CN104361157B - 一种建筑物间风环境的评价方法 - Google Patents
一种建筑物间风环境的评价方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104361157B CN104361157B CN201410598113.6A CN201410598113A CN104361157B CN 104361157 B CN104361157 B CN 104361157B CN 201410598113 A CN201410598113 A CN 201410598113A CN 104361157 B CN104361157 B CN 104361157B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- building
- wind speed
- height
- length
- operating mode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Landscapes
- Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明涉及一种建筑物间人行高度处风环境的评价方法，包括以下步骤：(1)以所选建筑物为依据，通过正交设计，选取一定数量的工况在CFD软件中建立模型，采用Airpak软件进行模拟分析；(2)在步骤(1)中进行模拟分析时计算不同工况参数下的风速比；(3)现场采集并记录无建筑物干扰时在人行高度处处的风速U0，利用步骤(2)中计算所得的风速比通过公式换算各工况情况下两建筑物间的最大的风速值；(4)将步骤(3)中计算所得的建筑物间人行高度处最大的风速值与规范规定的风速要求进行比较，评价是否满足风环境的要求。该方法可通过利用建筑物的尺寸计算得到建筑物间最大的风速比，并初步判断建筑物间最大的风速。
Description
技术领域
本发明涉及建筑施工领域，特别是涉及一种建筑物间人行高度处风环境的评价方法。
背景技术
随着社会的发展，城市化进程的加快，城市中高层建筑引起的风环境的变化越来越受到人们的关注。高层建筑之间成为风通过的路径，狭窄的风通道形成了“巷道效应”，使得该区域内风速明显加快，从而引起在行人在行走和活动的过程中不安全和不舒适的问题。有些发达国家制定法规，要求对可能在建成后造成风环境问题的建筑物进行周围环境的评价。
现在进行居住区设计时，考虑风环境的影响，通常采用如图1所示的流程进行设计，这种方法往往要反复进行居住区规划的调试，消耗大量的工作进行风环境的模拟，来保证具有舒适的风环境。而目前绝大多数建筑师在使用CFD(计算流体力学)的软件，往往感到比较复杂，风环境设计问题往往就被忽视，造成设计出的居住区存在风安全、风舒适的问题。
风速比是进行城市风环境评价中的重要的指标，它是指某地有建筑影响和没有任何影响时同一高度处风速的比值。风速会不断变化，而风速比的值却不随之产生改变，反映了由于建筑物的存在而引起风速变化的程度，利用风速比对风环境分析更具有实际意义。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种建筑物间人行高度处风环境的评价方法。该方法可通过利用建筑物的尺寸计算得到建筑物间最大的风速比，并初步判断建筑物间最大的风速，进行有关于风环境的方案设计，大大简化了设计流程，该方法结果准确、简单可行且效率高。
为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案来完成的，一种建筑物间人行高度处风环境的评价方法，包括以下步骤：
(1)以所选建筑物为依据，通过正交设计，选取一定数量的工 况在CFD软件中建立模型，采用Airpak软件进行模拟分析；所述工况是在模型的计算区域中建立两个尺寸完全相同的建筑物，其进深用W表示，建筑物的高度用H表示，长度用L表示，两建筑物之间距离用D表示，单位均为m，并设置合理的计算区域边界大小；
(2)在步骤(1)中进行模拟分析时采用下列公式计算不同工况参数下的风速比：
Ri＝0.616+0.012H+0.007L+0.004W-0.003D
其中，Ri：建筑物间最大风速比的值；H：建筑高度；L：建筑长度；W：建筑宽度；D：建筑之间的距离；
(3)现场采集并记录无建筑物干扰时在人行高度处处的风速U0，利用步骤(2)中计算所得的风速比通过公式换算各工况情况下两建筑物间的最大的风速值：
Ri＝Ui/U0
其中，Ri：由于建筑物所产生的风速比；Ui：有建筑物干扰时在人行高度处的风速；U0：无建筑物干扰时在人行高度处的风速；
