué)模型的選擇、建立及相應(yīng)的邊界條件。首先應(yīng)用phoenics軟件對(duì)風(fēng)繞單棟建筑時(shí)的流場(chǎng)進(jìn)行了模擬分析,其次通過(guò)將三維cad圖轉(zhuǎn)換到phoenics軟件中的方法,在冬季北風(fēng)最不利工況下,對(duì)某實(shí)際復(fù)雜建筑小區(qū)的風(fēng)速場(chǎng)進(jìn)行了模擬,實(shí)現(xiàn)了理論與實(shí)踐的結(jié)合。結(jié)果證明采用計(jì)算流體力學(xué)的方法并借助于商業(yè)軟件phoenics可實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑小區(qū)風(fēng)環(huán)境的模擬,其對(duì)建筑小區(qū)風(fēng)環(huán)境的優(yōu)化設(shè)計(jì)有一定的指導(dǎo)意義。

基于計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件ansyscfx,采用剪切應(yīng)力傳輸(sst)k-ω湍流物理模型和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格,對(duì)山體環(huán)境下低矮民房中較為典型的二層雙坡屋面房屋進(jìn)行數(shù)值模擬.在山體環(huán)境影響下,分析房屋表面風(fēng)壓隨山體高度變化、不同坐落位置和各風(fēng)向角下的分布規(guī)律.結(jié)果表明,山體對(duì)房屋的影響,屋面的體型系數(shù)與平坦地區(qū)差異較明顯,且與山體高度、山坡度和建筑的坐落位置有關(guān).山體高度的變化對(duì)屋蓋結(jié)構(gòu)體型系數(shù)的影響較小,而房屋的坐落位置影響最為明顯.

使用fluentair-pak軟件,以同濟(jì)大學(xué)文遠(yuǎn)樓為例,進(jìn)行室內(nèi)自然通風(fēng)的定量流場(chǎng)分析,提供作為建筑優(yōu)化設(shè)計(jì)重要內(nèi)容的風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)方法和原理。

為優(yōu)化居住區(qū)的風(fēng)環(huán)境,選取鄭州市區(qū)不同方位上距離市中心不同遠(yuǎn)近、不同布局的4個(gè)住宅小區(qū),對(duì)其風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量記錄,結(jié)合數(shù)值模擬軟件envi-met研究小區(qū)的建筑布局對(duì)風(fēng)環(huán)境的影響。結(jié)果表明:春季靜風(fēng)狀態(tài)下,距離市中心由遠(yuǎn)到近,實(shí)測(cè)風(fēng)速有減小趨勢(shì)；不同布局特點(diǎn)的建筑風(fēng)速大小明顯不同,點(diǎn)狀式>行列式>圍合式；envi-met數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果有較好的吻合度,綠化的改變對(duì)風(fēng)環(huán)境有一定的優(yōu)化作用。

針對(duì)上海市某商業(yè)街區(qū)建立了簡(jiǎn)化物理模型,采用離散化的數(shù)值模擬方法對(duì)該街區(qū)風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行三維模擬研究。首先采用caarc標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行可行性驗(yàn)證,探討了流體力學(xué)數(shù)值模擬的適用性和精確度。然后對(duì)該街區(qū)風(fēng)場(chǎng)及建筑物的風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,分析了由于狹長(zhǎng)t字型建筑布局而引起的巷道風(fēng)效應(yīng)。最后,討論了街區(qū)群樓間間距及建筑布局等因素的改變對(duì)風(fēng)場(chǎng)和風(fēng)荷載的影響。研究結(jié)果表明,商業(yè)街區(qū)規(guī)劃時(shí)應(yīng)避免巷道風(fēng)效應(yīng),并建議將行人高度風(fēng)環(huán)境納入考慮的范疇。

以天津某高層建筑群為研究對(duì)象,利用phoenics數(shù)值模擬軟件對(duì)其室外風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬,設(shè)置夏季、過(guò)渡季與冬季等工況條件,分析不同工況下風(fēng)壓、速度場(chǎng)對(duì)建筑的影響.結(jié)果表明,項(xiàng)目場(chǎng)地在過(guò)渡季節(jié)天氣條件下室外人員活動(dòng)區(qū)域平均風(fēng)速達(dá)到最大,最大風(fēng)速約為3.0m/s.過(guò)渡季節(jié)建筑前后壓差最大,處于1.2~6pa,夏季、冬季盛行風(fēng)向平均風(fēng)速條件下建筑前后壓差皆大于1pa,室內(nèi)滿足自然通風(fēng)要求,且不影響室外行人的舒適性.

利用stream數(shù)值模擬軟件對(duì)某高層建筑群的室外風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了模擬，并分析了冬季、夏季以及過(guò)渡季室外風(fēng)環(huán)境的流場(chǎng)、速度分布場(chǎng)以及風(fēng)壓分布場(chǎng)對(duì)建筑的影響。結(jié)果表明，冬季建筑周?chē)诵袇^(qū)距地1．5m高處最大的風(fēng)速為3．97m／s，最大風(fēng)速放大系數(shù)為1．07，冬季迎風(fēng)面建筑物前后壓差最大壓力為4．37pa，建筑前后壓差最大為2．78pa，其他方向建筑物前后壓差均小于5pa，不影響行人舒適要求。夏季、過(guò)渡季盛行風(fēng)向平均風(fēng)速條件下建筑前后壓差分別為4．16pa、6．56pa，室內(nèi)可利用自然通風(fēng)。

基于室外風(fēng)環(huán)境CFD模擬的建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)

為解決越來(lái)越多的體型復(fù)雜、布局多樣、規(guī)模龐大的建筑群興建后所帶來(lái)的建筑風(fēng)環(huán)境問(wèn)題,文章選取3種典型建筑布局(行列式、錯(cuò)列式及圍合式)下的建筑群,利用雷諾平均法及realizableκ-ε湍流模型對(duì)各布局下北風(fēng)及西風(fēng)下的建筑風(fēng)流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,利用定量與定性分析方法對(duì)建筑群風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了評(píng)估。研究結(jié)果表明,西風(fēng)比北風(fēng)風(fēng)向下的建筑群風(fēng)環(huán)境好；綜合對(duì)比分析2種風(fēng)向下3種布局的風(fēng)環(huán)境,行列式建筑群風(fēng)環(huán)境較好。

以某建有高層建筑的居住小區(qū)為研究對(duì)象,采用數(shù)值模擬方法對(duì)該小區(qū)春季的風(fēng)速場(chǎng)、壓力場(chǎng)進(jìn)行了模擬。探討了風(fēng)環(huán)境對(duì)小區(qū)室內(nèi)外舒適度的影響。

采用cfd模擬技術(shù),分析了復(fù)雜建筑環(huán)境中布置冷卻塔的氣流分布和氣流溫度分布,比較了不同工況下冷卻塔的熱工特性,提出了改善冷卻塔有效運(yùn)行的技術(shù)措施。算例結(jié)果表明,cfd模擬是解決此類(lèi)問(wèn)題的有效手段。

介紹了高層建筑與風(fēng)環(huán)境的定義,分析了高層建筑群對(duì)內(nèi)外部空間的影響,并探討了高層建筑風(fēng)環(huán)境的主要影響因素,提出了增建防風(fēng)設(shè)施、增加綠化防風(fēng)隔離帶、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案等改善風(fēng)環(huán)境的措施。

研究了行列式、周邊式和自由式三種基本的建筑布局對(duì)風(fēng)環(huán)境的影響,給出了方案設(shè)計(jì)中從風(fēng)環(huán)境角度應(yīng)該考慮的問(wèn)題,即避免大面積渦流出現(xiàn),避免建筑群中某個(gè)或某些建筑單體的能耗顯著增加,避免建筑群中主要通道風(fēng)力顯著增大,以提高建筑群整體空間區(qū)域環(huán)境的舒適度.

本文以武漢某住宅建筑項(xiàng)目為實(shí)例,通過(guò)cfd對(duì)小區(qū)的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬,得到了基于綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)結(jié)論。

本文結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，分析了氣候中的風(fēng)環(huán)境因素對(duì)高層建筑影響的基礎(chǔ)上，對(duì)高層設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的問(wèn)題和方法進(jìn)行了初步研究，以使高層建筑設(shè)計(jì)更加合理。

建筑技術(shù)的提升使城市中高層雙子樓極為常見(jiàn),雙子樓建筑的相互作用在建筑之間形成了獨(dú)特的風(fēng)環(huán)境。為了分析雙子樓布局方式對(duì)建筑風(fēng)環(huán)境的影響,探索雙子樓設(shè)計(jì)的基本原則,文章選用數(shù)值模擬方法,研究不同風(fēng)向角和錯(cuò)位距離條件下兩棟平行建筑之間的風(fēng)環(huán)境,采用放大因子、無(wú)量綱空氣流量、冠層平均速度和界面交換速度等指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià),得出不同風(fēng)向角和錯(cuò)位距離下雙子樓風(fēng)環(huán)境各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的變化情況,并基于評(píng)價(jià)結(jié)果和城市季風(fēng)特征,給出了高層雙子樓的設(shè)計(jì)布局建議。

隨著綠色建筑的普及,小區(qū)微環(huán)境越來(lái)越受到重視,其中場(chǎng)地風(fēng)環(huán)境的質(zhì)量是小區(qū)規(guī)劃中需要考慮的重中之重。風(fēng)環(huán)境的影響因素比較復(fù)雜,主要取決于城市的氣象參數(shù),以及小區(qū)所處的周邊環(huán)境、小區(qū)的建筑布局、建筑結(jié)構(gòu)形式等。通過(guò)數(shù)值軟件cfd對(duì)小區(qū)風(fēng)環(huán)境仿真模擬,將模擬結(jié)果反饋建筑,對(duì)建筑布局優(yōu)化,從而改善小區(qū)風(fēng)環(huán)境質(zhì)量。分析了建筑布局與風(fēng)場(chǎng)的關(guān)系,對(duì)綠色建筑小區(qū)風(fēng)環(huán)境的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)作用。

建筑風(fēng)環(huán)境作為建筑節(jié)能設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面,其對(duì)于區(qū)域氣候與局部微氣候的影響都不容忽視.本文應(yīng)用基于rngk-ε模型的cfd軟件數(shù)值模擬研究不同的建筑高度差對(duì)建筑周?chē)L(fēng)場(chǎng)環(huán)境的影響,揭示有利于風(fēng)流動(dòng)的建筑因素,為進(jìn)一步的住區(qū)建筑規(guī)劃提供思路.模擬結(jié)果顯示,在來(lái)流風(fēng)速一定雙體建筑高度差不同時(shí),建筑間谷區(qū)風(fēng)速與形成渦旋的中心位置和大小均不同.