基于CFD仿真模拟的工业建筑室内风环境研究——以黄石市华新水泥厂为例

随着众多工业园区搬迁、废弃,关于工业旧址的建筑改造升级成为当下热点。众多研究表明改善建筑室内风环境能够有效降低建筑能耗,提高人体舒适度,提升建筑品质。文章通过CFD仿真模拟,模拟华新水泥厂内部风环境情形,并分析在夏季工况下,1.5 m高度时四种内部空间形式的建筑方案室内风环境情况,并选定最佳形式,为今后在工业建筑室内风环境研究设计方面提供一些思路。

室内风环境模拟在空调供热中的应用

随着社会的不断进步和发展,人们不仅对冬季供热温度的要求不断提高,对室内空气流通状况及空气品质也有了更高的要求。居住建筑作为人们长时间停留的私人场所,应满足健康、舒适、能源有效利用等方面的要求。空调房间内的风环境对人体的舒适度有着至关重要的作用,因此采用合理的空调形式对改善室内环境有着非常重要的意义。文章以某别墅的设计为例,针对别墅建筑的结构特点,根据所处位置计算冬季热负荷,然后利用Airpak软件模拟计算在一定压强条件下的自然通风的气流组织,并对其进行分析和研究,以期为别墅的冬季供热设计提供一定的理论基础和依据。

基于风环境评价的滨海住区布局优化研究——以青岛市为例

提升城市品质、改善人居环境是当前城市建设的重点之一。滨海廊道作为城市重要的通风廊道之一,直接影响滨海城市风环境,因此探索滨海住区建筑布局、滨海、风环境三者之间的关系,对城市滨海住区人居环境的改善有着重要的意义。文章聚焦于滨海这一特殊的城市环境,选取青岛市各类典型的滨海住区作为研究对象,利用CFD技术结合风环境相关评价标准,对滨海住区风环境进行模拟分析和指标评价,进一步从整体、水平和竖向布局三方面探析影响滨海住区风环境的相关因素,最后提出适宜风环境的青岛滨海住区布局优化策略:引风层面上应控制住区滨海界面迎风口和迎风面积;导风层面上需合理设置通风廊道并连通开敞空间,增强风场流动性。

绿色建筑与风环境设计融合的计算流体力学模拟技术应用研究

在绿色建筑行业高速发展的背景下,对风环境设计的合理运用显得尤为重要。研究融合建筑风工程学与计算流体力学基础理论,开展了对不同建筑布局和地形地貌条件下建筑风环境的理论分析。并利用CFD模拟技术对不同建筑布局下的风环境进行分析验证。结果显示,自由式布局的舒适风区面积占比最大,达到71.02%,较其他布局方式提升了11.15%至18.95%,文章技术能够提升建筑室外风环境的评估和设计质量,对提高室外及室内风环境的舒适度和安全性有积极效果。

风环境改善视角下的城市设计控制引导探讨

风环境是城市热环境与微气候形成的重要因素,对缓解城市热岛效应、改善空气质量、提升人居舒适度具有关键作用。基于此,本文首先阐述了城市通风廊道及街区风环境构建下的控制要素;其次,详细分析了风环境评价标准分析;最后,针对基于风环境改善下城市设计控制引导指标进行了剖析。通过上述分析与研究,以期为城市可持续发展提供参考。

试验场瞬态风环境气流特性研究

为研究试验场实际道路瞬态风环境气流特性,在实车和道路侧安装风环境参数采集设备,采集了琼海试验场、盐城试验场直线性能路风环境参数,包括风速、偏航角、湍流强度、湍流积分尺度等,分析结果表明,试验场气流特性与仿真环境和风洞实验室的气流特性存在明显差异,试验场风速波动范围为±4 m/s、偏航角波动范围为±5°,满足标准正态分布,湍流强度为2%~10%,湍流积分尺度为2~20 m,脉动风速谱基本满足冯·卡门(von Kármán)湍流谱。

