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1、花花東東鎮鎮中中心心幼幼兒兒園園室室外外風風環環境境模模擬擬分分析析報報告告目目錄錄1 項目概況項目概況.32 計算依據計算依據.43 參考標準參考標準.44 計算原理計算原理.44.1 風場計算域.44.1.1 冬季工況風場計算域.44.1.2 夏季工況風場計算域.54.1.3 過渡季工況風場計算域.64.2 網格劃分.74.3 邊界條件.94.3.1 入口與出口邊界條件.94.3.2 壁面邊界條件.104.4 湍流模型.104.5 求解計算.104.6 風速放大系數計算.115 結果分析結果分析.135.1 工況表.135.2 冬季工況.135.2.1 風速達標分析.135.2.2 風速放2、大系數達標分析.145.2.3 人行區域冬季工況風速/風速放大系數達標判定.155.2.4 建筑迎風面和背風面風壓分析.155.3 夏季工況.175.3.1 無風區計算分析.185.3.2 旋渦區分析.185.3.3 人行區域旋渦區/無風區達標判定.195.3.4 外窗內外表面風壓差達標分析.195.4 過渡季工況.215.4.1 無風區計算分析.215.4.2 旋渦區分析.225.4.3 人行區域旋渦區/無風區達標判定.235.4.4 外窗內外表面風壓差達標分析.235.5 結論.245.5.1 冬季工況達標判斷.245.5.2 過渡季、夏季工況達標判斷.2531項目概況項目概況本項目位于廣3、州市花都區花東鎮金谷南路附近。項目規劃用地面積為 8759.91，總建筑面積為 6711.15，綜合容積率為 0.67，綠地率為 21.52%，施工圖設計階段認證綠色建筑評價標準GB/T50378-2019 二星級。圖 1 項目總平面圖42計算計算依據依據本項目主要參照資料為：1.綠色建筑評價標準GB/T 5037820192.建筑通風效果測試與評價標準JGJ/T 30920133.綠色建筑評價技術細則4.委托方提供的總平面圖、建筑專業設計圖紙、設計效果圖等圖紙資料3參考參考標準標準室外風環境評價依據為綠色建筑評價標準GB/T 503782019 中有關室外風環境的條目要求。具體要求如下：8.4、2.8 場地內風環境有利于室外行走、活動舒適和建筑的自然通風。評分規則如下：1冬季典型風速和風向條件下，建筑物周圍人行區距地高 1.5m 處風速低于 5m/s，戶外休息區、兒童娛樂區風速小于 2m/s,且室外風速放大系數小于 2，得 3 分；除迎風第一排建筑外，建筑迎風面與背風面表面風壓差不超過 5Pa，得 2 分。2過渡季、夏季典型風速和風向條件下，場地內人活動區不出現渦旋或無風區，得 3 分；50%以上可開啟外窗室內外表面的風壓差大于 0.5Pa，得 2 分。4計算原理計算原理4.14.1風場計算域風場計算域進行室外風場計算前，需要確定參與計算風場的大小，在流體力學中稱為計算域，通常為一個5、包圍建筑群的長方體或正方體，本項目的風場計算域信息如下：4.1.14.1.1冬季工況風場計算域冬季工況風場計算域表 4.1-1 冬季工況風場計算域信息順風方向尺寸（m）337寬度方向尺寸（m）273高度方向尺寸（m）1175圖 4.1-1冬季工況風場計算域圖示4.1.24.1.2夏季工況風場計算域夏季工況風場計算域表 4.1-2 夏季工況風場計算域信息順風方向尺寸（m）339寬度方向尺寸（m）282高度方向尺寸（m）1176圖 4.1-2夏季工況風場計算域圖示4.1.34.1.3過渡季工況風場計算域過渡季工況風場計算域表 4.1-3 過渡季工況風場計算域信息順風方向尺寸（m）339寬度方向尺寸6、（m）282高度方向尺寸（m）1177圖 4.1-3過渡季工況風場計算域圖示注：不同季節因風向不同，為了最大限度反映項目周圍區域風場特征，根據不同風向劃定不同的計算域。