室外风环境模拟报告

室外风环境模拟计算报告新项目计算软件： 风环境模拟分析软件PKPM-CFD开发单位： 中国建筑科学研究院有限公司 北京构力科技有限公司应用版本： 20210930计算时间： 2021-11-07 室外风环境模拟报告HYPERLINK"/" 第1页共SECTIONPAGES18页 20210930室外风环境模拟分析报告项目名称：宿舍楼项目地址：四川省成都市新津区建设单位：中国民用航空飞行学院新津分院设计单位：四川西南广厦建筑设计院有限责任公司参与单位：规范标准参考依据：1、《四川省民用绿色建筑设计施工图阶段审查技术要点》（试行）2、《民用建筑设计统一标准》GB50352-20193、《民用建筑绿色性能计算标准》JGJT449-2018

一、模型概况图1建筑群平面示意图（区域红线内为目标建筑）建筑物名称计算性质建筑物底标高高（m）建筑物高度（m）宿舍目标建筑0.0021.60建筑1周围遮挡0.009.00建筑2周围遮挡0.009.00建筑3目标建筑0.003.00建筑4周围遮挡0.006.00建筑5周围遮挡0.006.00二、指标要求针对室外风环境评价依据为《四川省民用绿色建筑设计施工图阶段审查技术要点》（试行）中有关室外风环境的条目要求。2.1评价的规范要求《四川省民用绿色建筑设计施工图阶段审查技术要点》（试行）中有关室外风环境的具体要求如下：3.7.12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。评价总分值为10分，并按下列规则分别评分并累计:1在冬季典型风速和风向条件下，按下列规则分别评分并累计：1）建筑物周围人行区距地面高1.5m处风速小于5m/s，户外休息区、儿童娱乐区风速小于2m/s，且室外风速放大系数小于2，得3分；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大于5Pa，得2分。2过渡季、夏季典型风速和风向条件下，按下列规则分别评分并累计：1）场地内人活动区不出现涡旋或无风区，得3分；2）50%以上可开启外窗室内外表面的风压差大于0.5Pa，得2分。2.2模拟条件设置要求根据清华大学主编、中国建筑科学研究院等单位参编的《民用建筑绿色性能计算标准》JGJT449-2018中的规定，室外风环境模拟的边界条件和基本设置需满足：1）对象建筑（群）顶部至计算域上边界的垂直高度应大于5H；对象建筑（群）的外缘至水平方向的计算域边界的距离应大于5H；与主流方向正交的计算断面大小的阻塞率应小于3%；流入侧边界至对象建筑（群）外缘的水平距离应大于5H，流出侧边界至对象建筑（群）外缘的水平距离应大于10H；2）湍流计算模型应采用标准k-ε模型或其修正模型；地面或建筑壁面宜采用壁函数法的速度边界条件；流入边界条件应考虑高度方向上的风速梯度分布；3）室外风环境计算的计算域网格应符合下列规定：a）地面与人行区高度（1.5m）之间的网格不应少于3个；b）对象建筑附近网格尺度应满足最小精度要求，且不应大于相同方向上建筑尺度的1/10；c）对形状规则的建筑宜使用结构化网格，且网格过渡比不宜大于1.3；d）计算时应进行网格独立性验证。三、模拟概述3.1原理概要3.1.1模拟原理概述建筑物室外通风过程的数值模拟研究主要有节点法、数学模型法和计算流体力学法。计算流体力学（CFD）针对某一区域或房间（计算领域），建立质量、能量及动量守恒等基本微分方程，根据周边环境，设定合理的边界条件，然后利用划分的网格，对微分方程进行离散，将微分方程离散为代数方程，通过迭代求解，得到空气流动状况。采用CFD对自然通风模拟，主要用于自然通风风场布局优化和室内自然通风优化分析。由于建筑物周围的流动往往是湍流，模拟中常采用标准κ-ε模型及其它湍流模型方程。涉及到的控制方程主要包括：连续性方程、动量方程、能量方程，κ-ε模型方程可以写成如下通用形式：该式中的φ可以是速度、湍流动能、湍流耗散率以及温度等。其具体表现形式如下表：3.1.2风速放大系数计算公式风速放大系数=V2/V1式中：V0：10米高度开阔地的风速，即工况风速；V1:1.5米高度开阔地的风速；V2:人行区1.5米处最大风速；n:由项目所处的环境类型决定。