基于LBM的典型建筑布局树木风环境模拟

在建筑方案设计阶段定量评估景观绿植对建筑风环境影响,对于提高行人区域热舒适性具有重要实践意义。结合格子玻尔兹曼计算流体力学方法和多孔介质模型,开展了边界层流场-建筑-树木耦合模拟和关键参数验证,针对城市街道区域典型矩形建筑平面布局存在的风速加速现象,开展树木挡风效应分析。研究结果表明:模拟方法能够重现出与试验吻合一致的树木尾流区平均风速和湍流特征;基于不同阻力系数的树木透孔率对树木背风区下游1H~3H范围内挡风效应影响明显;基于等效原则提出的圆柱体简化模型能够计算出与树木原型一致的挡风效应变化规律;建筑两侧和迎风端布置合理间距的树木能够减小矩形建筑两侧风速加速比和加速区域面积,可以通过经济合理的树木布置方案实现建筑周围风环境舒适度优化和通风廊道畅通。研究成果可应用于景观植被风环境优化设计,为方案设计阶段绿色建筑自然通风评估提供新的计算参考。

建筑风环境测试与评价研究进展与综述

建筑风环境涉及住宅与公共区域局部气候、污染物扩散、建筑节能等系列问题,在发达国家已受到了相当的重视,而在国内实际工程应用上方兴未艾。结合近些年国内开展的风环境研究和工程应用情况,对典型风环境问题、建筑风环境测试方法、建筑风环境评价与改善等方面进行了较为系统的总结;最后对风环境研究标准化工作提出了相关建议。

基于风环境响应的可变建筑表皮设计策略研究

与传统静态建筑表皮相比,可变建筑表皮因具有动态适应性能够更好地适应室外环境变化。而在现有的研究中,对基于风环境响应的可变建筑表皮的研究较少。通过案例研究,将基于风环境响应的可变建筑表皮分为可变通风表皮、风动幕墙两类。可变通风表皮可以对室外环境因素进行实时响应以降低建筑能耗并提高室内舒适度,在国家大力提倡“碳达峰、碳中和”的政策背景下,可以更好地满足低碳建筑要求。风动幕墙可以与风环境互动创造灵动的立面效果,提高立面视觉美学。分别从响应因子、运动方式的角度对两类表皮的设计策略进行梳理,为之后基于风环境响应的可变建筑表皮的设计及应用提供参考。

基于风环境优化的岭南高校教学组团形态布局设计研究

校园形态与环境舒适性的关系是校园建设的热门议题。探讨高校公共教学组团布局类型及关键设计要素与风环境评价指标的关系,目的在于为风环境导向下的公共教学组团空间形态控制提供思考路径。选取岭南地区54所建成高校公共教学组团作为研究对象,归纳总结组团布局类型,分析风环境相关设计要素(包括建筑朝向、建筑间距与围合形式),抽象高校公共教学组团理想模型,运用Phoenics软件进行夏季风环境模拟;设计单因子变量实验,分析不同因素与室外风环境的关联关系;对3个设计要素进行关联分析,探讨不同设计制约条件下的最优因素水平组合。结果显示,行列式布局在4种布局类型中室外风环境表现最优;当建筑根据地形呈斜向行列式布局时,组团室外风环境舒适性和空间感受较好;建筑间距与组团室外风环境呈正相关关系,但差异性较小;呈E型或S型围合的组团布局模式,连接体采用架空、挖洞等手法进行通透性处理,是兼顾室外风环境舒适性与空间需求的较优组团形式。

台风条件下航站楼风环境数值模拟研究

以杭州萧山机场T4航站楼为对象,采用Realizable k-ε湍流模型进行了周边风环境数值模拟。首先通过与刚性模型测压风洞试验结果的对比,验证了该数值模拟方法及参数的有效性;然后,研究了不同风向角下行人高度(2 m)处加速比的变化规律,以及台风登陆情况下距离地面10 m高度处的风速分布情况。结果表明:航站楼两侧的角点位置处和西侧建筑群迎风面道路间易受角隅效应和峡谷效应的影响,存在明显的风加速现象,在台风登陆条件下,航站楼周边大部分区域风速达到六级(强风)以上,而陆侧交通中心区域由于四周建筑的遮挡,所受影响相对较小。