4.24.2網格劃分網格劃分網格劃分決定著計算的精確程度并影響計算速度，網格太密會導致計算速度下降并浪費計算資源；網格太疏導致計算精度不足結果不夠準確，合理的網格方案需要考慮對計算域中不同的部分采用不同的網格方案。建筑周圍，遠離建筑的區域，建筑物輪廓有明顯的局部特征（如尖角，凹槽，凸起等細微的外裝飾），貼近地面的區域，都需要采用不同的網格方案。下面為本項目所采用的加密方案：1）普通網格：指除靠近地面和建筑以外的網格，通常不需要特7、別加密處理分弧精度：對于有圓弧特征的建筑局部，把圓弧分解為線段時，弦到弧的最大距離；初始網格大?。撼跏蓟瘯r候正交網格的大小，單位米(m)；最小細分級數：初始網格至少細分的級數；最大細分級數：初始網格最多細分的級數；2）地面網格靠近建筑物的區域稱為近場，遠離建筑物的區域稱為遠場。近場的地面網格需要加密，對應地面細分級數較大；而遠場地面對應網格較疏，地面細分級數較小。83）附面層附面層網格貼近地面/建筑壁面的空氣流動，因為空氣自身粘性而受到地面/建筑表面阻滯作用，緊貼地面/建筑壁面的空氣流動速度幾乎為 0，且速度隨著與地面/建筑壁面距離的增加而增加，使得靠近地面的一定厚度空氣層的流速呈現梯度分布，8、最終達到主流速度，而這層空氣層通常稱為流動邊界層或者附面層。在做計算流體力學分析時，為了獲取邊界層/附面層內的空氣流動特征，提升分析精度，宜對其中的網格進行分層加密，形成附面層網格附面層網格。地面附面層數：地面附面層網格的層數；建筑附面層數：建筑表面附面層網格的層數；以下為本項目的網格劃分信息，上述網格方案對網格的控制分別體現在相應的網格參數中：表 4.2-1 冬季網格劃分信息網格總數（個）網格類型網格尺寸198592普通網格分弧精度(m)0.24初始網格(m)8.0最小細分級數1最大細分級數2地面網格遠場細分級數1近場細分級數2附面層地面附面層數2建筑附面層數0表 4.2-2 夏季網格劃分信9、息網格總數（個）網格類型網格尺寸202841普通網格分弧精度(m)0.24初始網格(m)8.0最小細分級數1最大細分級數2地面網格遠場細分級數1近場細分級數2附面層地面附面層數2建筑附面層數0表 4.2-3 過渡季網格劃分信息網格總數（個）網格類型網格尺寸202841普通網格分弧精度(m)0.24初始網格(m)8.0最小細分級數1最大細分級數2地面網格遠場細分級數1近場細分級數2附面層地面附面層數29建筑附面層數0注：前述計算域隨風向不同，所以相同的網格方案會產生不同的網格數量。4.34.3邊界條件邊界條件圖 4.3-1 風場邊界類型示意圖上圖展示了計算域中風場邊界的類型，本小節將給出不同邊界10、的邊界條件。4.3.14.3.1入口與出口邊界條件入口與出口邊界條件1）入口風速梯度本項目中，入口邊界條件主要包括不同工況下的風速和風向數據，其中入口風速采用下列梯度風：RzzR（4.3-1）式中：v,z任何一點的平均風速和高度；R、Rz標準高度處的平均風速和標準高度值，建筑結構荷載規范GB50009-2012 規定自然風場的標準高度取 10m，此平均風速對應入口風設置的數值；a地面粗糙度指數，本項目為 0.22；表 4.3-1 地面粗糙度指數參考值參考標準參考標準地貌類別地貌類別地面粗糙度指數地面粗糙度指數綠色建筑評價技術細則空曠平坦地面0.1410城市郊區0.22大城市中心0.28注：上述11、地面粗糙度指數參考綠色建筑評價技術細則關于 4.2.6 節條文說明，也可酌情參考建筑通風效果測試與評價標準JGJT3099-2013 中 5.2.1 節2）出口邊界條件本項目采用自由出流作為出口邊界條件。