目录1 项目概况及分析背景11.1 项目简介11.2 分析概述11.3 评价依据21.4 评价指标32 技术路线32.1 分析方法32.2 湍流模型42.3 几何模型52.4 参数设置72.5 模拟工况93 模拟分析93.1 工况 1（夏季工况）103.2 工况 2（冬季工况）143.3 工况 3（过渡季工况）184 结论214.1 风速214.2 风压224.3 流场224.4 达标判断22声明：1、本报告无咨询单位签字盖章无效；2、本报告涂改、复印均无效；3、本报告仅对本项目有效。项目名称： 委托单位：咨询单位： 负责人： 编制人： 审核人： 批准人： 1 项目概况及分析背景1.1 项目简介本项目属于公共建筑，项目位于长沙，58472平方米，总建筑面积62011平方米，其中地下层建筑面积5534平方米，地上建筑面积为56477平方米；建筑基底指标面积10600平方米。参评范围内包括。详情请参见本项目总平面图1.2 分析概述建筑群和高大建筑物会显著改变城市近地面层风场结构。近地风的状况与建筑物的外形、尺寸、建筑物之间的相对位置以及周围地形地貌有着很复杂的关系。在有较强来流时，建筑物周围某些地区会出现强风；如果这些强风区出现在建筑物入口、通道、露台等行人频繁活动的区域，则可能使行人感到不舒适、甚至带来伤害，形成恶劣的风环境问题。
在一般的气候条件下，他们直接影响着城市环境的小气候和环境的舒适性；一旦遇到大风，这种影响往往会变成灾害，使建筑外墙局部的玻璃幕墙、窗扇、雨棚等受到破坏，威胁着室内外的安全。高层建筑群室外人行区域最容易形成再生风和二次风问题，导致冬季室外风速过大，行人难以停留。建筑合理布局是改善室外行人区热舒适的关键；主要是避免在寒冷冬季室外行人区风速加速，如风巷效应，同时在与冬季主导风向垂直方向最好增加裙房，加大底座尺寸，避免冲刷效应和边角效应等，如图1所示。调查统计显示：在建筑周围行人区，若平均风速V>5 m/s的出现频率小于10%，行人不会有什么抱怨（在10%大风情况下建筑周围行人区风速小于5 m/s，即可认为建筑周围行人区是舒适的）；频率在10%～20%之间，抱怨将增多；频率大于20%则应采取补救措施以减小风速。另外，行人在风速分布不均区域活动时，若在小于2m的距离内平均风速变化达70%，即从低风速区突然进入高风速区，人对风的适应能力将大减。图1 室外空气流动与建筑之间所产生的效用示意图因此在设计阶段，应对建筑物的室外风环境做出评价，分析建筑之间位置关系对室外风环境的影响。 同时，室外风环境深刻影响建筑室内风环境，特别对建筑防风与自然通风有着决定性影响。
冬季建筑防风，有效减少气流渗透，降低采暖能耗，而夏季与过渡季节的自然通风则能降低建筑空调能耗。自然通风主要有以下 3 种作用：舒适通风、降温通风、健康通风。通过通风增加人的舒适度，从而提高人体热舒适感觉；通过建筑周围气流将建筑周边以及房间里的热量散发到空气中去；同时通过通风，为室内提供新鲜空气，降低室内二氧化碳浓度。建筑室外风环境模拟分析，主要考虑室外风场以及室外风环境对室内环境影响两方面内容。本报告综合考虑风速、风压两个因素，对本项目的室外风环境进行分析评价，并进一步为住宅室内自然通风适用与否以及舒适性分析提供参考数据。1.3 评价依据《湖南省绿色建筑评价标准》DBJ43/T004－2010《湖南省绿色建筑评价技术细则》《绿色建筑评价标准》GB/T 50378－2006《绿色建筑评价技术细则》《民用建筑设计通则》GB 50352－2005《办公建筑设计规范》JGJ 67－2006《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736－2012 长郡滨江中学设计图纸1.4 评价指标本项目属于公共建筑，位于长沙市，根据《湖南省绿色建筑评价标准》DBJ43/T004－2010第5.1.7条规定“建筑物周围人行区域距地面 1.5m 高处平均风速低于 5m/s，主要人行区域平均风速不小于 0.5m/s，不影响室外活动的舒适性和建筑通风。