基于数值模拟的近海广阔区域办公区风环境研究与改善

近海广阔区域由于缺乏地形遮挡,海洋气流对建筑区域影响显著,导致风速较大,进而引起人员不适,当强/台风来临时还可能会引起人员伤亡。以暖温带东亚季风区大陆性气候、近海广阔区域——胶东半岛的一办公区为例,利用CFD(计算流体力学)软件对办公区的风环境进行研究,以目标区域空旷平坦地面10年一遇10 m高度处10 min平均的风速观测数据为依据,风向以目标区域冬季季风主导方向为主,获得建筑区域的风速云图,确定不利风速区域。进一步,采用10年一遇10 m高度处3 s阵风风速进行极端风速下的研究,结合地形环境,提出风场环境改善方案,定量与定性地分析改善后的风场环境。研究结果可为近海广阔区域风环境的研究与改善提供依据。

建筑底层架空对行人高度处风环境及污染物扩散影响的数值模拟

在规则建筑群内,考虑建筑底层的架空设计,利用realizable k-ε紊流模型数值模拟了6种工况下的风场和污染物浓度场,并采用时均风速比M_(VR)、风速面积占比A_(RSi)和无量纲浓度K等指标对行人高度处的风环境和污染物浓度进行了评价。建筑底层的架空设计能有效增加行人高度处的M_(VR),上游建筑的架空对M_(VR)的增加效果更显著。架空设计能减小低风速A_(RSi),增加中风速和中高风速A_(RSi),当建筑群中有2列及以上的建筑采用架空设计时,A_(RSi)的改善效果更好。当污染源位于建筑群上游地面时,架空设计对行人高度处的K分布影响不大,架空导致的回流使得污染物难以扩散至建筑群内,还会因其架空导致紧邻污染源的建筑迎风面行人高度处的K显著变小。

寒冷地区航站楼交通枢纽冬季室内风环境研究

应用绿色节能技术对公共建筑进行改造,降低公共建筑的碳排放并提升其室内风环境水平是目前亟须解决的问题。在冬季,对西安咸阳国际机场T3航站楼交通枢纽进行实测和模拟,探究航站楼交通枢纽风环境现状。应用实地测试的方法对其室内风环境进行了研究。研究结果表明:该航站楼交通枢纽室内温度高于室外温度且变化平稳;室内的相对湿度在90%以上,处于国家标准范围内且变化平稳;门斗能有效改善室内的风环境;室内风速受室外风速影响较大。该研究能够为提高航站楼交通枢纽风环境、降低能耗和碳排放提供实测和模拟数据支撑。

基于风环境模拟评估的老旧住区更新路径研究——以雅安市西城街道为例

城市存量更新背景下,老旧住区成为重点更新对象,良好风环境的营造作为影响居民室外舒适度的重要因素,对老旧住区的更新改造有重要意义。选取雅安市西城街道老旧住区为研究对象,使用Phoenics软件对其夏季风速、风压等风环境参数进行数值模拟,识别场地内静风、涡旋等不良风场,总结场地风环境特征与现存问题,研究发现:(1)西城街道老旧住区整体存在建筑排列密集、街道停车拥挤、住区内部空间狭窄、开敞空间缺乏的现状问题。(2)通过Phoenics模拟场地风环境可知,在夏季主导风向条件下,场地呈现四周多轻风区、内部多无风与软风区且出现涡旋的风速特征,以及整体为低风压、内部建筑群前后风压差大都不足1.5 Pa的风压特征。(3)场地内近五分之四的风速低于最低的基本舒适风速(1.0 m/s),无法满足人的风舒适度需求,整体通风环境亟须改善。(4)研究区建筑密度、建筑容积率与风速比呈中等负相关关系,迎风面建筑密度与风速比呈低等负相关关系。基于上述综合分析结果,从建筑布局、街巷空间、公共空间、绿化配置4个方面提出该住区风环境的优化建议。