4.3.24.3.2壁面邊界條件壁面邊界條件風場的兩個側側面邊界和頂頂邊界設定為滑移壁面，即假定空氣流動不受壁面摩擦力影響，模擬真實的室外風流動。風場的地面邊界設定為無滑移壁面，空氣流動要受到地面摩擦力的影響。4.44.4湍流模型湍流模型湍流模型反映了流體流動的狀態，在流體力學數值模擬中，不同的流體流動應該選擇合適的湍流模型才會最大限度模擬出真實的流場數值。本項目依據綠色建筑評價技術細則推薦的12、標準 k-湍流模型進行室外流場計算。下表為幾種工程流體中常見的湍流模型適用性：表 4.4-1 常用湍流模型適用范圍常用湍流模型常用湍流模型特點和適用工況特點和適用工況standardstandard k-k-模型模型簡單的工業流場和熱交換模擬，無較大壓力梯度、分離、強曲率流，適用于初始的參數研究，一般的建筑通風均適用。RNGRNG k-k-模型模型適合包括快速應變的復雜剪切流、中等旋渦流動、局部轉捩流如邊界層分離、鈍體尾跡渦、大角度失速、房間通風、室外空氣流動。realizablerealizable k-k-模型模型旋轉流動、強逆壓梯度的邊界層流動、流動分離和二次流，類似于 RNG。4.5413、.5求解計算求解計算1.數學模型數學模型本項目采用 CFD（計算流體力學）方法對風場進行求解，即在所分析的計算域內建立流體流動的質量守恒、動量守恒和能量守恒建立數學控制方程，其一般形式如下所示：該式中的可以是速度、湍流動能、湍流耗散率以及溫度等物理量，參照下表表 4.5-1 計算流體力學的控制方程11名稱名稱變量變量S連 續 性方程100 x 速度uteffxwzxvyxuxxPeffeffeffy 速度vteffywzyvyyuxyPeffeffeffz 速度wteffgzwzzvyzuxzPeffeffeff湍流動能keffkBkGG湍流耗散effRkCGCGkCBk2231溫度TTtPr14、TS上表中的常數如下：2SGtk，ijijSSS2，jiijijxuxuS21，yTgGTtTB，2kCt，0845.0C，42.11C，68.12C，223tanhwuvC，85.0T，7.0C，k由eff3679.006321.003929.23929.23929.13929.1計算其中0.10。如果eff，則393.1kkCR23031/1，其中/Sk，38.40，012.02.算法說明算法說明本項目采用 SIMPLE 算法求解上述方程組。4.64.6風速放大系數計算風速放大系數計算風速放大系數反映了高層建筑對風速的放大作用，通常指建筑物周圍離地面高 1.5m 處最大風速與開闊區域同高度15、風速之比?？刹捎孟率狡骄L速隨高度變化的指數函數進行風速放大系數的計算：12=1.51.51.5=101.510（4.6-1）（4.6-2）其中：風速放大系數；B5.1建筑物周圍距離地面高 1.5 米處最大風速，該風速通過前述風速計算獲取，對應 1.5 高度處風速云圖中的數據。f5.1遠離建筑的開闊區域，距離地面 1.5 米高度處風速。10f遠離建筑的開闊區域，距離地面 10 米高度處風速，此處取室外風場入口邊界風速。a地面粗糙度指數，本項目為 0.22；135結果結果分析分析5.15.1工況工況表表本結果基于以下幾個工況進行計算：序號季節風速(m/s)風向風向（）1冬季2.70NNE67.516、2夏季2.30SSE292.53過渡季2.30SSE292.5說明：風向逆時針為正，正東為 0，正北為 90，正西為 180，正南為 270。風向字母意義如下圖所示：圖 5.1-1 風向示意圖5.25.2冬季工況冬季工況本項目冬季工況的入口邊界風速為 2.70m/s，風向為 NNE。5.2.15.2.1風速達標分析風速達標分析下圖為整個計算域內風速分布云圖，參考圖中速度分布可以對項目中建筑布局進行優化。