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1、室外风环境模拟计算报告H13地块新建学校项目计算软件：风环境模拟分析软件PKPM-CFD室外风环境模拟分析报告项目名称：H13地块新建学校项目项目地址：建设单位：设计单位：参与单位：规范标准参考依据：1、绿色建筑评价标准GB/T50378-20192、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（m）建筑物高度（m）1#目标建筑0.0017.302#目标建筑0.0021.303#目标建筑0.0021.304#目标建筑0.0021.305#目标建筑0.0021
2、.306#目标建筑0.0020.007#目标建筑0.0020.408#目标建筑0.0032.409#目标建筑0.0021.6010#目标建筑0.0021.60二.指标要求针对室外风环境评价依据为绿色建筑评价标准GB/T50378-2019中有关室外风环境的条目要求。2.1评价的规范要求绿色建筑评价标准GB/T50378-2019中有关室外风环境的具体要求如下：8.2.8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l5m处风速小于5ms,户外休息区、儿童娱
3、乐区风速小于2ms,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0.5Paf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
4、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IOH;2）湍流计算模型应采用标准k-E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
5、.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K-E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，-E模型方程可以写成如下通用形式：(p),、，、Fdtv(pu)=d
6、rv(grad)+S该式中的可以是速度、湍流动能、湍流耗散率以及温度等。其具体表现形式如下表：名称变量r.S,连续性方程1OOX速度U%-AAP(av(w一石+或出志尸虱民)+豆七Jy速度VPs(ul(av1afw一由景心韵景柔固谈IZ速度Wtg=iP(v(w一至十抵。匹|+不一匹匹!-序湍流动能kG斤+Gr-0湍流耗散Qm(G+qGs)-Gz夕W-MKK温度T+APrST =,由-1.3929-1.39290 6321a+2,3929+2392903679=*计算CuPrfQ-m Th)其中=LO。如果tff,贝Iak=ae1.393(1 + A刊X,其中=Sk!,=4.38,/3=0.01
7、2k3.1.2 风速放大系数计算公式风速放大系数=V2/V1Vl=VO(1.5/10)lzn式中：VO:10米高度开阔地的风速，即工况风速；VI: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有密集建筑的大城市市区绿色建筑评价标准GB/T50378-2019fln=0.223.2 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绿色建筑评价标准GB/T50378-2019的要求。绿色建筑风环境模拟分析软件PKPM-CFD由北京构力科
8、技有限公司(PKPM)自主研发，软件的操作环境为WindoWSXPWinlO系统，并可在AUtOCAD平台及PKPM-BIM平台上运行。该软件配套绿色建筑评价标准GB/T50378-2019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(ms)值来源冬季工况冬季NNE北东北1.6暖通规范夏季工况夏季ENE东东北1.1暖通规范过渡季工况过渡季ENE东东北1.1
9、暖通规范3.3.2 计算分析配置表判断参数冬季夏季、过渡季达标面积比限值人行区最大风速（ms）5无要求295%(*)人行区风速放大系数2无要求一户外休息区、儿童活动区最大风速（ms）0.1(*)295%(*)涡旋无要求不产生涡旋95%(*)窗口内外表面压差无要求0.550%建筑迎背风面平均风压压差的最大值（Pa）W5无要求一注：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风面风压差判断的建筑物名称未参与建筑迎背风面风压差判断的建筑物名称1#、2#、3#、4#、5#
10、、6#、7#、8#、9#、10#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、北东北向、平均风速1.60ms.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建议的最小计算域范围实际计算域范围长X(m)586.61741.41741.4宽Y(m)440.92258.52258.5高Z（三）(m)32.4618.8618.8网格划分设置网格设置项绿建标准要求本项目设置总网格个数（万）无要求114最小网格尺寸（mxmxm）无要求1.0mX1.0m1.0m最大网格尺寸(mxmxm)无要求8.0m8.0m8.0m4.1.2 冬季工况的迭代计算的收敛状
11、态分析冬季工况共计算376步，计算后k、w、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冬季工况计算区域风速统计表风速范围（ms）该风速范S内的人行区域面积（m*）占总面积百分比0-177117.4793.9%1-1.64980.996.1%（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（ms）该风速范围内的人行区域面积（Itf）人行活动区域总面积（m,）占总面积百分比0582098.582098.5100%25082098.50%判断人行区最大风速为1.6ms,风速V5m
12、s的面积上“建筑周围人行区风速V5ms匕例为100%,故达到了的要求注：根据用户自定义，建筑周围人行区风速5ms的面积比例t95%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（ms）该风速范围内的户外休息区、儿童娱乐区面积（m*）户外休息区、儿童娱乐区总面积（起）占总面积百分比0200022000判断无户外休息区、儿童娱乐区注：根据用户自定义，户外休息区和儿童娱乐区区域风速2ms的面积比例95%即判定为达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米高处工况风速VO(ms)
13、1.5米高处开阔地的风速Vl(ms)1.5米高处人行区的最大风速V2(ns)风速放大系数风速放大系数限值冬季1.61.11.61.52判断人行区风大口放大系数为L5,达到了“室外风速放大系数V2”的要求注：Vl=1.6*0.150.22=1.1人行区风速放大系数=v2vl=1.6/1.1=1.54.1.5 冬季工况的建筑风压计算结果I-N8UOgrmw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均风压(Pa)建筑背风面平均风压(Pa)建筑迎背风面的平均风压压差(Pa)冬季1#-0.4-0.402#-0.3-0.1().23#-0