”2 技术路线本报告主要对本项目的室外风场分布状况及其对室内通风的影响进行分析，验证其是否满足建筑周围人行区风速是否适宜，同时根据计算结果判断其是否达到第5.1.7条得分项的相关要求。2.1 分析方法建筑物室外风环境的评价方法目前主要采用的方法有风洞试验、网络法及数值计算方法。风洞试验是当前建筑室外风环境及风工程领域使用的主要方法，它是通过制作实际建筑物的缩尺模型在大气边界层风洞中进行的，通过必要的手段产生类似于实绩建筑周围的风场，然后通过布置在模型表面及其周围的试验仪器测量风速、风压等相关数据，当前研究内容已经涵盖了建筑物在不同地貌下以及各种体型的高层建筑的风压风速分布研究以及不同高度比和相对位置的变化所产生的相互干扰影响。但是风洞试验也存在着诸如模型制作费力，试验周期较长，难以同时研究不同的建筑设计方案等缺点，而且缩小尺寸的试验模型并不总是能反映全比例结构的各方面特征，另外，在测点布置、同步测压等一系列问题上也有很多不足有待解决。网络法是从宏观角度对自然通风进行分析，主要用于自然通风建筑设计初期的风量预测。它利用质量、能量守恒等方程计算风压和热压作用下的自然通风量。但由于网络法不考虑房间内部的空气流动形态对自然通风效果的影响，所以无法给出房间内部的空气详细流动情况分析。
近年来随着计算机技术的飞速发展，数值计算已成为评价方法的主流。而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）法因其快速简便、准确有效、成本较低等优点在越来越多的在工程问题得到使用，并逐渐成为有效的处理工程问题的手段，受到广泛认可。CFD 模拟是从微观角度，针对某一区域或房间，利用质量、能量及动量守恒等基本方程对流场模型进行求解，分析其空气流动状况。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流场分析，以及对象内庭这类高大空间的流场模拟，通过CFD提供的直观详细的信息，便于设计者对特定的房间或区域进行通风策略调整，使之更有效的实现自然通风。本项目采用 CFD 手段对建筑及周围的微环境进行模拟分析，评价室外流场分布状况。模拟计算采用的Phoenics软件可以对三维稳态或非稳态的可压缩流或不可压缩流进行模拟，包括非牛顿流、多孔介质中的流动，并且可以考虑粘度、密度、温度变化的影响。在流体模型上面，Phoenics内置了22种适合于各种Re数场合的湍流模型，包括雷诺应力模型、多流体湍流模型和通量模型及k－e模型的各种变异，共计21个湍流模型，8个多相流模型，10多个差分格式，由于较好的结构化网格的适应性，使得Phoenics能达到较佳的收敛速度和求解精度。
广泛的应用于航空航天、能源动力、船舶水利、暖通空调、建筑、石油化工、冶金及核工业领域。2.2 湍流模型CFD 方法是针对流体流动的质量守恒、动量守恒和能量守恒建立数学控制方程，其一般形式如下表2所示：该式中的φ可以是速度、湍流动能、湍流耗散率以及温度等。针对不同的方程，其具体表现形式如表1。表1 计算流体力学的控制方程名称变量连续性方程100x 速度y 速度z 速度湍流动能湍流耗散温度表1中的常数如下：， ， ， ， ， ， ， ， ， ， ， 由 计算其中 。如果 ，则 ， 其中 ， ， 2.3 几何模型本报告根据委托方提供的建筑总平面图以及其他相关资料建立本项目的室外风环境模拟模型，若由于委托方提供资料不实或方案变化而导致分析差错，我方将不承担责任。分析模型中包括本项目的建筑物及其周边建筑物，模型根据委托方提供的相关资料进行设置，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 m×1071m×75 m（长×宽×高）。划分工具采用PHOENICS软件自带网格工具进行网格划分，此过程中考虑了多种网格划分方式，如果网格划分过细，会造成计算速度降低过大，局部网格畸变严重等问题，如果网格划分过大，会造成计算精度下降，局部无法识别等问题，在综合考虑网格质量、计算速度和精度，以及充分考虑了建筑体量和建筑物所在基地大小的基础上，选择X×Y×Z=×158×26，共个网格进行计算，主要区域网格尺寸为m。