計算域內建筑周圍如果有風速超限區域，圖中會用速度上限值為 5m/s 的黑色等值線標示。分析下圖數據，建筑周圍沒有風速超限區域，可以采用該建筑布局。14圖 5.2-1 計算域內-1.5 米高度水平17、面風速云圖-冬季5.2.25.2.2風速放大系數達標分析風速放大系數達標分析下圖為整個計算域內風速放大系數分布云圖，參考該圖中速度分布以及前述風速分布可以對項目中整體建筑布局進行優化。同樣，計算域內建筑周圍如果有風速放大系數超限區域，圖中會用上限值為 2 的黑色等值線標示。分析下圖數據，建筑周圍沒有風速放大系數超限區域，可以采用該建筑布局。圖 5.2-21.5 米高處風速放大系數云圖15注：1）戶外活動主要場地包括人行道、廣場、游憩場、停車場以及庭院，本項目中均定義為人行區。2）人行區和計算域內風速分布云圖中圖例上限均為計算域內實際風速最大值，圖例上限也可按需求在軟件中調整。3）通常將 1.518、 米作為一般人群的參考行走高度，也可酌情調整人行走高度。5.2.35.2.3人行區域人行區域冬季工況風速冬季工況風速/風速放大系數達標判定風速放大系數達標判定綜合上述冬季工況風場中風速和風速放大系數的計算分析，將分析結果匯總如下表：表 5.2-1 冬季工況風速/風速放大系數達標分析匯總評價量評價量標準要求限值標準要求限值是否有超限區域是否有超限區域達標判斷達標判斷風速5m/s 或 2m/s否是風速放大系數2否是5.2.45.2.4建筑迎風面和背風面風壓分析建筑迎風面和背風面風壓分析標準中規定“冬季工況下除迎風第一排建筑外，建筑迎風面與背風面表面風壓差不超過 5Pa”，避免由于建筑迎風面與背風面19、表面風壓差過大，導致冷風通過門窗縫隙滲透過多，從而增加室內熱負荷而不節能，因此建筑迎風面與背風面表面風壓差的控制需要體現在對應的門窗表面風壓上。5.2.4.1建筑迎風面和背風面風壓差計算方法建筑迎風面和背風面風壓差計算方法本項目采用面積加權法對建筑迎風面和背風面對應門窗的風壓值進行計算，最后獲得迎背風面門窗的風壓差值。下面將以一個示意建筑為例說明具體計算過程。圖 5.2-3示意建筑平面圖以上圖建筑第二層為例，迎風面窗戶 C1，C2，C3 的平均風壓值，通過每個窗戶的平均風壓和其窗戶面積進行加權平均計算，如下式：Up=C1 C1+2 C2+3 C3C1+C2+C3（5.2-1）16式中：C1、C20、2和 C3分別為窗戶 C1，C2，C3 的平均風壓值，而C1、C2和 C3為各個窗戶的面積，up為迎風面窗戶平均風壓。背風面窗戶平均風壓與迎風面窗戶平均風壓計算公式相同，在此不再贅述。上述以一個示意建筑為例說明了本項目目標建筑迎風面與背風面風壓差的計算過程，下面將給出本項目各個目標建筑的迎背風面風壓差計算結果。5.2.4.2建筑迎風面和背風面風壓云圖建筑迎風面和背風面風壓云圖圖 5.2-4 建筑迎風面風壓云圖17圖 5.2-5 建筑背風面風壓云圖5.2.4.3建筑迎風和背風面風壓差結論匯總建筑迎風和背風面風壓差結論匯總表 5.2-2建筑迎風和背風面風壓差結論匯總表建筑編號迎風面平均風壓(Pa)21、背風面平均風壓(Pa)建筑迎風和背風面風壓差(Pa)是否達標警衛室-1.84-1.36-0.48是配電房-0.31-1.180.86是幼兒園-0.28-1.461.18是結論：本項目中所有參評建筑滿足滿足“除迎風第一排建筑外，建筑迎風面與背風面表面風壓差不超過5Pa”的要求。5.35.3夏季工況夏季工況本項目夏季工況的入口邊界風速為 2.30m/s，風向為 SSE。根據前述綠色建筑評價標準 對于夏季工況的要求，夏季典型風速和風向條件下，場地內人活動區不出現渦旋或無風區。通過該項標準指導設計確保合理的建筑布局，在夏季形成有效的巷道風，優化街區自然通風環境，避免夏季人行區有明顯的氣流旋渦和無風區，22、從而造成悶熱不適感。