基于 CFD 风环境模拟下的小区单体建筑受风影响情况分析

随着人们绿色建筑知识的普及,小区内风环境越来越受到重视,其中场地风环境成为影响行人舒适和安全的重要因素。能够改变小区内风环境的因素比较多,主要包括城市的气象参数;小区所处的周边环境;小区的建筑布局和建筑结构形式等。通过数值软件CFD对小区风环境仿真模拟,分析建筑布局与风场的关系,对小区风环境的设计有一定的指导作用。这就需要考虑小区内部总体风环境就涉及到单体建筑受风的影响,本文主要对建筑单体进行模拟,模拟单体建筑在不同建筑尺寸、风速不同情况下的受风情况,通过模拟分析可以对小区布局及前期规划等进行参考。     

广州市单体建筑室外微气候热环境研究

为了研究夏季广州市小区单体建筑周围热环境规律,本文以广州大学生活区某宿舍楼单体为研究对象,在其周围选取了具有代表性(不同方位及处于不同周围环境)的6个测点,逐时测量9:26～18:36时间段内的温湿度、风速、下垫面温度及辐射热流密度等热环境参数,通过对数据的整理分析,发现单体建筑周围热环境与太阳辐射强度、风速、风向、建筑遮挡作用、下垫面性质及周围环境等因素存在着一定的关系,辐射热流密度随下垫面表面温度的增大而增大.本文同时关注了热岛现象,为进一步研究小区微气候提供了实验依据.     

建筑布局对住宅小区风环境的影响研究

城市住宅小区风环境是城市环境中至今尚未得到合理有效解决的重要问题之一。针对行列式、错列式、斜列式、混合式4种典型的城市住宅小区布局形式,采用ANSYS-CFX软件建立76种不同参数的数值模型,并通过CAARC标准模型对本文采用的网格划分、模拟方法及边界条件进行验证分析,对数值模型进行三维流场模拟,研究不同参数(风向角、布局形式、建筑尺寸等)对典型城市住宅小区风环境的影响。分析结果表明:微风环境下,当来流风速垂直建筑长度进入小区时其内部风环境较差,不同工况下人行高度(离地1.5m)处高风速主要发生区域为小区过道入口,建筑物长度对小区风环境的影响较为显著,当长度比L/B=3∶1及采用斜列式布局能够有效改善小区内风环境状况。     

武汉市高密度居住区夏季室外热环境实测分析

为了研究夏热冬冷地区高密度居住小区夏季热环境的特点,通过对武汉市某高密度居住小区在夏季典型气象日的空气温度,相对湿度以及风速风向进行现场实测,定量的分析了夏热冬冷地区高密度居住小区的热环境现状以及不同的建筑,区域绿化和水体对区域热环境的影响。结果表明:高密度居住区的热环境较一般地带差,且与区域内的建筑布局有关,高密度居住区内空气温度较气象站高出3℃,平均风速低0.5 m/s。位于混凝土柏油路面上的测点上方空气温度整体相对其他测点要高,接着是花岗岩硬质铺地,位于绿化草坪内的温度最低。其次位于围合式建筑布局区域的温度较行列式布局高,当城市下垫面类型相同时,测试区域的绿化遮阳和建筑阴影对热环境的改善作用较为明显。     

建筑布局对小区热环境影响的数值分析

介绍了适合实际三维建筑小区热环境模拟的方法，并利用改进的CTTC(建筑群热时间常数)模型分析了不同类型建筑布局对小区热环境的影响。结果表明：建筑面积对建筑群热环境影响较大；在小区面积一定、建筑面积一定的情况下，增加绿化率可以明显地改善小区的热环境。     

北京地区低层高密度住区的风环境适应性设计——以百万庄小区为例

住区是使用频率较高的生活空间。良好的物理环境是提高住区室外舒适度的前提条件。对北京地区低层高密度住区的规划布局进行分析。以百万庄小区作为模拟对象,利用实地调研和文献查阅、数字模拟分析等方法,提出通过提高风场、下垫面、建筑局部形态、绿化配置等多方面的协同作用,可以改善住区风环境舒适性。     

太阳辐射引起建筑群温升的探讨

介绍了建筑群温度变化的数学模型,模拟了济南某小区在四种不同工况下太阳辐射引起的建筑群的温升情况,比较了建筑密度、下垫面材料、风速对建筑群温升的影响,结果表明,改变下垫面材料和增强自然通风可改善城市热岛效应。     

基于热环境模拟分析的滨河住区建筑布局研究

城市河流对住区热环境具有显著的改善作用。以深圳气候条件为参考,探讨河流与建筑布局对滨河住区热环境的影响,对改进滨河住区布局,提高住区热环境舒适性有重要作用。研究运用CFD模拟技术方法,分析在不同建筑布局模式下,基于河流影响的住区温度、相对湿度和风速的变化情况;以标准有效温度SET*为评价标准,探讨滨河住区建筑布局与热舒适的关系;基于河流产生的良好微环境气候效应,对住区建筑布局提出优化方法,为营造生态、舒适的滨河住区环境起到重要作用。研究表明,减小建筑面向盛行风的垂直投影面积、创造利于河流风向的通风降温廊道、以及营造相应的住区开敞空间等,是改善滨河住区热环境舒适性的主要建筑布局方法。     

基于街区尺度风热环境模拟的城市设计优化——以湘潭市河东商业中心区为例

街区的热舒适性主要与街道的方位、街道高宽比、天空视域因子、建筑组合模式以及场地绿化面积等城市设计因素密切相关。以湘潭市河东商业中心区城市设计为例,首先用Ecotect软件对场地温度、湿度、风速风向等进行详细模拟分析,针对该街区特定的气候状况和风热环境特征,对影响街区风热环境的因子进行不同的参数设置,建立基准方案和改进方案模型,再通过CFD开发下的Fluent软件进行数值模拟,证明改进方案比基准方案的温度低了3~4℃,其通风条件也得到良好改进,量化参数引入街区尺度的城市设计之中。     

关于农村住宅冬季热环境与节能改造的分析研究

本文采用实地调查测量以及应用DeST与TRNSYS软件模拟分析相结合的方法,对陕西华县的农村建筑概况、供暖方式和建筑室内热环境进行了分析研究,并对建筑围护结构进行节能改造前后室内达到不同供暖设计温度时的热负荷进行了模拟分析,为今后通过改变建筑材料及添加保温材料来达到降低能耗及改善室内热环境、提高农村建筑热舒适性、合理设定冬季室内采暖计算温度提供了参考依据。在此基础上,简单对比分析了2种软件模拟结果存在差异的原因。     

基于“风道”理论的大城市旧城风热环境优化研究

城市室外风热环境，尤其是旧城住区中的风热环境对于提高居民生活品质意义重大。以武汉大智门地区老城区为例，针对武汉夏热冬冷的地域气候特征，结合城市风道改善风热环境的理论，提出在旧城改造中构建通风廊道空间设想。通过综合数学模型描述气流和热传导特征，考虑外界横向侧风（盛行风）、自然对流和热辐射传导机制的影响，得出研究区域内现状情况下以及改善方案中的温度和风速分布。经过分析对比不同改造方案，提出在旧城区内营造连续、贯通风道的优化措施。     

高层住区夏季昼间室外热环境三维分布规律研究——以杭州市为例

采取垂直和水平同步观测方法,实测了2009年夏季杭州城西某高层住区的室外近地面气温、下垫面表面温度和近墙面气温状况,揭示了高层住区室外热环境的三维空间分布规律,可为我国夏热冬冷地区高层住区的生态低碳节能的规划设计与建设提供科学依据。     

基于软件模拟室外环境规划设计实例分析

本文利用Fluent软件模拟规划小区的热环境。通过Fluent对风绕小区建筑时的流场进行了模拟分析,在得出模拟结果和对所选春季流场数据进行分析的基础上,提出小区在规划前期需考虑建筑物密集程度、风向及朝向位置的重要性,以及其方案的可行性。对某实际复杂建筑小区的风速场进行了模拟,实现了理论与实践的结合。引出了建筑规划设计的重要性,同时说明了计算机模拟软件结合小区规划的优越性。通过对建筑楼的室外环境的模拟分析实例,给出了小区在规划前期的室外环境布局的相关建议。     

Simulation analysis of site design and layout planning to mitigate thermal environment of riverside residential development

The present study explains the application of a numerical simulation to investigate the thermal environment of a new riverside residential development in summer. The case study area consists of more than one hundred two-story detached houses built next to a river near Tokyo, Japan. According to the meteorological data, prevailing wind directions are at an angle to the northbound river flow affecting the microclimate of the study area in terms of surface temperature of land and buildings, air temperature and wind distribution at pedestrian height. These factors have been estimated using the stepwise CFD (computational fluid dynamics) simulation of radiation, conduction and convection. This method leads to an improvement of outdoor thermal environment by manipulating the site design and layout planning scenarios. The effect of river, permeable pavements and green space on thermal environment is examined by the site design options. Likewise, the impact of building arrangement is evaluated using alternative layout planning scenarios. In total, five scenarios have been simulated for the proposed sustainable development as explained in the paper. Above simulations provided an insight into the mitigation effects of each countermeasure. It is also shown that the management of inflow paths and the creation of wind paths for the interior of the site have the potentials to improve the outdoor thermal environment of riverside residential development.     