(4)将步骤(3)中计算所得的建筑物间人行高度处最大的风速值与规范规定的风速要求进行比较，评价是否满足风环境的要求。
优选的，在所述步骤(1)中合理的计算区域边界大小为计算区域的尾流区的长度为计算高度的6倍，高度方向取建筑高度的4倍。
在上述任一方案中优选的是，在所述步骤(1)中采用梯度风来模拟入口边界条件，计算公式为：
U＝U0(Z/10)α
其中，U：高度为Z处的风速；U0：标准高度处的风速；Z：所求风速位置的高度；α：地貌粗糙度指数；因此需要采集并记录 现场高度为Z处的风速值以及所求风速位置的高度值，标准高度为10m。
在上述任一方案中优选的是，所述的人行高度为1.5～2m。
在上述任一方案中优选的是，在步骤(1)中采用四面体结构化网格对计算区域进行网格划分，对建筑物周围的区域进行局部细化，总网格数为190～200万个。
在上述任一方案中优选的是，在步骤(1)中选取RNG模型作为计算模型。
在上述任一方案中优选的是，步骤(3)中现场采集并记录无建筑物干扰时在人行高度处处的风速U0的测点数为110～120个，取其平均值。
在上述任一方案中优选的是，所述采集并记录现场高度为Z处的风速值的测点数为110～120个，取其平均值。
本发明的有益效果是：
1.本发明的方法可通过利用建筑物的尺寸计算得到建筑物间最大的风速比，并初步判断建筑物间最大的风速，进行有关于风环境的方案设计，大大简化了设计流程，该方法结果准确、简单可行且效率高。
2.本发明的方法对提高经济效益、扩大工程应用都具有较重要的理论意义和应用价值，为今后建筑物件风环境影响评价提供参考作用。
附图简要说明
图1现有技术中居住区风环境设计流程图；
图2仿真模型平面图；
图3建筑物周围风场分布图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式以及附图对本发明作进一步说明。
实施例
本实施例是以郑州市区某小区为对象进行处理的。该小区建筑物间人行高度处风环境的评价方法，包括以下步骤：
(1)以所选建筑物为依据，通过正交设计，选取一定数量的工况在CFD软件中建立模型，采用Airpak软件进行模拟分析；该软件采用多种求解方法和多重网格加速收敛技术，可以达到最佳的收敛速度和求解精度。Airpak是面向建筑师、暖通工程师等非流体专业人员进行流体计算的软件，在住宅通风、排烟罩设计、建筑外部风环境等领域有广泛的应用。所述工况是在模型的计算区域中建立两个尺寸完全相同的建筑物，如图2所示，其进深用W表示，建筑物的高度用H表示，长度用L表示，两建筑物之间距离用D表示，单位均为m，并设置合理的计算区域边界大小；为了使边界条件更符合实际情况和使计算结果更准确，本文采用了合理的边界大小，计算区域的尾流区的长度为计算高度的6倍，高度方向取建筑高度的4倍，计算域的大小在长、宽、高三个方向上都能达到建筑尺寸的3倍以上，在这样的计算域内可以保证空气流场的完整性，保证了计算数值的精确性，同时又能节省计算时间，进行全面的分析。
该一定数量的工况具体为将建筑的高度，长度，宽度，建筑的间距作为影响行人高度处风速比的因素，每个因素取四个水平，H：建筑物的高度(40m，50m，60m，70m)；L：建筑物的长度(30m，40m，50m，60m)；D：建筑间的间距(20m，30m，40m，50m)；W：建筑的宽度(20m，30m，40m，50m)，得到了16组工况，其具体的设计工况如表1所示。
(2)在步骤(1)中进行模拟分析时采用下列公式计算不同工况参数下的风速比：
Ri＝0.616+0.012H+0.007L+0.004W-0.003D
其中，Ri：建筑物间最大风速比的值；H：建筑高度；L：建筑长度；W：建筑宽度；D：建筑之间的距离。在不同工况情况下的风速比如表1所示。
表1 实验仿真工况及结果
建筑物周围风场分布由图3所示，从图中可以看出在行人高度处，气流受到建筑物的阻挡后，在正对迎风面区域形成了滞流区，此处风速较低；在建筑物背风面风速下降形成了大片的静风区，风速也比较小；而在两个建筑之间，由于形成了“巷道效应”，此处产生了较大的风速，在两建筑之间通常可作为行人通道，是人们活动较多切必经的区域，如果此处风速较大会造成行人的不舒适，当遇到大风时甚至会造成安全隐患，所以评价过程中将两建筑物之间作为通道作为风速的监测点，并且通过计算可以得到该点处的风速比。
(3)现场采集并记录无建筑物干扰时在人行高度处处的风速U0，利用步骤(2)中计算所得的风速比通过公式换算各工况情况下两建筑物间的最大的风速值：
Ri＝Ui/U0
其中，Ri：由于建筑物所产生的风速比；Ui：有建筑物干扰时在人行高度处的风速；U0：无建筑物干扰时在人行高度处的风速。
(4)将步骤(3)中计算所得的建筑物间人行高度处最大的风速值与规范规定的风速要求进行比较，评价是否满足风环境的要求。