因此本項目需要分析建筑周圍人行區的風速和風速放大系數分布，并作出判斷。無風區的定義無風區的定義 通常當人行區域風速0.2m/s 時，該區域風向標處于靜止狀態，在此區域活動的人會有明顯的無風感，則該區域為無風區。注：無風區的定義參考建筑設計資料集第一分冊，第二版。185.3.15.3.1無風區計算分析無風區計算分析下圖為整個計算域內風速分布云圖，參考圖中速度分布可以對項目中建筑布局進行優化。分析下圖，黑色等值線標示出了人行區內風速小于 0.2m/s 的超限區域，因此未滿足綠標要求，需調整建筑布局優化區域內風速分布。圖 5.3-1 計算域內-1.5 米高度水平面風速云圖-夏季523、.3.25.3.2旋渦區分析旋渦區分析下圖為計算域內的風速矢量圖，分析下圖可知，計算域內沒有明顯的旋渦產生，本項目建筑布局基本合理。19圖 5.3-2 計算域內-1.5 米高度水平面風速矢量圖5.3.35.3.3人行區域旋渦區人行區域旋渦區/無風區達標判定無風區達標判定表 5.3-1 夏季無風區/旋渦區達標分析匯總評價量評價量標準要求標準要求是否有無風區是否有無風區/旋渦區旋渦區達標判斷達標判斷無風區無風區面積為 0是否旋渦區旋渦區面積為 0否是5.3.45.3.4外窗內外表面風壓差達標分析外窗內外表面風壓差達標分析分析綠色建筑評價標準，夏季為充分利用自然通風獲得良好的室內風環境，要求 50%24、以上可開啟外窗室內外表面的風壓差大于 0.5Pa?？梢娫谙募?，為了獲得良好的室內風環境，首先要有良好的室外風環境。當外窗關閉時，外窗外窗內表面風壓內表面風壓近似為 0，因此標準要求外窗室內外表面的風壓差內外表面的風壓差大于 0.5Pa，即為關窗狀態下外窗外表外表面面的風壓絕對值風壓絕對值需大于 0.5Pa。只有外窗外表面外窗外表面的風壓絕對值足夠大時，才可以確保良好的開窗通風開窗通風效果，形成較好的室內風環境。下圖為夏季工況下，建筑迎風面和背風面對應外窗表面的風壓分布圖，結合圖例數值可以清晰看到外窗表面風壓小于 0.5Pa 的外窗區域。20圖 5.3-3 建筑迎風面外窗表面風壓云圖-夏季圖 525、.3-4 建筑背風面外窗表面風壓云圖-夏季對于無外窗數據的建筑，下表依據建筑外表面平均風壓數據，相當于建筑室內外表面風壓差數據，并依據標準做出達標判斷：表 5.3-2建筑室內外風壓差達標判定表21建筑編號建筑表面積（）室內外風壓差大于 0.5Pa的建筑表面積（）達標比例（%）是否達標警衛室68.6468.64100.00是配電房312.8468.5921.93否幼兒園7967.485498.3869.01是說明：達標比例（室內外風壓差大于 0.5Pa 的建筑表面積/建筑表面積）*100結論：本項目中配電房建筑未滿足“50%以上可開啟外窗室內外表面的風壓差大于 0.5Pa”的要求，該條不得分。526、.45.4過渡季工況過渡季工況本項目過渡季工況的入口邊界風速為 2.30m/s，風向為 SSE。根據前述綠色建筑評價標準 對于夏季工況的要求，過渡季典型風速和風向條件下，場地內人活動區不出現渦旋或無風區。通過該項標準指導設計確保合理的建筑布局，在過渡季形成有效的巷道風，優化街區自然通風環境，避免過渡季人行區有明顯的氣流旋渦和無風區，從而造成悶熱不適感。因此本項目需要分析建筑周圍人行區的風速和風速放大系數分布，并作出判斷。無風區的定義無風區的定義 通常當人行區域風速0.2m/s 時，該區域風向標處于靜止狀態，在此區域活動的人會有明顯的無風感，則該區域為無風區。注：無風區的定義參考建筑設計資料集第27、一分冊，第二版。5.4.15.4.1無風區計算分析無風區計算分析下圖為整個計算域內風速分布云圖，參考圖中速度分布可以對項目中建筑布局進行優化。