14、.3-0.2().14#-0.7-0.20.55#-0.6-0.10.56#-0.60.51.17#-0.70.20.98#-10.21.29#-0.50.20.710#-0.50.40.9判断建筑迎背风面平均风压压差的最大值为l2Pa,所有参与:压差W5Pa的要求划断的建筑均满足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速(ms)1.65户外休息区、儿童活动区最大风速(ms)02人行区风速放大系数1.50.12539.5753897.774.71%不属于无风判断人行区未产生无风的面积比为4.71%,达到“场地内人活动区7的要求F出现无风区”注：根据用户自定义，场地内
15、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囱7夏季工况L5m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行区域面积（Irf）人行活动区域总面积（皿）占总面积百分比夏季无涡旋82098.582098.5100%有涡旋082098.50%判断人行区未产生涡旋的面积比为100%,达到了“场地内人活动区不出现涡旋”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urw(F) 2A36RSR482808Oe-4W1WUdflO图8夏季工况窗口内外表面风压压差示意图夏季
16、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分的总面积（Irf）外窗内外表面风压压差05Pa的面积（Itf）占可开启总面积的比例夏季1#16()9.729(X).2556%2#2071.791285.2362%3#1591.22896.1556%4祥1834.941272.9469%5#1897.041241.565%6#2037.091289.2163%7#1966.671076.3855%8#1053.28667.8263%()#2169.571228.357%1():2058.551320.5164%汇总18289.8711178.2961%判断达到“50%可开启外窗室内
17、外表面的风压差0.5Pa,t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面积比95.29%95%未出现涡旋的面积比100%95%窗口1*外表面压差达标的面积比1%50%判断无风区判断人行区未产生无风的面积比为4.71%,达到“场地内人活动区不出现无风区”的要求涡旋判断人行区未产生涡旋的面积比为100%,达到了“场地内人活动区不出现涡旋”的要求窗口风压压差判断达到“50%可开启外窗室内外表面的风压差0.5Pa”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、东东北向、平均风速1.10ms.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
18、实际模型范围建议的最小计算域范围实际计算域范围长X(m)586.62006.02006.0宽Y(m)440.92610.52610.5高Z（三）(m)32.4618.8618.8网格划分设置网格设置项绿建标准要求本项目设置总网格个数（万）无要求116最小网格尺寸（mxmxm）无要求LOmX1.0mX1.Om最大网格尺寸（mxmxm）无要求8.0m8.0mX8.0m4.3.2 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296步，计算后k、&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
19、节风速范围（ms）该风速范围内的人行区域面积（Itf）人行活动区域总面积（m,）占总面积百分比备注过渡季0-0.151358.253897.7795.29%属于无风0.12539.5753897.774.71%不属于无风判断人行区未产生无风的面积比为4.71%,达到“场地内人活动区7的要求E出现无风区”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旋判断表工况季节有无涡旋该范围内的人行区域面积（mt）人行活动区域总面积（m*）占总面积百分比过渡季无涡旋82098.5820
20、98.5100%有涡旋082098.50%判断人行区未产生涡旋的面积比为100%,达到了“场地内人活动区不出现涡旋”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。4.3.5 过渡季工况的窗口风压压差计算结果图11过渡季工况窗口内外表面风压压差示意图过渡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分的总面积（m*）外窗内外表面风压压差0.5Pa的面积（Itf）占可开启总面积的比例过渡季1#1609.72900.2556%2#2071.791285.2362%3#1591.22896.1556%4#1834.941272.9469%5#1897.0
21、41241.565%6#2037.091289.2163%7#1966.671076.3855%8#1053.28667.8263%9#2169.571228.357%10#2058.551320.5164%汇总18289.8711178.2961%判断达到“50%可开启外窗室内外表面的风压差（）.5Pa”的要求4.3.6 过渡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面积比95.29%295%未出现涡旋的面积比100%95%窗口内外表面压差达标的面积比1%50%判断无风区判断人行区未产生无风的面积比为4.71%,达到“场地内人活动区不出现无风区”的要求涡旋判断人行区未产生涡旋的面
22、积比为100%，达到了“场地内人活动区不出现涡旋”的要求窗口风压压差判断达到“50%可开启外窗室内外表面的风压差:0.5Pa”的要求五.结论工况名季节人行区风速人行区风速放大系数户外休息区、儿童娱乐区风速无风区涡旋窗口风压压差建筑风压冬季工况冬季达标达标达标-达标夏季工况夏季-达标达标达标过渡季工况过渡季达标达标达标冬季冬季工况达到了“建筑物周围人行区距地高l5m处风速小于5ms,户夕咻息区、儿童娱乐区风速小于2ms,且室外风速放大系数小于2的要求。冬季工况达到了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的要求。夏季、过渡季夏季工况达到场地内人活动区不出现涡旋或无风区”的要求；过渡季工况达到“场地内人活动区不出现涡旋或无风区”的要求。夏季工况达到“50%以上可开启外窗室内外表面的风压差大于0.5Pa的要求;过渡季工况达到“50%以上可开启外窗室内外表面的风压差大于0.5Pa的要求。
