黑瞎子岛植物园建筑风环境

第三届工程建设计算机应用创新论坛论文集上海·2011黑瞎子岛植物园园建筑风环境境分析胡洪1陆扬2苏苏骏11上海建筑设设计研究院有有限公司22上海现代建建筑设计（集集团）有限公公司【摘要】BIMM技术近年来来发展迅速。黑黑瞎子植物园园在建筑设计计初期就成功功地引入了BBIM技术。而而在建筑风环环境设计中，CCFD技术应应用广泛。本本文着重介绍绍了CFD技技术结合BIIM技术的切切入和应用，并并对植物园室室外风环境、室室内自然通风风、空调流场场及热舒适性性等进行了模模拟计算。根根据模拟的建建筑风环境动态调调整和优化建建筑布局和朝朝向，优化建建筑布局。同同时，根据CCFD的室内内温湿度场计计算，校核植植物生长条件件需求，采用用局部空气调调节以实现节节能。【关键字】BIIMCFD建筑筑风环境热舒适适环境优化设设计AnalysiisontheWWindEEnviroonmenttofHHeiXiia-ziBottanicaalGarrdenHUHongg1,LUYYang2,SUJJun11ShanghhaiInnstituuteoffArchhitectturalDesiggnanddReseearch2ShanghhaiXIIANDAIIArchhitectturalDesiggnGrooupAbstracct:BIMtechnnologyyhasdevellopedrapiddlyinnreceentyeears.AndttheBIIMtecchnoloogywaassucccessffullyintrooduceddtoHeiiXia-ziBottanicaalGarrdeniinearrlyarrchiteecturaaldessign.CFDttechnoologyiswiidelyusedinthhearcchiteccturalldesignnofbbuildiingwiindennvironnment..ThethesiisisfocussonttheinntroduuctionnofttheappplicaationofCFFDtecchnoloogycoombinaationwithBBIMteechnollogy.TThebuilddingwwindeenviroonmenttoutsiide,theindooornatturalventiilatioonanddtheindooorairrflowwfielldwerrecallculattedouutbyCFDssoftwaarepaackagee.Acccordinngtotheccomputtationnresuults,HHeiXiia-zibuiildingglayooutwaasadjjustedddynaamiclyytoopptimizzetheedesiign.MMeanwhhile,accorrdingtoCFFDcallculattionoofinddoorttemperratureeandhumiddityffieldssandcheckkingtthecoonditiionsoofplaantgrrowthneedss,theelocaalairrcondditionningttechnoologywasuusedttosavveeneergy.Keywordds:BIMM;CFD;BuilldingWindEnviroonmentt;ComffortabbleThermaalEnviroonmentt;OptiimalDDesignn1.工程概况黑龙江省黑瞎子子岛植物园位位于我国东北北地区，黑龙龙江省抚远县县黑瞎子岛主主岛上，黑瞎瞎子岛部分处处于我国的最最东方。本工工程为岛上独独立植物园，建建筑面积约119284mm2，包括地上上展览温室建建筑面积约99784m22，地下附属属用房建筑面面积约95000m2。