分析下圖，黑色等值線標示出了人行區內風速小于 0.2m/s 的超限區域，因此未滿足綠標要求，需調整建筑布局優化區域內風速分布。22圖 5.4-1 計算域內-1.5 米高度水平面風速云圖-過渡季5.4.25.4.2旋渦區分析旋渦區分析下圖為計算域內的風速矢量圖，分析下圖可知，計算域內沒有明顯的旋渦產生，本項目建筑布局基本合理。圖 5.4-2 計算域內-1.5 米高度水平面風速矢量圖235.4.35.4.3人行區域旋渦區人行區域旋渦區/無風區達標判定無風區達28、標判定表 5.4-1 過渡季無風區/旋渦區達標分析匯總評價量評價量標準要求標準要求是否有無風區是否有無風區/旋渦區旋渦區達標判斷達標判斷無風區無風區面積為 0是否旋渦區旋渦區面積為 0否是5.4.45.4.4外窗內外表面風壓差達標分析外窗內外表面風壓差達標分析分析綠色建筑評價標準，過渡季為充分利用自然通風獲得良好的室內風環境，要求 50%以上可開啟外窗室內外表面的風壓差大于 0.5Pa?？梢娫谙募?，為了獲得良好的室內風環境，首先要有良好的室外風環境。當外窗關閉時，外窗外窗內表面風壓內表面風壓近似為 0，因此標準要求外窗室內外表面的風壓差內外表面的風壓差大于 0.5Pa，即為關窗狀態下外窗外表外29、表面面的風壓絕對值風壓絕對值需大于 0.5Pa。只有外窗外表面外窗外表面的風壓絕對值足夠大時，才可以確保良好的開窗通風開窗通風效果，形成較好的室內風環境。下圖為夏季工況下，建筑迎風面和背風面對應外窗表面的風壓分布圖，結合圖例數值可以清晰看到外窗表面風壓小于 0.5Pa 的外窗區域。圖 5.4-3 建筑迎風面外窗表面風壓云圖-過渡季24圖 5.4-4 建筑背風面外窗表面風壓云圖-過渡季對于無外窗數據的建筑，下表依據建筑外表面平均風壓數據，相當于建筑室內外表面風壓差數據，并依據標準做出達標判斷：表 5.4-2建筑室內外風壓差達標判定表建筑編號建筑表面積（）室內外風壓差大于 0.5Pa的建筑表面積（30、）達標比例（%）是否達標警衛室68.6468.64100.00是配電房312.8468.5921.93否幼兒園7967.485498.3869.01是說明：達標比例（室內外風壓差大于 0.5Pa 的建筑表面積/建筑表面積）*100結論：本項目中配電房建筑未滿足“50%以上可開啟外窗室內外表面的風壓差大于 0.5Pa”的要求，該條不得分。5.55.5結論結論5.5.15.5.1冬季工況達標判斷冬季工況達標判斷表 5.5-1 冬季工況達標判斷表評價項目標準要求項目計算結果達標判定得分風速建筑物周圍人行區距地高 1.5m 處風人行區沒有出現風速大于 5m/s 的區達標達標3 分25速小于 5m/s,31、戶外休息區、兒童娛樂區風速小于 2m/s,且室外風速放大系數小于 2,得 3 分；域，戶外休息區、兒童娛樂區沒有出現風速大于 2m/s 的區域風速放大系數人行區沒有出現風速放大系數大于等于 2 的區域建筑迎風面/背風面風壓值除迎風第一排建筑外，建筑迎風面與背風面表面風壓差不超過 5Pa，得 2 分本項目沒有出現建筑迎風面與背風面表面風壓差大于5Pa 的建筑達標達標2 分5.5.25.5.2過渡季、夏季工況達標判斷過渡季、夏季工況達標判斷表 5.5-2過渡季、夏季工況達標判斷表評價項目標準要求項目計算結果達標判定得分無風區場地內人活動區不不出現渦旋或無風出現渦旋或無風區區，得 3 分人行區有無風區不達標不達標0 分旋渦區人行區無旋渦區外窗室內外表面的風壓差50%以上以上可開啟外窗室內外表面的風壓差大于大于 0.5Pa，得2 分?？砷_啟外窗室內外可開啟外窗室內外表面的風壓差表面的風壓差不滿足標準要求不達標不達標0 分綜合上述達標判斷詳表的信息，可知本項目得分為 5 分。