恩施某公共建筑风环境的数值模拟分析_丁思

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1、第九届国际绿色建筑与建筑节能大会论文集恩施某公共建筑风环境的数值模拟分析丁思唐小虎张东（湖北省建筑科学研究设计院湖北武汉430000）摘要：随着绿色建筑在我国的不断推广，风场作为在建筑室外设计中的重要因素和客观存在，将成为城市建筑指导设计中日益重要的设计项目。城市规划中，建筑环境质量是在设计中考虑的很重要的方面，建筑流场则是影响建筑环境质量的主要特征参数，与设计中建筑的形状、布局、风向等因素有关。以恩施某公共建筑为例，运用Phoenics软件进行风环境的数值模拟，研究得出不同方案的设计风环境状况，从构建良好风环境的角度为

2、绿色公共建筑规划设计提供了一定的参考依据。关键词：风环境；CFD；数值分析0引言近年来,高层建筑的出现使得再生风或二次风环境问题凸现出来。在鳞次栉比的建筑群中，由于建筑单体设计和群体布局不当，有可能导致局部风速过大，行人举步维艰或强风卷刮物体伤人等事故,或者因为建筑的设计方位问题造成自然通风能力受到影响。因此，针对室外风环境，国内外建立了相关的标准。我国住建部于2006年出台了《绿色建筑评价标准》（GB/T50378-2006），要求室外风环境有利于冬季室外行走舒适及过渡季、夏季的自然通风。因此，从建筑规划设计阶段开始，

3、需对整个建筑群进行风环境模拟分析，优化室外风环境，提高室外环境舒适度。本文以恩施市某公共建筑为例，探讨公共建筑风环境的数值模拟方法和优化措施。1建筑构建及环境情况本项目位于恩施市金龙大道东侧临山地段，地块大致矩形。项目地块三面临路，一侧靠山，且正处于城市的中心地带。建筑群由多个建筑单体组成，具体布局方案见图1和图2。方案一中建筑群由6个不规则形建筑单体组成，建筑层数最高为16层，建筑高度为56米。方案二中，建筑群由4个建筑单体组成,建筑最高为10层，建筑高度为35米。根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》：该项目所处地

4、区夏季的平均风速为1.18m/s，风向为SSE，冬季最不利风速为1.13m/s，风向为SW。1绿色建筑设计理论、技术和实践公建项目图1方案一图2方案二2数值模拟方法2.1几何模型分析模型包括该项目全部建筑物和其周边50m范围内的建筑物，项目周边建筑物高度根据总图进行设置。模型外场选择主要以不影响建筑群边界气流流动为准，其外场尺寸按照本建筑群的最长最宽处5倍选取，设置外场计算尺寸为1000m×1000m×200m（长×宽×高）。2.2数值模型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

5、如下：∂()ρφ()()+divρUφ=divΓgradφ+Sφ∂t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所示。表1计算流体力学的控制方程名称变量ΓφSφ连续性100方程2第九届国际绿色建筑与建筑节能大会论文集名称变量ΓφSφμ=μ+μefft∂P∂⎛∂u⎞∂⎛∂v⎞∂⎛∂w⎞x速度u−+⎜μeff⎟+⎜μeff⎟+⎜μeff⎟∂x∂x⎝∂x⎠∂y⎝∂x⎠∂z⎝∂x⎠μeff=μ+μt∂P∂⎛∂u⎞∂⎛∂v⎞∂⎛∂w⎞y速度v−+⎜⎜μeff⎟⎟+⎜⎜μeff⎟⎟+⎜⎜

6、μeff⎟⎟∂y∂x⎝∂y⎠∂y⎝∂y⎠∂z⎝∂y⎠∂P∂⎛∂u⎞∂⎛∂v⎞−+⎜μ⎟+⎜μ⎟⎜eff⎟⎜eff⎟∂z∂x⎝∂z⎠∂y⎝∂z⎠z速度wμeff=μ+μt∂⎛∂w⎞+⎜μ⎟−ρg⎜eff⎟∂z⎝∂z⎠湍流动kαkμeffGk+GB−ρε能湍流耗2εαμε()εεeffC1εGk+C3εGB−C2ερ−Rε散kkμμt温度T+STPrσT式中：1⎛⎜∂uj∂ui⎞⎟μt∂Tk22Sij=⎜+⎟GB=βTgμ=ρCG=μSS=2SijSij2⎝∂xi∂xj⎠σ∂ytμkt，，，T，ε，vC=tanh3εC=0.

7、0845C=1.42C=1.68u2+w2σ=0.85σ=0.7μ，1ε，2ε，，T，C，0.63210.3679α−1.3929α+2.3929μ=αk=αε由α0−1.3929α0+2.3929μeff计算其中α0=1.0。如果μ<<μeff，则αk=αε≈1.393Cρη3()1−η/ηε2μ0R=×ε3()1+βηk，其中η=Sk/ε，η0=4.38，β=0.012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。按大气边界层理论设置风速，不同地形的风速梯度不同,不同高度的风速不3

8、绿色建筑设计理论、技术和实践同，高度与风速的计算公式如下：hnV=V()h0h0式中：Vh—高度为h处的风速，m/s；V0—基准高度h0处的风速，m/s，一般取10m处的风速；n—指数。市区n值取0.2～0.5；空旷或临海地区n值取0.12左右。该项目处于恩施市中心区，但是因为该建筑临山，模拟计算时n值设置为0.22