利用该方法与实例进行验证，选取典型的多层、小高层、高层建筑为例进行验证。结果如表2所示。
表2 各建筑形式实例验证
结果表明，上述计算的有建筑物干扰时在人行高度处的风速分别约为3.3m/s、3.5m/s和4.9m/s，均小于规定的5m/s，说明建筑物间人行高度处风环境符合规定和要求，该评价方法也是切实可行的。
此外，在所述步骤(1)中采用梯度风来模拟入口边界条件，计算公式为：
U＝U0(Z/10)α
其中，U：高度为Z处的风速；U0：标准高度处的风速，郑州地区10m高度处的风速为3.4m/s；Z：所求风速位置的高度；α：C类地貌粗糙度指数＝0.22；因此需要采集并记录现场高度为Z处的风速值以及所求风速位置的高度值。
最后，该评价方法中所述的人行高度为1.5～2m。在步骤(1)中采用四面体结构化网格对计算区域进行网格划分，对建筑物周围的区域进行局部细化，总网格数为190～200万个。在步骤(1)中 选取RNG模型作为计算模型。步骤(3)中现场采集并记录无建筑物干扰时在人行高度处处的风速U0的测点数为110～120个，取其平均值。
所述采集并记录现场高度为Z处的风速值的测点数为110～120个，取其平均值。
由此可见，本发明方法中的各步骤均是最佳选择，可实现本发明方法的最优效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (1)
1.一种建筑物间人行高度处风环境的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以所选建筑物为依据，通过正交设计，选取一定数量的工况在CFD软件中建立模型，采用Airpak软件进行模拟分析；该软件采用多种求解方法和多重网格加速收敛技术，可以达到最佳的收敛速度和求解精度；所述工况是在模型的计算区域中建立两个尺寸完全相同的建筑物，其进深用W表示，建筑物的高度用H表示，长度用L表示，两建筑物之间距离用D表示，单位均为m，并设置合理的计算区域边界大小；为了使边界条件更符合实际情况和使计算结果更准确，且采用了合理的边界大小，计算区域的尾流区的长度为计算高度的6倍，高度方向取建筑高度的4倍，计算域的大小在长、宽、高三个方向上都能达到建筑尺寸的3倍以上，在这样的计算域内可以保证空气流场的完整性，保证了计算数值的精确性，同时又能节省计算时间，进行全面的分析；
该一定数量的工况具体为将建筑的高度，长度，宽度，建筑的间距作为影响行人高度处风速比的因素，每个因素取四个水平，H：建筑物的高度40m、50m、60m、70m；L：建筑物的长度30m、40m、50m、60m；D：建筑间的间距20m、30m、40m、50m；W：建筑的宽度20m、30m、40m、50m，得到了16组工况，其具体的设计工况如表1所示；
(2)在步骤(1)中进行模拟分析时采用下列公式计算不同工况参数下的风速比：
Ri＝0.616+0.012H+0.007L+0.004W-0.003D
其中，Ri：建筑物间最大风速比的值；H：建筑高度；L：建筑长度；W：建筑宽度；D：建筑之间的距离；在不同工况情况下的风速比如下所示；
实验仿真工况及结果：
工况1：高度H 40m，长度L 30m，宽度W 20m，距离D 20m，风速比1.2762；
工况2：高度H 40m，长度L 50m，宽度W 40m，距离D 40m，风速比1.4938；
工况3：高度H 40m，长度L 60m，宽度W 50m，距离D 50m，风速比1.5256；
工况4：高度H 40m，长度L 40m，宽度W 30m，距离D 30m，风速比1.4034；
工况5：高度H 60m，长度L 40m，宽度W 50m，距离D 20m，风速比1.8117；
工况6：高度H 50m，长度L 60m，宽度W 40m，距离D 20m，风速比1.6577；
工况7：高度H 70m，长度L 50m，宽度W 30m，距离D 20m，风速比1.9022；
工况8：高度H 70m，长度L 30m，宽度W 50m，距离D 40m，风速比1.6552；
工况9：高度H 70m，长度L 60m，宽度W 20m，距离D 30m，风速比1.8044；
工况10：高度H 60m，长度L 30m，宽度W 40m，距离D 30m，风速比1.5623；
工况11：高度H 70m，长度L 40m，宽度W 40m，距离D 50m，风速比1.7212；
工况12：高度H 50m，长度L 40m，宽度W 20m，距离D 50m，风速比1.4621；
工况13：高度H 60m，长度L 50m，宽度W 20m，距离D 50m，风速比1.6332；
工况14：高度H 50m，长度L 50m，宽度W 50m，距离D 30m，风速比1.7188；