模型及网格效果分别如图2、图3所示。 图2 模拟分析模型图3 分析模型网格效果图2.4 参数设置1) 梯度风设置建筑来流方向风速为均匀分布，不同高度平面上的来流风速大小沿建筑高度方向按梯度递增。模拟分析时按大气边界层理论设置来流风速，不同地形的风速梯度不同，如图4所示。图4 不同地形大气边界层曲线图梯度风按照以下公式计算：式中：——高度为处的风速，m/s；——基准高度（取标准高度10m）处的风速，m/s，；——指数，主要与测定地点的地面粗糙度和温度垂直梯度有关，取0.20。表2 不同类型地表面下的n值与梯度风高度表地面类型适用区域指数nA近海地区，湖岸，沙漠地区0.12B田野，丘陵及中小城市，大城市郊区0.16C有密集建筑的大城市区0.20D有高层建筑的大城市区0.302) 模拟说明鉴于此项目主要分析人行高度处的风环境质量，因此，可以选取人行高度处的风速矢量图、云图、建筑整体表面压力分布图来说明其周围的风环境状况，并给予分析及评价。3) 出流边界条件建筑出流面上空气流动按湍流充分发展考虑,边界条件按自由出口设定。4) 计算曲线Phoenics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1.0E－2，但由于计算量较大，根据经验，监测点值变化不大时，就可认为计算准确，本次模拟所有工况迭代次数均在00次以上计算曲线及观测点的值如图5 所示。
图5 Phoenics数值计算曲线图2.5 模拟工况本报告根据《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736－2012及长沙市典型气象年文件确定四个季节的模拟工况长沙市春季及秋季室外平均风速及主导风向相同，故本报告仅需计算3个工况各工况的具体风向及风速设置如表3 所示。表3 模拟的工况工况相应工况需分析的内容主导风向平均风速 （m/s）工况1夏季平均风速条件下的自然通风状况NNW2.6工况2冬季平均风速条件下的防风状况NNW2.3工况3过渡季平均风速条件下的自然通风状况N2.1工况 1和3主要分析在主导风向条件下本项目室外风环境及住宅前后压差是否有利于自然通风；工况 2 主要分析在冬季主导风速的情况下本项目室外风环境及防风状况。3 模拟分析3.1 工况 1（夏季工况） 模拟夏季平均风速情况下的建筑周边流场分布状况时，设定风向为NNW，风速为2.6m/s。 1) 风速矢量图图6 人行高度处风速矢量图解析：图6为夏季人行高度处风速矢量分布图，由上图可以看出，人行高度处流场分布均匀，未形成涡流及风影区域，有利于室外散热和排除污浊空气。2) 风速云图图7 人行高度处风速云图解析：图7为夏季人行高度处风速云图，人行高度处的风速分布在0m/s~.2m/s之间，最大风速出现在，风速放大系数1.平均风速m/s，约90%的区域风速在0.5m/s以上，风速大小适宜，有利于缓解夏季参评区内的热岛强度，提高行人的舒适性。
3) 压力云图图8 人行高度处压力云图图9 迎风侧建筑表面压力分布图图10 背风侧建筑表面压力云图解析：图8为夏季人行高度处压力云图，图9和图10分别为夏季迎风侧和背风侧建筑表面压力分布图，由图可以看出，Pa和2.0Pa，初中部和高中部教学楼风压差为Pa和3.0Pa，风压差0.5Pa，可以满足室内自然通风的需求。4）夏季工况室外风环境小结本项目夏季室外人行高度处流场分布均匀，未形成涡流及风影区域；风速分布在m/s~3.2m/s之间，风速放大系数1.