岭南高校食堂过渡空间风环境优化策略研究

“十四五”是我国实现碳达峰的关键期,在此背景下,校园建筑能源浪费的问题愈发受到关注。高校食堂空间尺度大,人员密度大,往往需要借助人工设备方能保持较好的空气品质与室内温度,而这也导致了能源的过度消耗。过渡空间是岭南地区常见的空间类型,在改善建筑微气候方面有着良好效果。该文以高校食堂建筑中的过渡空间为研究对象,在广泛调研的基础上选择广州华南理工大学中区食堂过渡空间为典型案例,从食堂功能特点、湿热地区气候特征、岭南建筑特色经验等方面入手,结合实测和计算机模拟实验,分析影响过渡空间风环境的相关要素,并由此提出相应要素的设计参考值和相应的食堂过渡空间方案优化设计策略,以期为相关建筑设计提供参考。

风环境性能导向的围合式教学楼庭院架空空间优化设计研究——以中国石油大学古镇口校区为例

该文通过选取30例国内21世纪建成高校围合式教学楼进行调研,归纳总结出9种围合式教学楼形态类型,以出现频次较高的B1型围合式教学楼——中国石油大学古镇口校区围合式教学楼为研究对象,以架空空间形体尺寸为变量,运用性能模拟软件建立模型并对庭院风环境进行仿真模拟,探究架空空间形体尺寸与庭院风环境的关联关系,计算边界条件下的较优因素组合。结果表明,架空长度对庭院风环境影响最大,且在冬夏季庭院风环境优化方面取值差异较大;架空宽度对风速离散度影响较大;架空高度与庭院风环境未呈现出线性的相关性。研究方法及结论可对青岛地区围合式建筑架空空间设计阶段庭院风环境优化提供参考。

植被布局对工业型文保建筑室外风环境影响——以黄石市华新水泥厂为例

近年来随着众多工业区被评选为国家文物保护单位,工业遗址改造升级成为社会热点。众多研究表明,通过景观植被能够改善外部建筑风环境。该文通过调研国家文保单位黄石华新水泥厂,以湿法区西北侧三栋厂房为例,设计三种建筑室外植被布局形式。通过CFD模拟仿真,采用FLUENT中k-ε方程模拟厂房外部风环境情形,并分析在冬夏季工况下,1.5m高度建筑室外风环境情况,最后通过三种方案与原址的比较选定出最佳植被布局形式,为今后在工业遗址园区室外风环境研究设计方面提供一些思路。

基于混合双参数Weibull分布的冬夏两季香港地区某地的行人风环境舒适度分析

城市的密集建筑会影响周边区域风环境,甚至产生行人风环境问题。研究了香港地区气象条件,对比了双参数Weibull分布和混合双参数Weibull分布,结果表明混合双参数Weibull分布更加适合香港地区的气象数据;根据夏季以及冬季不同的情况,分析了夏季与冬季的行人风环境。在夏季,一号和二号建筑之间的空地有不舒适的区域,在冬季,行人风环境舒适度整体较好。

裙楼对住宅小区室外风环境影响的数值模拟分析

为研究建筑布局对住宅小区风环境的影响,本文以珠海某住宅小区为研究对象,基于当地的气候特征,利用PHOENICS软件对有裙楼和没有裙楼两种建筑布局形式进行风环境CFD(computational fluid dynamics)模拟。对比分析东、南及东北偏北风背景下两种布局形式小区的通风条件和舒适度,结果表明:1)没有裙楼时,没有大面积建筑阻挡,3个风向下小区风环境均有所改善,风速不均匀性减小,通风条件好、舒适性好的区域的面积和数量均增加,小风速区的面积和数量均减少,通风廊道增加;2)无论是否有裙楼,当来流风向与建筑间的通道夹角小,建筑对风的阻挡削弱作用小,楼与楼之间更容易形成通风廊道,通风条件较好,当来流风向与建筑间的通道夹角大,建筑的阻挡作用显著,小区的风速明显减弱,且容易出现风速不均匀,通风条件较差;3)住宅小区风环境受建筑布局和风向共同影响,在规划设计时应参考当地的主导风。