工况15：高度H 60m，长度L 60m，宽度W 30m，距离D 40m，风速比1.7530；
工况16：高度H 50m，长度L 30m，宽度W 30m，距离D 50m，风速比1.4107；
建筑物周围风场分布可看出在行人高度处，气流受到建筑物的阻挡后，在正对迎风面区域形成了滞流区，此处风速较低：在建筑物背风面风速下降形成了大片的静风区，风速也比较小；而在两个建筑之间，由于形成了“巷道效应”，此处产生了较大的风速，在两建筑之间通常可作为行人通道，是人们活动较多且必经的区域，评价过程中将两建筑物之间作为通道作为风速的监测点，并且通过计算可以得到该点处的风速比；
(3)现场采集并记录无建筑物干扰时在人行高度处处的风速U0，利用步骤(2)中计算所得的风速比通过公式换算各工况情况下两建筑物间的最大的风速值：
Ri＝Ui/U0
其中，Ri：由于建筑物所产生的风速比；Ui：有建筑物干扰时在人行高度处的风速；U0：无建筑物干扰时在人行高度处的风速；
(4)将步骤(3)中计算所得的建筑物间人行高度处最大的风速值与规范规定的风速要求进行比较，评价是否满足风环境的要求；
利用该方法与实例进行验证，选取典型的多层、小高层、高层建筑为例进行验证；结果如下所示；
各建筑形式实例验证：
多层建筑的进深13m、长度42m、高度18m、建筑间距11m、计算风速比1.105；
小高层建筑的进深14m、长度44m、高度27m、建筑间距15m、计算风速比1.155；
高层建筑的进深27m、长度60m、高度90m、建筑间距32m、计算风速比1.631；
结果表明，上述计算的有建筑物干扰时在人行高度处的风速分别为3.3m/s、3.5m/s和4.9m/s，均小于规定的5m/s，说明建筑物间人行高度处风环境符合规定和要求，该评价方法也是切实可行的；
此外，在所述步骤(1)中采用梯度风来模拟入口边界条件，计算公式为：
U＝U0(Z/10)α
其中，U：高度为Z处的风速；U0：标准高度处的风速，郑州地区10m高度处的风速为3.4m/s；Z：所求风速位置的高度；α：C类地貌粗糙度指数＝0.22；因此需要采集并记录现场高度为Z处的风速值以及所求风速位置的高度值；
最后，该评价方法中所述的人行高度为1.5～2m；在步骤(1)中采用四面体结构化网格对计算区域进行网格划分，对建筑物周围的区域进行局部细化，总网格数为190～200万个；在步骤(1)中选取RNG模型作为计算模型；步骤(3)中现场采集并记录无建筑物干扰时在人行高度处处的风速U0的测点数为110～120个，取其平均值；
所述采集并记录现场高度为Z处的风速值的测点数为110～120个，取其平均值。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410598113.6A CN104361157B (zh) | 2014-10-31 | 2014-10-31 | 一种建筑物间风环境的评价方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410598113.6A CN104361157B (zh) | 2014-10-31 | 2014-10-31 | 一种建筑物间风环境的评价方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104361157A CN104361157A (zh) | 2015-02-18 |
| CN104361157B true CN104361157B (zh) | 2017-09-19 |
Family
ID=52528417
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410598113.6A Expired - Fee Related CN104361157B (zh) | 2014-10-31 | 2014-10-31 | 一种建筑物间风环境的评价方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104361157B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106156516B (zh) * | 2016-07-21 | 2019-01-08 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于风洞试验的城市街区行人风环境评估方法 |
| CN106250590B (zh) * | 2016-07-21 | 2019-09-13 | 哈尔滨工业大学 | 一种基于cfd数值模拟的高空露天平台行人风环境评估方法 |