该项目所处的环境类型是中小城市、大城市郊区及田野丘陵-《四川省民用绿色建筑设计施工图阶段审查技术要点》（试行）,1/n=0.163.2分析软件本报告主要采用绿色建筑风环境模拟分析软件PKPM-CFD进行建模和风环境计算，分析判断建筑风环境的风速、风速放大系数、风压等各项指标是否达到《四川省民用绿色建筑设计施工图阶段审查技术要点》（试行）的要求。绿色建筑风环境模拟分析软件PKPM-CFD由北京构力科技有限公司（PKPM）自主研发，软件的操作环境为WindowsXP~Win10系统，并可在AutoCAD平台及PKPM-BIM平台上运行。该软件配套《四川省民用绿色建筑设计施工图阶段审查技术要点》（试行）等，自动生成可溯源的建筑风环境模拟计算报告书，帮助用户快速完成我国建筑领域的风环境设计评价工作。该软件获住建部建设行业科技成果评估、CABR风洞试验室双重认证；典型案例的软件计算值与风洞试验测量值误差在10%以内。3.3参数设置3.3.1计算工况参数表工况名季节风向风向（中文）风速（m/ss）值来源冬季工况冬季NE东北1.9暖通规范夏季工况夏季NNE北东北2.0暖通规范过渡季工况过渡季NNE北东北2.0暖通规范3.3.2计算分析配置表判断参数冬季夏季、过渡季季达标面积比限限值人行区最大风风速（m/s）＜5无要求≥95%(**)人行区风速放放大系数＜2无要求--户外休息区、儿儿童活动区区最大风速速（m/s）＜2无要求≥95%(**)无风区风速（m/s）无要求＞0.1(**)≥95%(**)涡旋无要求不产生涡旋＞95%(**)窗口内外表面面压差无要求＞0.5＞50%建筑迎背风面面平均风压压压差的最最大值（Pa）≤5无要求--注：带(*)限值为用户设置的指标，可在计算分析配置中修改，其他限值为标准要求的限值。3.3.3参与迎背风面压差判断的建筑设置1)冬季工况参与建筑风压压差判断的建筑列表参与建筑迎背背风面风压压差判断的的建筑物名名称未参与建筑迎迎背风面风风压差判断断的建筑物物名称宿舍建筑1、建筑筑2、建筑3、建筑4、建筑5四、模拟计算及结果分析4.1冬季工况冬季工况自然通风的基本情况：冬季、东北向、平均风速1.90m/s。4.1.1冬季工况的计算域及网格划分设置计算域设置计算域划分实际模型范围围建议的最小计计算域范围围实际计算域范范围长X（m）151.2819.2819.2宽Y（mm）190.5733.4733.4高Z（H）（m）21.6196.6196.6网格划分设置网格设置项绿建标准要求求本项目设置总网格个数（万万）无要求18最小网格尺寸寸（m××m××m）无要求1.0m××1.00m×1.0mm最大网格尺寸寸（m××m××m）无要求8.0m××8.00m×8.0mm4.1.2冬季工况的迭代计算的收敛状态分析冬季工况共计算117步，计算后k、ε、和速度的收敛残差为0.001，迭代计算的收敛曲线如下图所示。图2冬季工况的收敛曲线4.1.3冬季工况的风速计算结果（1）整个计算区域风速结果图3冬季工况整个计算域1.5m平面高度处风速原始云图冬季工况计算区域风速统计表风速范围（mm/s）该风速范围内内的人行区区域面积（㎡㎡）占总面积百分分比0~12923.55254.6%1~2.12434.55645.4%（2）人行活动区域风速结果冬季工况在人行活动区域最大风速判断表风速范围（mm/s）该风速范围内内的人行区区域面积（㎡㎡）人行活动区域域总面积（㎡㎡）占总面积百分分比0~55358.115358.11100%≥505358.110%判断人行区最大风风速为2..1m/ss，风速＜＜5m/ss的面积比比例为1000%，故故达到了“建筑周围围人行区风风速＜5mm/s”的要求注：根据用户自定义，建筑周围人行区风速＜5m/s的面积比例≥95%即判定为达标。（3）户外休息区、儿童娱乐区风速结果冬季工况户外休息区、儿童娱乐区最大风速判断表风速范围（mm/s）该风速范围内内的户外休休息区、儿儿童娱乐区区面积（㎡㎡）户外休息区、儿儿童娱乐区区总面积（㎡㎡）占总面积百分分比0~2000≥2000判断无户外休息区区、儿童娱娱乐区注：根据用户自定义，户外休息区和儿童娱乐区区域风速＜2m/s的面积比例≥95%即判定为达标。