風(fēng)環(huán)境對(duì)綠色建筑室內(nèi)外舒適度的影響論文

　　摘要：近年來, 隨著我國(guó)人口聚集, 高樓林立, 能源危機(jī)、溫室效應(yīng)等環(huán)境氣候問題愈來愈突出。為了達(dá)到節(jié)約能源, 善用資源, 保護(hù)環(huán)境, 降低污染的目標(biāo), 綠色建筑應(yīng)運(yùn)而生, 對(duì)綠色建筑的評(píng)價(jià)分析具有現(xiàn)實(shí)性意義, 勢(shì)必將給建筑行業(yè)帶來新的發(fā)展。本文運(yùn)用計(jì)算流體力學(xué)方法, 按照綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的要求, 對(duì)北京某綠色公共建筑的室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境的速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬與分析, 探討風(fēng)環(huán)境對(duì)建筑室內(nèi)外舒適度的影響, 以提高綠色建筑的設(shè)計(jì)水平, 為綠色建筑的自然通風(fēng)提供參考依據(jù)。

　　關(guān)鍵詞：綠色建筑; 計(jì)算流體力學(xué); 風(fēng)環(huán)境; 數(shù)值模擬;

　　1 引言

　　隨著我國(guó)人口增多, 高樓林立, 隨之出現(xiàn)的問題是建筑通風(fēng)不暢, 室內(nèi)空氣污染物加重[1]。建筑具有良好的通風(fēng)設(shè)計(jì)是綠色建筑可持續(xù)發(fā)展的重要對(duì)策, 自然通風(fēng)便成為了天然的建筑節(jié)能和改善室內(nèi)空氣品質(zhì)的手段, 同時(shí)也為建筑空調(diào)耗能的降低提供有效途徑[2]。

　　綠色建筑是指在全壽命期內(nèi), 最大限度地節(jié)約資源 (節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材) 、保護(hù)環(huán)境、減少污染, 為人們提供健康、適用和高效的使用空間, 與自然和諧共生的建筑[3]。本文將使用CFD方法, 按照《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的要求, 對(duì)北京市某綠色公共建筑的室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境的速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬分析, 探討了風(fēng)環(huán)境對(duì)建筑室內(nèi)外舒適度的影響, 以提高綠色建筑的設(shè)計(jì)水平, 為綠色建筑的自然通風(fēng)提供參考依據(jù)。

　　2 計(jì)算模擬軟件

　　采用CFD (Computational Fluid Dynamics, 計(jì)算流體力學(xué)) 的方法對(duì)綠色公共建筑的室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬分析。CFD原理是運(yùn)用數(shù)值求解控制流體的基本微分方程, 得出流場(chǎng)在連續(xù)區(qū)域上的離散分布, 然后近似模擬流體的流動(dòng)情況[4]。目前CFD的計(jì)算方法常用的有有限差分法和有限體積法。通常情況下, 這兩種方法的數(shù)學(xué)本質(zhì)和表達(dá)方式是相同的, 僅僅是在物理含義上有所區(qū)別:有限差分法是基于微分的思想, 有限體積法則基于物理守恒原理。本文利用綠建斯維爾建筑通風(fēng)Vent2016軟件進(jìn)行模擬, 此軟件采用的方法為有限體積法, 同時(shí)結(jié)合壓強(qiáng)校正法 (SIMPLE) 處理連續(xù)性方程, 將運(yùn)動(dòng)方程的差分方程代入到連續(xù)性方程中, 建立起基于連續(xù)性方程代數(shù)離散的壓強(qiáng)聯(lián)系方程組, 從而求解壓強(qiáng)量或壓強(qiáng)調(diào)整量。

　　3 項(xiàng)目實(shí)例概況

　　本項(xiàng)目位于北京市, 屬于綠色公共建筑, 建筑面積為32584㎡, 建筑高度為89.4m, 地上23層, 地下兩層。建筑三維圖示如下圖1所示。北京市位于東經(jīng)115.7°~117.4°, 北緯39.4°~41.6°的華北平原北部, 與渤海灣相鄰, 上接遼東半島, 下臨山東半島。氣候?yàn)榕瘻貛О霛駶?rùn)大陸性季風(fēng)氣候, 夏季炎熱多雨, 冬季寒冷干燥。北京的風(fēng)向有明顯的季節(jié)性變化, 冬季盛行偏北風(fēng), 平均風(fēng)速為4.7m/s夏季盛行東南風(fēng), 平均風(fēng)速為3m/s。

　　圖1 建筑三維圖示

　　圖2 人行高度處速度云圖

　　4 計(jì)算機(jī)軟件模擬室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境

　　4.1 室外風(fēng)環(huán)境模擬與分析

　　根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn), 冬季盛行偏北風(fēng), 夏季盛行東南風(fēng)。以冬季工況為研究對(duì)象, 計(jì)算機(jī)模擬軟件為工具, 模擬得到的結(jié)果如圖2、3、4所示。

　　圖3 迎風(fēng)面與背風(fēng)面壓強(qiáng)分布云圖

　　圖4 建筑表面風(fēng)速放大系數(shù)云圖

　　《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T50378-2014對(duì)建筑風(fēng)環(huán)境提出以下要求:在冬季典型風(fēng)速和風(fēng)向條件下, 建筑物周圍人行區(qū)風(fēng)速小于5m/s, 且室外風(fēng)速放大系數(shù)小于2;除迎風(fēng)第一排建筑外, 建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面表面風(fēng)壓差不大于5Pa;

　　由圖2可知, 冬季工況下, 建筑物迎風(fēng)面風(fēng)速在1.0m/s~3.6m/s之間;背風(fēng)面風(fēng)速在2m/s以下, 南北側(cè)無遮擋物, 風(fēng)速較大, 應(yīng)相應(yīng)建立遮擋建筑及遮擋綠植等。項(xiàng)目周圍人行區(qū)風(fēng)速低于5m/s, 符合標(biāo)準(zhǔn)要求。由圖3可知, 因單棟建筑模擬, 建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面壓強(qiáng)分布較大。由圖4可知, 建筑表面風(fēng)速放大系數(shù)絕大多數(shù)區(qū)域小于2, 基本符合要求。

　　4.2 室內(nèi)風(fēng)環(huán)境模擬與分析

　　運(yùn)用綠建斯維爾建筑通風(fēng)軟件對(duì)建筑室內(nèi)風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬, 根據(jù)室內(nèi)布局的不同, 本建筑一共有5種分布類型, 分別為1層、2層~17層、18層、19層~22層、23層, 筆者對(duì)五種類型的室內(nèi)風(fēng)場(chǎng)均進(jìn)行了模擬, 由于篇幅限制, 現(xiàn)只分析建筑1層室內(nèi)風(fēng)場(chǎng)的分布情況, 模擬所得結(jié)果如圖5、6所示。

　　圖5 室內(nèi)風(fēng)場(chǎng)速度云圖

　　圖6 室內(nèi)風(fēng)場(chǎng)壓強(qiáng)分布圖

　　由圖5可知, 大部分區(qū)域的來流風(fēng)速在0m/s~3m/s, 少部分邊緣拐角區(qū)域風(fēng)速在3m/s以上, 由圖6可知, 室內(nèi)風(fēng)場(chǎng)壓強(qiáng)分布較為集中, 迎風(fēng)向壓強(qiáng)分布較大, 背風(fēng)向壓強(qiáng)分布較小, 差別較大, 本建筑的迎風(fēng)面和背風(fēng)面的風(fēng)壓差能夠?yàn)榻ㄖ�的自然通風(fēng)提供較好的風(fēng)壓驅(qū)動(dòng), 可減少室內(nèi)污染物對(duì)人體的傷害, 對(duì)提高人體的舒適度有一定的影響作用。

　　5 結(jié)語

　　隨著綠色建筑理念的踐行, 越來越多的綠色公共建筑在設(shè)計(jì)中進(jìn)行了室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境的模擬和分析, 本文利用計(jì)算流體力學(xué)的方法, 對(duì)建筑的室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬, 探討了風(fēng)環(huán)境對(duì)建筑室內(nèi)外舒適度的影響。通過模擬和分析得知, 本項(xiàng)目的室外風(fēng)環(huán)境良好, 建筑的迎風(fēng)面和背風(fēng)面的風(fēng)壓差能夠?yàn)榻ㄖ�的自然通風(fēng)提供較好的風(fēng)壓驅(qū)動(dòng)。室內(nèi)自然通風(fēng)通風(fēng)量上均能滿足人員需求, 人員舒適性較好, 有利于節(jié)約能源, 體現(xiàn)了節(jié)能、生態(tài)、綠色的建筑理念。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]許銀春.城市高層建筑附近住宅小區(qū)室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境模擬的研究[D].成都:西南交通大學(xué), 2008.

　　[2]張磊.綠色住區(qū)建筑群體組合的風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)策略及案例[C].第十一屆國(guó)際綠色建筑與建筑節(jié)能大會(huì)論文集, 2015.

　　[3]GB/T50378-2014.綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[S].中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2014.

　　[4]李岳.CFD技術(shù)在綠色建筑室內(nèi)外通風(fēng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].建筑節(jié)能, 2015.

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