| CN107544375B (zh) * | 2017-07-17 | 2020-01-14 | 天津大学 | 一种家用住宅空气品质控制策略分析方法 |
| CN110175374A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-08-27 | 浙江大学城市学院 | 一种基于cfd数值模拟的双子楼建筑风环境的优化方法 |
| CN110532666A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-12-03 | 中国石油大学(华东) | 基于风环境变化的城市微气候演变分析方法 |
| CN110991874B (zh) * | 2019-11-29 | 2024-02-13 | 上海市建筑科学研究院有限公司 | 一种建筑群微环境测评方法、平台和系统 |
| CN114937137B (zh) * | 2022-07-25 | 2022-09-30 | 中国建筑第二工程局有限公司 | 一种基于bim与gis的建筑环境智能分析方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103823931A (zh) * | 2014-02-21 | 2014-05-28 | 同济大学 | 一种运用简化模型和非结构化网格进行建筑设计的方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8775220B2 (en) * | 2011-10-26 | 2014-07-08 | Core Programs | Method and system for estimating economic losses from wind storms |
-
2014
- 2014-10-31 CN CN201410598113.6A patent/CN104361157B/zh not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103823931A (zh) * | 2014-02-21 | 2014-05-28 | 同济大学 | 一种运用简化模型和非结构化网格进行建筑设计的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 建筑间行人高度处的风环境设计;吕亚军等;《兰州理工大学学报》;20141028;第40卷(第5期);136-139 * |
| 武汉地区住宅小区风环境的数值模拟分析;王青 等;《中外建筑》;20091231(第12期);95-97 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104361157A (zh) | 2015-02-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104361157B (zh) | 一种建筑物间风环境的评价方法 | |
| Hong et al. | Validation of an open source CFD code to simulate natural ventilation for agricultural buildings | |
| Montazeri et al. | Two-sided wind catcher performance evaluation using experimental, numerical and analytical modeling | |
| Bitog et al. | Numerical simulation study of a tree windbreak | |
| Mak et al. | A numerical simulation of wing walls using computational fluid dynamics | |
| Gorlé et al. | Dispersion in the wake of a rectangular building: validation of two Reynolds-averaged Navier–Stokes modelling approaches | |
| Chang et al. | The effect of surroundings with different separation distances on surface pressures on low-rise buildings | |
| