前言
人类生存环境的可持续性发展已成为当代社会发展的基本课题。近年来,随着人们生活水平的提高,人们对生活质量的要求也越来越高。随着绿色建筑、健康建筑体念不断提出,人们生活居住环境的舒适性越来越成为人们关注的重点。
在各种生活环境中,和人们密切相关的就是所处的风环境和热环境。良好的室外风环境对热环境有非常直接的影响,同时良好的的室外风环境也为室内自然通风提供了基础。
居住区内建筑较多,布局多样,建筑之间的互相干扰,都会在建筑物附近形成一定的风环境。室外风环境受到诸多因素的影响,例如建筑群体布局形式、建筑之间的间距、建筑迎风面朝向、建筑形体、景观布局、道路布局等。其中任何一个要素的改变都会对建筑室外的风场分布产生影响。
典型案例室外风环境模拟分析及评价
河北省沧州市新城悦隽风华项目
选取河北省沧州市某一高层住宅——新城悦隽为例,采用PKPM软件对其室外风环境进行模拟分析及评价。
本项目主要参考依据为《河北省绿色建筑评价标准》(DB13(J)/T113-2015)、《民用建筑设计通则》(GB 50352-2005)、《绿色建筑评价技术细则》。
根据暖通规范河北沧州气象参数,主要为西南风,冬季最大风速为2.8 m/s,夏季、过渡季最大风速为2.7 m/s。因此对新城悦隽风华住宅项目室外风环境分为冬季工况和夏季、过渡季工况进行模拟,具体工况如下表:
河北沧州各个季度主导风向与风速
(一)冬季工况
冬季最多风向为西南风,风速为2.8 m/s。
从人行高度处风速云图可以看出,小区室外整体风速均未超过5 m/s,模拟计算结果人行活动区域最大风速为3.6 m/s,满足“建筑周围人行区风速<5.0m/s”的要求。风速放大系数1.9,满足“室外风速放大系数<2.0”的要求。由此可见,人行高度处风环境舒适度良好,同时也不会产生因风速突变而产生的人行高度不舒适感。
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冬季工况整个计算域1.5m平面高度处风速原始云图
根据迎背风面风压图可以看出,所有建筑的迎风面平均风压大于4pa,背风面平均风压在-4pa之间。经模拟计算得出,建筑迎背风面平均风压压差的最大值为4.7pa。由此可见,所有建筑迎背风面风压的压差小于5pa的限值。故室外通风良好。
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冬季工况迎风面风压图 冬季工况背风面风压图
(二)夏季、过渡季工况
夏季、过渡季最多风向为西南风,风速2.7 m/s。
从人行高度处风速图可以看出,未产生无风面积比达到90%以上,故为未产生无风区。未产生涡旋的面积达到100%,故未产生涡旋区。
从风压图可以看出,迎风面建筑表面风压在0.5Pa以上的面积在70%以上,背风面建筑表面风压在-0.5Pa以下的面积在80%以上,因此,可开启外窗室内外表面的风压差大于0.5Pa的面积在70%以上,满足“50.0%以上可开启外窗室内外表面的风压差>0.5Pa”的要求。
夏季、过渡季迎风面风压图 夏季、过渡季背风面风压图
根据以上模拟结果分析得出,在对建筑进行室外风环境模拟时,主要是对建筑的不同工况的人行高度处的风速、风速放大系数和风压的判断。人行高度处风速和压差满足当地标准要求即可满足人们正常生活自然通风的需要。本文仅根据《河北省绿色建筑评价标准》(DB13(J)/T113-2015)中的4.2.6条“场地内风环境有利于室外行走、活动舒适和建筑的自然通风”:1)冬季典型风速和风向条件下,建筑物周围人行区风速低于5m/s,且室外风速放大系数小于2;除迎风第一排建筑外,建筑迎风面与背风面表面风压差不超过5Pa;2)过渡季、夏季典型风速和风向条件下,场地内人活动区不出现涡旋或无风区;50%以上可开启外窗室内外表面的风压差大于0.5Pa。
根据不同建筑类型、不同地域选取的标准依据不同,例如山东、广东等地的建筑则需依据当地的建筑标准进行模拟判断,针对医院、住宅、办公等不同类型的建筑也有相应的标准参考。因此,在模拟过程中需要根据实际情况选择相应标准进行模拟分析。
模拟过程中应注意的问题
相比其他的CFD模拟软件,PKPM模拟软件更加方便精确,提高了模拟效率和精准度。但在模拟过程中也存在一些值得注意的问题如下:
(1)在模拟过程中,设置好边界条件之后进行网格划分,划分网格不易过密或过散,过于密集在迭代计算过程中计算时间较长,过于分散,则计算结果不够精确,因此在网格划分过程中也要根据项目实际情况和操作经验进行划分。网格划分之后即可进行迭代计算。
(2)在选择描图过程中,尽可能多于需要模拟的建筑数量,即需要模拟的建筑之外周边建筑尽量描图,这样在选取迎风建筑或者首排建筑时更有代表性,利于提高模拟的精准度。
(3)建立模型过程中,无需对每个建筑精确设置到窗墙比等,只需要对其整体长、宽、高进行初步设置,建立初步模型结构即可。
参考文献
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