4.1.4冬季工况的风速放大系数计算结果冬季工况人行区风速放大系数判断表工况季节计算条件实际计算值限值10米高处工工况风速VV0（m/s）1.5米高处处开阔地的的风速V11（m/s）1.5米高处处人行区的的最大风速速V2（m/s）风速放大系数数风速放大系数数限值冬季1.5＜2判断人行区风速放放大系数为为1.5，达达到了“室外风速速放大系数数＜2”的要求注：v1=1.9*0.15^0.16=1.4人行区风速放大系数=v2/v1=2.1/1.4=冬季工况的建筑风压计算结果图4冬季工况迎风面风压图图5冬季工况背风面风压图冬季工况建筑迎背风面风压压差判断表工况季节建筑名称建筑迎风面平平均风压（Pa）建筑背风面平平均风压（Pa）建筑迎背风面面的平均风风压压差（Pa）冬季宿舍-判断建筑迎背风面面平均风压压压差的最最大值为11.4Paa，所有参参与判断的的建筑均满满足压差≤5Pa的要要求4.1.6冬季工况判断汇总表指标限值实际计算值规范限值人行区最大风风速（m//s）2.1＜5户外休息区、儿儿童活动区区最大风速速（m/ss）0＜2人行区风速放放大系数1.5＜2建筑迎背风面面平均风压压压差的最最大值（PPa）1.4≤5判断人行区风速判判断人行区最大风风速为2..1m/ss，风速＜＜5m/ss的面积比比例为1000%，故故达到了“建筑周围围人行区风风速＜5mm/s”的要求户外休息区、儿儿童娱乐区区风速判断断无户外休息区区、儿童娱娱乐区人行区风速放放大系数判判断人行区风速放放大系数为为1.5，达达到了“室外风速速放大系数数＜2”的要求建筑风压判断断建筑迎背风面面平均风压压压差的最最大值为11.4Paa，所有参参与判断的的建筑均满满足压差≤5Pa的要要求4.2夏季工况夏季工况自然通风的基本情况：夏季、北东北向、平均风速2.00m/s。4.2.1夏季工况的计算域及网格划分设置计算域设置计算域划分实际模型范围围建议的最小计计算域范围围实际计算域范范围长X（m）151.2895.4895.4宽Y（mm）190.5793.9793.9高Z（H）（m）21.6196.6196.6网格划分设置网格设置项绿建标准要求求本项目设置总网格个数（万万）无要求18最小网格尺寸寸（m××m××m）无要求1.0m××1.00m×1.0mm最大网格尺寸寸（m××m××m）无要求8.0m××8.00m×8.0mm4.2.2夏季工况的迭代计算的收敛状态分析夏季工况共计算110步，计算后k、ε、和速度的收敛残差为0.001，迭代计算的收敛曲线如下图所示。图6夏季工况的收敛曲线4.2.3夏季工况的无风区计算结果夏季工况无风区判断表工况季节风速范围（mm/s）该风速范围内内的人行区区域面积（㎡㎡）人行活动区域域总面积（㎡㎡）占总面积百分分比备注夏季0~0.1297.25358.115.5%属于无风＞0.15060.995358.1194.5%不属于无风判断人行区未产生生无风的面面积比为994.5%%，未达到“场地内人人活动区不不出现无风风区”的要求注：根据用户自定义，场地内人活动区未产生无风区的面积比≥95%即判定为达标。4.2.4夏季工况的涡旋计算结果图7夏季工况1.5m平面高度处风速矢量示意图夏季工况涡旋判断表工况季节有无涡旋该范围内的人人行区域面面积（㎡）人行活动区域域总面积（㎡㎡）占总面积百分分比夏季无涡旋5358.115358.11100%有涡旋05358.110%判断人行区未产生生涡旋的面面积比为1100%，达达到了“场地内人人活动区不不出现涡旋旋”的要求注：根据用户自定义，场地内人活动区未产生涡旋的面积比＞95%即判定为达标。4.2.5夏季工况的窗口风压压差计算结果图8夏季工况窗口内外表面风压压差示意图夏季工况外窗可开启部分风压压差判断表工况季节建筑名称外窗可开启部部分的总面面积（㎡）外窗内外表面面风压压差差＞0.55Pa的面面积（㎡）占可开启总面面积的比例例夏季宿舍367.444302.182.22%%建筑3000汇总367.444302.182.22%%判断达到了“＞550%可开开启外窗室室内外表面面的风压差差＞0.55Pa”的要求4.2.6夏季工况判断汇总表指标限值实际计算值规范限值未出现无风的的面积比94.5%≥95%未出现涡旋的的面积比100%＞95%窗口内外表面面压差达标标的面积比比82.2%＞50%判断无风区判断人行区未产生生无风的面面积比为994.5%%，未达到“场地内人人活动区不不出现无风风区”的要求涡旋判断人行区未产生生涡旋的面面积比为1100%，达达到了“场地内人人活动区不不出现涡旋旋”的要求窗口风压压差差判断达到了“＞550%可开开启外窗室室内外表面面的风压差差＞0.55Pa”的要求4.3过渡季工况过渡季工况自然通风的基本情况：过渡季、北东北向、平均风速2.00m/s。