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住宅小区风环境模拟评价示例

时间:2014/2/13 14:33:17   作者:ymg2007   来源:网络媒体   阅读:7097   评论:0
内容摘要:住宅小区的风环境模拟及评价室外风环境模拟是绿色建筑认证模拟中的重要一项,国家的《绿色建筑评价标准》中对住宅的室外风环境有以下要求:其中4.1.13规定“住区风环境有利于冬季室外行走舒适及过渡季、夏季的自然通风”和4.1.4规定“住区建筑布局保证室内外的日照环境、采光和通风的要求,...

住宅小区的风环境模拟及评价

室外风环境模拟是绿色建筑认证模拟中的重要一项,国家的《绿色建筑评价标准》中对住宅的室外风环境有以下要求:其中 4.1.13规定“住区风环境有利于冬季室外行走舒适及过渡季、夏季的自然通风”和4.1.4规定“住区建筑布局保证室内外的日照环境、采光和通风的要求,满足现行国家标准《城市居住区规划设计规范》GB 50180中有关住宅建筑日照标准的要求“。本文对某住宅小区的风环境进行模拟和评价。

1.项目概况

本项目位于杭州市区,由四栋高层住宅组成。建筑高度都是30m。

建筑模型根据住宅的实际尺寸建立。并简化到对风环境影响很小的拐角、凸起等。具体的几何模型如下:

图1:住宅小区建筑的几何模型.JPG


1:住宅小区建筑的几何模型

本次分析模型以住宅小区的所有建筑为依据,根据建筑图纸建立几何模型。模拟计算区域的大小以不影响气流流动为准。根据相关的规范和文献等资料,确定室外计算区域为250X250mX90m,模型中以Y轴正方向为正北方向。网格如下图4和图5:

图2 住宅小区的建筑模型网格.JPG

图2.1 住宅小区网格.JPG


2 住宅小区的建筑模型网格

2. 模拟设置

2.1 计算参数设置

梯度风边界设置

建筑物附近的风速可以按照大气边界层理论和地形条件来确定。不同地形下的风速梯度也不一样,可以用以下的公式表示:


式中:

梯度风公式.jpg

Vh—高度为h处的风速,m/s;

V0—基准高度h0处的风速,m/s,一般取10 m处的风速;

n—指数。根据《建筑结构荷载规范》GB 50009—2001,地面粗糙度可分为A、B、C、D 四类:

——A 类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区,指数为0.12;

——B 类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区,指数为0.16;

——C 类指有密集建筑群的城市市区,指数为0.22;

——D 类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区,指数为0.30;

新加坡地毯科技园周边风环境模拟时设置n值为0.22

⑵出口边界条件

计算区域的出口为自由出口,压力设置为环境压力值

⑶计算收敛判据

CFD数值模拟代数方程的终止标准按连续性方程与动量方程残差为1.0 E-3以下,能量方程残差为1.0 E-6以下,收敛曲线如图6所示:

图3 收敛曲线.JPG 

图3:收敛曲线

2.2 Case计算说明

根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》统计的杭州地区气象数据设置3个CASE进行分析

CASE CASE分析内容 主导风向 平均风速m/s 风向频率%
CASE1 夏季自然通风、冬季防风 SSW 2.6 夏季15.78冬季12.73
CASE2 过渡季自然通风、冬季防风 NNW 2.7 过渡季15.41冬季19.35
CASE3 夏季、过渡季自然通风 E 2.6 夏季13.48过渡季9.41

本次模拟主要为Case1,夏季工况,风向是SSW(南偏西22.5度),风速为2.6m/s。

3.计算结果

3.1评价方法

1.人行区域风环境

一般情况下要求规划区建筑物周围人行区域距地1.5 m高度处的风速ν小于5 m/s,以达到满足不影响人们正常室外活动的基本要求。

评价指标以风速状况为主。

2.无风区或涡旋区

在某些区域是否会形成无风区或涡旋区,导致通风不畅,严重的阻碍空气流动,影响室外散热和污染物消散。

评价指标以流场、空气龄分布状况为主

3.建筑物前后风压分布状况

分析新加坡低碳科技园的立面上的风压分布状况,查看压差是否达到夏季、过渡季节的自然通风以及冬季防风的要求。

评价指标以风压状况为主。

3.2风环境模拟结果评价

Case1主要分析在夏季和冬季主导风向为SSW,2.6m/s时,本项目周边人行区域的舒适度、空气质量及室内自然通风的可行性。舒适性

图4夏季住宅小区1.5m高度的速度矢量图.JPG 

图4夏季住宅小区1.5m高度的速度矢量图

图4为夏季、冬季主导风向为SSW,2.6m/s时,距地面1.5m高度处的流场分布情况。从图中可以看到,整个项目的流场分布均匀,无滞风区域。风从建筑群的西南侧进入,经过建筑群,最后由东北侧离开建筑群。在项目西南侧风速在1.5~2.0m/s,在项目东北侧风速较少,在0.25-0.5m/s,项目其他区域的风速基本在0.5-1.0m/s之间。具体的风速分布如图12所示,等值线的间距为0.25m/s。

图5夏季住宅小区1.5m高度的速度等值线图.JPG


图5夏季住宅小区1.5m高度的速度等值线图

图5为夏季、冬季主导风向为SSW,2.6m/s时,距地面1.5m高度处的等值线图。通过整理模拟所得的数据,在夏季、冬季主导风向为SSW,2.6m/s,新加坡低碳科技园项目周边人行区域距地1.5m高度的初始风速为1.33m/s,最大风速1.87m/s分别是,可得风速放大系数为1.41。

空气质量

图6夏季住宅小区1.5m高度的空气龄图.JPG


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图6夏季住宅小区1.5m高度的空气龄图

图6为在夏季、冬季主导风向为SSW,2.6m/s时的距地1.5m高度处空气龄分布情况。从图中分析可得,项目在西南侧空气龄较少,在40-80s之间:东北侧的空气龄较大,在80-150s左右。整个项目所在区域的空气龄在200s以内,总体上说,项目本身及其周边区域空气更新速度较快,新鲜程度较高。
通风可行性

图7夏季住宅小区1.5m高度的压力等值线图.JPG


图7夏季住宅小区1.5m高度的压力等值线图

图7为夏季、冬季主导风向为SSW,2.6m/s时距地1.5m高度处的压力分布情况。项目西南侧的压力基本在2.0Pa以上,东北侧的压力基本在-2.0Pa左右。这个项目的压力差在4.0Pa以上。

4.结论

通过对住宅小区的风环境模拟结果分析,可以知道该住宅小区的人行高度1.5m处风速小于5m/s,符合国家标准的规定。整个小区的空气龄在200s以内,空气新鲜程度较高,小区建筑的前后压力在4.0Pa左右,有利于进行自然通风。


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