，平均风速m/s，约90%的区域风速在0.5m/s以上；建筑前后风压差Pa，大小适宜，可以满足室内自然通风的需求。3.2 工况 2（冬季工况）模拟冬季平均风速情况下的建筑周边流场分布状况时，设定风向为NNW，风速为2.3m/s。1) 风速矢量图图11 人行高度处风速矢量图解析：图11为冬季人行高度处风速矢量分布图，由图可以看到，人行高度处气流组织顺畅，未出现涡流及风影区域。2) 风速云图图12 人行高度处风速云图解析：图12为冬季人行高度处风速云图，风速分布在0m/s~m/s之间，最大风速出现在风速放大系数，风速放大系数1.平均风速约1.m/s，约85%的区域风速在0.5m/s以上。
故冬季室外风速大小适宜，不影响室外行人的正常活动。3）压力云图图13 人行高度处压力云图图14 迎风侧建筑表面压力分布图图15 背风侧建筑表面压力分布图解析：图13为冬季人行高度处压力云图，图14和图15分别为冬季迎风侧和背风侧建筑表面压力分布图，由图可以看出，Pa和1.8Pa，初中部和高中部教学楼风压差为Pa和2.3Pa风速放大系数，，风压差均小于5Pa，不会影响冬季室内人员的舒适性。4）冬季工况室外风环境小结本项目冬季人行高度处气流组织顺畅，未出现涡流及风影区域；风速分布在0m/s~m/s之间，风速放大系数1.，平均风速约1.m/s，约85%的区域风速在0.5m/s以上；建筑前后风压差~4.5Pa。3.3 工况 3（过渡季工况） 模拟过渡季平均风速情况下的建筑周边流场分布状况时，设定风向为N，风速为2.1m/s。1) 风速矢量图图16 人行高度处风速矢量图解析：图16为过渡季人行高度处风速矢量分布图，由上图可以看出，未出现涡流及风影区。2) 风速云图图17 人行高度处风速云图解析：图17为过渡季人行高度处风速云图，人行高度处的风速处于合理的范围之内，风速分布在0m/s~m/s之间，最大风速出现在，风速放大系数1.平均风速m/s，约75%的区域风速在0.5m/s以上。
过渡季室外风速大小适宜，有利于小区与外界的通风换气。3) 压力云图图18 人行高度处压力云图图19 迎风侧建筑表面压力分布图图20 背风侧建筑表面压力分布图解析：图18为过渡季人行高度处压力云图，图19和图20分别为过渡季迎风侧和背风侧建筑表面压力分布图，由图可以看出，Pa和0.7Pa，初中部和高中部教学楼风压差为Pa和0.8Pa，风压差均0.5Pa，可以满足室内自然通风的需求。4）过渡季工况室外风环境小结本项目过渡季人行高度处风速分布非常均匀，气流顺畅，未出现涡流及风影区。风速分布在0m/s~m/s之间，风速放大系数1.，平均风速1.m/s，约75%的区域风速在0.5m/s以上；建筑前后风压差~3.7Pa。4 结论本报告主要对长郡滨江中学室外风环境状况进行模拟，选取了个工况对建筑周边人行区域环境的舒适性、室内自然通风可行性、冬季防风进行分析，结果汇总说明如下：风速本项目室外风环境的风速及其放大系数等汇总如表4所示。表4 本项目室外风速状况工况平均风速（m/s）最大风速（m/s）放大系数达标判断夏季√冬季√过渡季√参评区各工况室外风速大小适宜，分布均匀，风速小于5m/s，风速放大系数小于2，冬季不会影响室外行人的活动，且有利夏季和过渡季室外通风散热和排除污染物。
4.2 风压本项目夏季建筑前后风压差在~5.8Pa之间，建筑前后风压差在~3.7Pa之间合适，可以很好的满足室内自然通风的需求。流场在各季节室外主导风向下，本项目室外风场气流组织顺畅，主要原因是建筑布局较为通透，对室外气流的阻碍较小达标判断综上可知，本项目室外风环境满足《湖南省绿色建筑评价标准》DBJ43/T004－2010第5.1.7条的规定。室外风环境模拟分析报告第 21 页第 21 页第 21 页第 21 页室外风环境模拟分析报告北京达实德润能源科技有限公司2014年8月23日滨江长郡中学连廊
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