4.3.1过渡季工况的计算域及网格划分设置计算域设置计算域划分实际模型范围围建议的最小计计算域范围围实际计算域范范围长X（m）151.2895.4895.4宽Y（mm）190.5793.9793.9高Z（H）（m）21.6196.6196.6网格划分设置网格设置项绿建标准要求求本项目设置总网格个数（万万）无要求18最小网格尺寸寸（m××m××m）无要求1.0m××1.00m×1.0mm最大网格尺寸寸（m××m××m）无要求8.0m××8.00m×8.0mm4.3.2过渡季工况的迭代计算的收敛状态分析过渡季工况共计算110步，计算后k、ε、和速度的收敛残差为0.001，迭代计算的收敛曲线如下图所示。图9过渡季工况的收敛曲线4.3.3过渡季工况的无风区计算结果过渡季工况无风区判断表工况季节风速范围（mm/s）该风速范围内内的人行区区域面积（㎡㎡）人行活动区域域总面积（㎡㎡）占总面积百分分比备注过渡季0~0.1297.25358.115.5%属于无风＞0.15060.995358.1194.5%不属于无风判断人行区未产生生无风的面面积比为994.5%%，未达到“场地内人人活动区不不出现无风风区”的要求注：根据用户自定义，场地内人活动区未产生无风区的面积比≥95%即判定为达标。4.3.4过渡季工况的涡旋计算结果图10过渡季工况1.5m平面高度处风速矢量示意图过渡季工况涡涡旋判断表表工况季节有无涡旋该范围内的人人行区域面面积（㎡）人行活动区域域总面积（㎡㎡）占总面积百分分比过渡季无涡旋5358.115358.11100%有涡旋05358.110%判断人行区未产生生涡旋的面面积比为1100%，达达到了“场地内人人活动区不不出现涡旋旋”的要求注：根据用户户自定义，场场地内人活活动区未产产生涡旋的的面积比＞＞95%即判定为为达标。4.3.5过渡季工工况的窗口口风压压差差计算结果果图11过渡渡季工况窗窗口内外表表面风压压压差示意图图过渡季工况外外窗可开启启部分风压压压差判断断表工况季节建筑名称外窗可开启部部分的总面面积（㎡）外窗内外表面面风压压差差＞0.55Pa的面面积（㎡）占可开启总面面积的比例例过渡季宿舍367.444302.182.22%%建筑3-54861129288033119049940311630884483307633755118672256355126110633319177873443599907555683338073364999540441442277211860222879983622740998288869311130004017764922357447231196577587006403371066998009663303444030888194474411050887203386433226001621144677260668049926544468882853314322042994019909511796669703333188379333566679166962116238816311601003326646433153449280025744431002720-0%汇总-5486112928803311904994031163088448330763375511867225635512611063331917787344359990755568333807336499954044144227721186022287998362274099828886931113000401776492235744723119657758700640337106699800966330344403088819447441105088720338643322600162114467726066804992654446888285331432204299401990951179666970333318837933356667916696211623881631160100332664