展览温室室用以展示生生长在不同地地域和气候条条件的植物及及其生存环境境。图1黑瞎子岛地理位置2.地理与气象象环境图1黑瞎子岛地理位置黑瞎子岛位于EE134°27′,N48°17′，海拔高度度81.2米，夏夏季主导风向向为西南风，2.9m/s，当地大气压力为994.1kPa。由于地球上各区区域的不同纬纬度和太阳方方位角使得其其接受太阳辐辐射热量不同同，再加上地地球自转，大大气环流形成成，进而形成成地球宏观气气候；而近地地面地区生物物的生存、人人对自然资源源的利用与开开发、各种建建造活动等人人为因素影响响等，影响了了区域性生态态，改变了大大气中各物质质的组成结构构，使局部气气候状况出现现变化，进而而形成了特定定地区的微观观气候特征。而而建筑的形成成受宏观气候候与区域微观观气候的共同同作用，气候候差异性在不不同地区建筑筑特征上呈现现出一定的多多样性[1--3]。展览温室是由人人工控制的、展展示生长在不不同地域和气气候条件的植植物及其生存存环境的空间间，而不同地地域和气候条条件下的植物物要求不同的的生存环境。为为此，采用空空气调节技术术对展览温室室内部环境进进行调节，即即通过科学技技术手段，以以空调、采暖暖、通风等技技术措施来模模拟展览植物物原生长地的的温度、相对对湿度、通风风状况和COO2浓度，再造造展览植物的的原长地生态态环境，营造造植物健康成成长的室内环环境，同时保保证全年公众众观园游览、学习认识的舒适性。3.室外风环境境不同区域条件存存在不同的风风环境状况，室室外风环境这这一气候因子子直接影响到到建筑的布局局、形体、围围护结构的产产生以及相关关技术的选择择[4]。为此此，在建筑方方案初期就充充分考虑到建建筑体得朝向向，结合CFFD技术来达达到优化设计计的目的。建立了建筑体的的BIM模型型，并利用模模型生成CFFD需要的分分析模型，导导入CFD相相关软件进行行网格划分、边边界条件指定定和流场计算算。并在计算算过程中动态态调整流场的的建筑体的朝朝向，使建筑筑布局充分迎迎合当地夏季季主导风向，以以此加强建筑筑内部自然通通风效果。计计算所得的室室外风场矢量量图和云图如如图2、图33所示。图2黑瞎子植植物园室外风风矢量图图3黑瞎子植植物园室外风风云图和等值值线图从室外风速矢量量图和风速云云图来看，夏夏季的主导风风西南风迎建建筑西南面吹吹来，此时建建筑下部窗户户和ETFEE膜同时开启启，引导空气气穿越为室内内导风，很好好地加强了室室内自然通风风效果；建筑筑外部椭球形形表面使得室室外风自然分分流，绕建筑筑表面两侧前前行，并在椭椭球中后部出出现边界层分分离，两股气气流交汇前行行。整个建筑筑外部区域没没有出现大的的旋涡和气流流死角，这样样很好地避免免了热量在此此堆积，及时时将建筑外部部余热带走，避避免产生局部部热堆积效应应；同时也避避免了旋涡区区域空气停留留聚集，加强强了建筑外部部通风换气，为为建筑营造一一个良好的室室外通风环境境。4.室内平面通通风与空气调调节4.1室内平面面通风在夏季和过度季季节，采用可可开启ETFFE膜进行自然通通风，同时顶顶部适当遮荫荫，满足夏季季植物区降温温要求；在建建筑下、中部部设置可开启启侧窗引风，顶顶部天窗排风风，开窗面积积为建筑面积积14%，利用室外风风力所造成的的风压以及室室内外温度差差所造成的热热压来实现自自然通风换气气，这一过程程不仅引入了了大量室外新新风提高了室室内舒适程度度，同时使室室外风通过温温室植物区，带带走温室热量，达到自自然通风降温温的目的，大大大降低了建建筑空调能耗耗。