phoenics夏季风热环境评估报告.doc

'项目名称：某小区室外自然通风模拟分析报告图形建模：计算报告：余祖斌报告日期：2012-11-23上海飞熠软件技术有限公司电话：021-传真：021-地址：上海钦州南路81号出版大楼19171010上海飞熠软件技术有限公司某小区室外自然通风分析报告一、项目概述10 上海飞熠软件技术有限公司某小区室外自然通风分析报告1.1项目概况略1.2项目气象资料根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》，该设计用南京市室外气象参数如下表：表7.1某市室外气象参数设计用室外气象参数单位数值夏季室外平均风速m/s2.1夏季最多风向——SE冬季室外平均风速m/s2.6冬季最多风向——NE春季室外平均风速m/s2.6春季最多风向——SW秋季室外平均风速m/s2.4秋季最多风向——SE年平均气温℃15.4本项目研究夏季主导风向为东南风，主导风速2.1m/s。1.3评价标准本报告主要某小区室外自然通风状况进行模拟分析。⑴夏季保证75%以上的板式建筑前后不低于1.5Pa左右的压差，避免出现局部漩涡和死角，从而保证室内有效地自然通风；⑵人行及活动区域的风速放大系数不应大于2；⑶在建筑物周围行人区1.5m高度的风速小于5m/s；1.4参考依据《绿色建筑评价标准》GB/T50378-2006《绿色建筑评价技术细则》《民用建筑设计通则》GB50352-2005《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003二、技术路线本报告主要针对某小区进行室外自然通风状况模拟分析。10 上海飞熠软件技术有限公司某小区室外自然通风分析报告2.1分析方法自然通风是建筑实现节能、健康、生态等目标的重要手段。建筑楼群的布局方式既关系到建筑室外人员活动区域的舒适性，也影响到建筑单体前后的压力分布，特别是高层建筑的表面风压，会影响到建筑的安全、开窗方式等。本次分析采用建筑通风软件PHOENICS2011对目标建筑进行风环境分析。PHOENICs自带前处理、求解器和后处理。前处理器：建立描述问题的几何模型（或者由CAD等其它软件建立并导入），确定控制方程（如N-S方程、湍流模型）、离散方法、计算方法（如SIMPLE、MAC），输入各种必需的参数（如初始条件、边界条件、松弛因子、物性参数等），并生成网格。求解器：CFD的核心，将前处理器建立的系统进行迭代求解，并输出计算结果。后处理器：给出所计算参数（如温度场、速度场、压力场及浓度场等）的可视化结果及动画处理。PHOENICS软件推出的FLAIR模块是英国CHAM公司针对建筑及暖通空调专业设计的CFD专用模块。Flair有自然通风wind模型，无需编程，可以直接设置风速、风向和风梯度，也可以读取epw格式气象数据，并可以查看各个高度的风速、风压、空气龄等。2.2集合建模及网格划分利用PHOENICS对建筑风环境进行评价分析后，建筑几何模型建立以及计算区域的网格划分非常重要。建筑的几何形状会影响局部的网格质量，为了避免个别建筑物的不规则几何形态而引起的局部网格质量的下降，对建筑物的几何形状进行简化处理显得非常必要。另外，对计算区域的选择也十分关键。由于风场作用的范围较大，因此计算区域应选的较大，但过分地增大计算区域，会大大加大计算的成本。合理的选择计算区域将有助于减少计算量。本研究中，我们参照建筑平面图进行几何建模，模型如图2-1a所示，由490米高的主楼和四个副楼构成，依靠裙楼联通，总面积多少，大小100米*200米。10 上海飞熠软件技术有限公司某小区室外自然通风分析报告小区周边的建筑群也比较高，会影响风场，研究区域需要放大，如图2-1b所示。图2-1a研究小区图2-1b建筑周边环境本研究主要针对建筑室外自然通风状况进行模拟分析，计算区域选择是能够使区域内气流充分发展，我们参照建筑平面图进行几何建模，采用均匀结构化网格技术，对导入的CAD图形进行区域设置及网格划分。10 上海飞熠软件技术有限公司某小区室外自然通风分析报告在PHOENICS软件中模型外场尺寸选择主要以不影响建筑群边界气流流动为准，根据相关工程经验并做模拟试算后，确定设置外场计算尺寸为1500m×2000m×700m（长×宽×高），模型中沿Y轴正方向设置为北向。整个模拟区域划分空间网格200×260×90，采用结构网格分布，其中建筑所在区域进行网格局部加密处理。网格划分结果如图2-2及2-3所示。图2-2计算区域网格图（俯视）图2-3计算区域网格图（侧视）2.3边界条件的处理及控制方程的选取利用CFD10 上海飞熠软件技术有限公司某小区室外自然通风分析报告技术对室外风环境模拟时，确定合理的边界条件是保证模拟计算结果正确的一个重要环节。为了让区域的模拟比较接近真实情况，对建筑所处的地理位置的风速与风向进行分析。