基于CFD技术的传统天井式民居风环境分析--以赣北地区传统民居为例.pdf

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1、基于CFD技术的传统天井式民居风环境分析——以赣北地区传统民居为例■张嘉新李韵琴许世文[摘要]江西天井式传统民居大部分都存在通风不畅、风筑气候区划里属于第Ⅲ区，夏季炎热，冬季湿冷。速分布不均匀等特点。本文在对赣北地区天井式传统民居③风环境条件设定调研并测绘的基础上，通过cfd软件模拟，对天井式传统根据实际气象状况，夏季主导风方向是SW，平民居室内自然通风进行了精确的定量分析。将门窗洞口位均风速2.5m/s；冬季主导风方向是NNE，平均风速置、门窗洞口大小和屋面形式作为变量进行了模拟研究，1.9m/s。有针对性地改进江西天井式传统

2、民居室内自然通风状况。④边界条件对于入口处风速的分布（梯度风）进行定量模[关键词]cfd自然通风天井式传统民居控制变量法模拟拟计算，在入口处的k/e（k是紊流脉动动能，单位研究改进方法验证为焦耳（J）；e是紊流脉动动能的耗散率，单位为%）也采用分布参数进行定义。由于所测算的民居建筑江西地处夏热冬冷地区，本地传统的天井式民高度较低，因此需要计入地面粗糙度带来的影响，图2剖切示意图居经过千百年来的发展，形成了适宜该气候条件的绿化地面粗糙度采用0.004。在地表摩擦的作用下，民居营造方式。想要营造舒适的室内居住环境，需越接近地面则风速

3、越低小。只有在离地较高处，风要有顺畅的自然通风、适宜的采光和优良的热力学速才基本不受地面粗糙度的影响，可在大气梯度作性能等条件。然而，由于受到当时材料选取和构造用下自由流动。来流面风速的变化规律以指数形式做法的技术限制以及其他原因，江西天井式传统民表示为：居的外墙较高且厚重，室内外联系较少，空气流动不畅，不利于烟尘等污染物的室内散热。雨季时，室内比较潮湿。随着人们对室内环境的要求越来越其中，U是高度Z处的水平方向风速；是参高，室内自然通风状况也应该得到改善。考高度（取值为10m）的风速，即当地气象站一、赣北地区传统民居室内自然通

4、风现状所提供的平均风速；a是由地表粗糙度所决定的参1.赣北地区传统民居详细测绘和模型示意以江西省抚州市金溪县竹桥村某住宅为例。该图3剖切示意图数。一般情况下，a取0.14～0.2。由于该民居附近皆紧邻其他民居，建筑密度较大，故取a=0.14。住宅测绘简图如图1～4所示。（2）选取模拟研究的区域2.赣北地区传统民居室内自然通风的不利因由于厅堂（A区域）、厨房（B区域）和二层阁素楼（C区域）都是居民经常活动的区域，我们对这3影响赣北地区传统民居室内自然通风的不利因个区域进行了模拟研究（图5）。素主要有：建筑外墙除了结构功能外，还担负

5、着防盗的需求。所以，外墙大部分用石材，且外墙上开窗少、开高窗、窗洞口小。屋面为了便于搭建和节省材料，通常做成单层屋面并直接搭在檩条上，这些都在很大程度上使室内自然通风不畅。图4夏季通风平面示意二、赣北地区传统民居现状的室内自然通风模拟研究1.模拟方法CFD（ComputatinalFluidDynamics计算流体力学）解析方法是建立在Navier-Stokes方程近似图5冬季通风平面示意解的基础上的计算技术，目前有PHEONICS、CFX、2.模拟结果STAR-CD、FIFIP、FLUENT等多个商用软件。本文使这3个区域的自

6、然通风状况，如图6～9所示。用PHEONICS软件来模拟传统天井式民居风环境。在图6至图9中，风速变化范围约为0～5m/s。（1）参数设定从蓝色到红色，分别对应不同的风速并逐级递增。①研究对象蓝色区域表示的风速最小；反之，红色区域表示的选取竹桥村某住宅作为研究对象，东西两侧皆风速最大。紧邻其他住宅，南北两方各有一条小路。由图可知，不论冬季还是夏季，室内都存在很图1平面示意图②基本条件多区域通风不畅、风速分布不均匀的问题。这主要坐标是东经117.2244°，北纬29.8707°，建和三点有关：（1）进出风口位置。A区域的进风口20

7、4城市建筑┃建筑论坛┃URBANISMANDARCHITECTURE┃ARCHITECTURALFORUM是厅堂大门，出风口是后堂的前门，进风口和出风并再次运用Pheonics进行了模拟计算。四、结语口互相交错较大，气流在A区域得到了长时间循环。1.进风口和出风口交错布置本文以赣北地区传统民居为例，运用CFD技术B区域的进风口为厨房门，出风口是斜对厨房门的我们选取B区域（因为B区域的进风口为厨房定量，模拟研究了江西天井式民居室内自然通风情窗户。虽然这样形成了对流通风，但是进风口和出门，出风口是斜对厨房门的窗户，进风口和出风口况，

8、并总结出了存在室内很多区域通风不畅、风速风口错位较小，气流不会进行循环，仅仅是穿过室错位较小）在Pheonics软件中进行虚拟改造：将进分布不均匀的问题。通过以门窗洞口位置、门窗洞内。（2）门窗洞口大小。C区域的进风口为外墙上风口向东移动500mm，使进风口和出