图4黑瞎子植植物园室内自自然通风平面面图从室内Z=1..5米标高平平面自然通风风矢量图来看看，室外风通通过外窗和可可开启ETFFE膜进入室室内，外窗和和可开启ETTFE膜起到到很好地导风风作用，促使使室外自然风风进入室内各各植物区，为为植物呼吸带带来新鲜空气气的同时，带带走了室内的的热量，使得得植物处于一一个适宜的热热湿风环境下下，保证植物物的健康成长长；同时，室室内各区域自自然风在各植植物区域流动动畅通，没有有出现大的旋旋涡和气流死死角，这样很很好地避免了了污浊空气和和粉尘在房间间内聚集，及及时将其排出出室外，保证证了植物区和和人员活动区区域的空气品品质。4.2室内空空气调节图5夏季热带植植物区1.55米标高平面面温度分布展览温室是以热热带、亚热带带及其他具有有特殊气候或或地域的植物物种类为主要要对象，根据据植物生长需需求，夏季植植物区温度保保持35℃以下便可不不影响其生长长，所以从节节约能源出发发，并征询有有关植物学专专家意见，温温室内空调仅仅对人行道进进行局部区域域空调，保证证游人区域适适当的舒适性性。如图5中中，热带植物物区区域的人人行道地面布布置了空调送送风口。人行行道空调送风风采用全新风风机器露点送送风，夏季新新风处理到温温度20℃。1.5米高度是是人体活动的的重要范围，其其范围内的温温湿度直接关关系到人体舒舒适，为此，此此区域的风速速和温度需要要我们重点考考虑。图中给给出了1.55米标高处室室内温度分布布云图，从图图中温度分布布来看，人体体主要活动的的道路范围内内，温度基本本维持在233-26度左左右，这一范范围正好能满满足人体的舒舒适性需求；；而道路两侧侧的温度相对对较高一些，平平均约为288-30度左左右，这一温温度范围也是是植物生产需需求的合适温温度区域。从温度分布云图图可以看出，路路面下送风形形式仅仅对温温室内人体活活动的小部分分范围(道路)进行局部空空气调节，保保证人体舒适适性，同时也也达到满足植植物生产的合合适温度需求求。这样设计计的路面送风风“置换式((通风)”形式不仅仅达到了设计计得目的，而而且起到了很很好的节能效效果。5.剖面风与热热环境新鲜空气从开启启的门窗进入入，利用热压压通风和风压压通风实现自自然通风，排排出的空气在在中庭上空汇汇合，从顶部部可开启天窗窗拔出。中庭庭天窗出口空空气在太阳直直接辐射作用用下温度进一一步升高，同同时反作用于于出口处，加加强了天窗拔拔风效果。图6室内剖面面风速矢量图图图7室内剖面面温度分布从剖面温度分布布来看，路面面下送风置换换式通风形式式取得的效果果更为直观、更更明显。室内内出现了明显显的温度分层层，梯度十分分明显。下部部1-2米范围内为人人体活动区域域，其温度控控制在23--26度范围围内；这一范范围内空气在在吸收室内余余热余后温度度升高、密度度将小，热空空气慢慢上浮浮，与室外风风一起汇合从从屋顶天窗导导出。室内人人体活动的范范围形成了一一个相对的“低低温空气湖”，不不仅很好地满满足了人体的的舒适性需求求，同时达到到了明显的节节能效果。6.总结随着BIM技术术的逐步发展展，其在一些些复杂造型复复杂、超高层层建筑等的应应用中越来越越受到重视。黑黑瞎子植物园园在建筑设计计初期就成功功地引入了BBIM技术。如如今，CFDD技术广泛运运用于建筑群群体风环境、室室内自然通风风、室内空调调温度场以及及热舒适性计计算，这在很很大程度上可可以指导建筑筑总体布局、建建筑朝向以及及室内通风、空空调系统设计计等。在BIIM技术日益益推广和应用用下，本文介介绍了在BIIM技术下，CCFD技术的的成功切入和和应用。并对对植物园室外外风环境、室室内自然通风风、空调流场场及热舒适性性等进行了模模拟计算。根根据模拟的建建筑室外风环境结果动态地调整和优化化建筑布局和和朝向，使建建筑摆放充分分迎合夏季主主导风向，强强化室内自然然通风。同时时，在暖通设设计时，充分分考虑到园区区植物的生长长条件和游人人的舒适性需需要，采用紧紧紧对游人所所在的观赏道道路上进行路路面送风。同同时，采用CCFD技术对对设计方案进进行了模拟计计算。根据CCFD的室内内温湿度