利用风玫瑰图，给出频率最多的风速风向情况，确定为当地平均风速，作为模拟区域的输入条件。2.3.1来流风速分布当气流穿过不同的地区和地形带（如海洋、陆地、平原、山地、森林、城市等）时，会产生摩擦力而使风的能量减少，风速降低，其本身的结构（如湍流度、旋涡尺度等）也发生变化。其变化的程度随着距离高度的增加而降低，直到达到一定高度时，地面粗糙度的影响可以忽略，这一层受到地球表面摩擦力影响的大气层成为大气边界层。大气边界层的高度随着气象条件、地形和地面粗糙度的不同而有差异，一般情况下地面以上300米（不超过1000米）范围内均属于大气边界层的范围，所以这个范围以上风速才不受地表的影响，可以在大气梯度的作用下自由流动。2.3.2平均风速的指数律分布在大气边界层中，平均风速随高度发生变化，其变化规律称为风剪切或风速廓线。目前多数国家都采用经验的指数分布来描述近地层中平均风速随高度的变化，我国的建筑规范也采用指数律分布。风速廓线的指数律分布可以表示为：（2-1）式中：UZ为高度Z处的水平方向风速；U0为参考高度z0处的风速；m为由地形粗糙度所决定的幂指数。我国将地形分为A、B、C、D四类，其相应的值见表2：本文中的建筑符合D类，故选0.3。2.3.3出流面的边界条件10 上海飞熠软件技术有限公司某小区室外自然通风分析报告假定出流面上的流动已充分发展，流动已恢复为无建筑物阻碍时的正常流动，故其出口边界采用局部单向化处理。2.3.4控制方程的选取考虑到建筑周围的空气流动一般属于不可压缩的低速湍流，符合Boussinesq假设，且气流与建筑物的接触形成限制流，而标准模型对于限制流(有壁面约束)具有较好的效果，并且标准模型计算成本低、预测较为准确。本文选用Realizable模型（适用于类似室内通风的中等涡的复杂剪切流动）对该问题进行模拟求解。本文主要考虑的为不可压缩的流动问题，其控制方程主要有以下几个：连续性方程：（2-2）动量方程：（2-3）湍流动能方程：（2-4）耗散率方程：（2-5）三、模拟结果3.1夏季风环境工况3.1.1风速评价图3-1，3-2在2.1m/s10 上海飞熠软件技术有限公司某小区室外自然通风分析报告的东南风场下，该小区室外1.5米高度处的风速云图。如图中所示，室外最低风速出现在建筑物的背风处，平均风速约为0.9/s，最高风速出现在东北墙角处，约为3m/s。小区内部的风速绝大部分在3m/s以下，这主要是因为建筑物本遮挡了部分的风量。整体通风状况良好。建筑周边人行区域的风速基本在3.0m/s以内，小于5m/s。图3-1夏季风速云图（1.5米高度处）从图3-2速度矢量图可以看出，裙楼的曲面设计非常好，能诱导自然风通过小区中部，形成对流，不会形成死角或者旋涡。图3-2夏季风速矢量图（1.5米高度处）10 上海飞熠软件技术有限公司某小区室外自然通风分析报告图3-2-1风速放大系数（1.5米高度处）从上述图形模拟结果分析得出，在2.1m/s的东南风场下，建筑室外绝大部分区域在人行高度1.5米处的风速环境没有超过节能评估评价标准所规定的5.0m/s，风速放大系数不大于2。因此，我们认为在2.1m/s的东南风场下，建筑的室外风环境在舒适度要求的范围之内。3.1.2风压评价图3-3在2.1m/s的东南风场下，该小区1.5米高度处的风压云图。图3-3夏季风压云图（1.5米高度处）由图3-3可见，该小区正南面风压大约为4Pa左右，最大风压分布在小区的东南面，约为4Pa。最小风压分布在小区北面10 上海飞熠软件技术有限公司某小区室外自然通风分析报告及小区的西北面，约为-4Pa。因此，在该风场下，建筑东南部及西北部表面的风压情况为该区域在夏季非空调时段利用自然通风创造了有利条件，受到两侧风压的影响，建筑中部在夏季非空调时段也能获得较好的自然通风能力。图3-4建筑迎风面风压分布图3-5建筑背风面风压分布由图3-4,3-5可知，大部分建筑物夏季前后压差大于1.5pa，保证室内有效地自然通风。10 上海飞熠软件技术有限公司某小区室外自然通风分析报告3.1.2空气质量评价图3-6是1.5米高处空气龄分布情况，空气龄表明空气更新的快慢。从图中可以看出，空气在小区的滞留时间少于1000s，通风效果非常好，没有死角区域，保证了空气的新鲜程度，改善了密集区人群的生存环境。图3-5空气龄分布3.3.2本节评估结论本报告对项目室外风环境进行了模拟分析，模拟分析夏季对建筑物周边的人行区域的风环境舒适性，自然通风条件得出以下结论：法规符合性：符合导则和其他相关规范的要求。行人舒适性：通过夏季最多风向的平均风速进行模拟，本项目周边人行区域的风速均小于5m/s，且风速放大系数小于2，符合行人舒适性要求自然通风：夏季室外平均风速条件下，大部分建筑前后压差基本大于1.5pa,有利于实现室内自然通风对周边待建建筑的影响：对周边基地的风环境和热环境影响在规范允许范围内建议：地面宜种植常绿灌木，改善小区环境3.4冬季工况暂略（待补充）10'