对比住宅底层架空调节区域微气候

以浙南地区的温州大学教师公寓为例,借助计算流体软件STAR CCM＋,对小区夏季的风环境进行了模拟与分析。基于《绿色建筑评价标准》对建筑室外风环境的指标要求,探讨了建筑底层架空与不架空两种不同的设计形式对小区风环境的影响,结果表明：建筑物采取首层架空设计后,明显改善了该区域内的人行高度的风环境,促使小区内的流场趋向平稳,无明显紊流区出现,有利于空气流通,有效减少了污染空气的滞留。由于浙南地区的建筑主要受夏季风的影响,所以本次实验选择夏季风（东偏南45°）进行模拟,对比架空与不架空这两种设计形式对小区内风环境的影响,并运用模拟分析的方式探讨如何调整建筑造型及整体布局,并在最终的设计阶段进行合理运用,在一定程度上改善风环境,使之符合我国《绿色建筑评价标准》中的相关要求。     

沿海城市住宅小区风环境研究

随着城市的飞速发展,住宅小区风环境问题日益突出。沿海地区受海陆风影响明显,全年风速一般较大,其住宅小区的风环境研究需特别考虑。本文通过IECM CFD10.0建立数值风洞,采用SSTK-ω湍流物理模型求解住宅小区内风速的方法来研究某沿海城市住宅小区的群体建筑风环境。研究表明,数值方法能准确模拟小区风流场,建筑布局和来流方向对小区风环境影响明显,可结合城市风玫瑰图合理规划建筑布局。采用数值方法,可以对己建小区提出措施改进不良风环境,还可以指导、优化未建小区的规划与设计,以营造健康舒适的居住区微气候环境。     

呼和浩特市既有住宅热环境与节能改造分析

以呼和浩特市城区老旧多层住宅建筑为研究对象,采用以EnergyPlus为计算核心的DesignBuilder软件对其在原有情况下的室内温度、热舒适度以及建筑能耗进行分析,并对不同房间、不同楼层的室内热环境进行分析。根据内蒙古地区最新居住建筑节能设计标准对研究对象进行不同部分围护结构改造。以原有建筑能耗做对比,分析不同改造措施的节能效率。分析在采用节能改造措施后的住宅室内的温度、热舒适度及能耗的改善情况,提出呼和浩特市乃至内蒙古地区老旧多层住宅的热环境及节能改造措施。     

城市居住区地下停车对微气候的影响研究

目前,国内越来越多的居住小区进行了地下停车规划的实践,利用腾出来的地面创造了更多的水体与绿地,改善了生态环境。本研究以南京某居住小区地下停车规划为实例,以微气候流体力学模拟软件Envi-met为手段,通过对该小区进行地下停车规划与不进行地下停车规划两个方案进行冬夏两季的居住区室外微气候模拟分析,利用模拟计算得到的微气候参数(风速与风向、空气温度、相对湿度)、空气质量参数(CO₂分布)以及室外人员热舒适参数(平均辐射温度MRT)等数据,通过两种方案的模拟结果对比,量化分析了地下停车规划对该居住区外环境的影响,探讨了地下停车规划对居住区城市微气候的影响与效益。     

教学组团夏季室外热环境特征与计算模型验证

对湿热地区典型教学组团的夏季室外热环境进行了33 h昼夜连续实测.根据气象参数,行人高度上温度、湿度、风速和湿球黑球温度（WBGT）分布以及典型地表温度等的测试结果,得到湿热地区教学组团夏季室外热环境的主要特征.测试结果表明,组团内的天井、架空、透水砖可有效降低夏季白天行人高度处的空气温度及WBGT,一些建筑设计手法对组团夏季白天室外热舒适的改善效果依次为：架空>天井>透水砖路面>不透水砖路面>混凝土路面.夜间,各测点的热舒适性基本一致.将测试结果对组团室外风速和WBGT现有计算模型进行验证研究.研究表明,数学公式计算值的相对误差均不超过6%,与实测统计值相吻合.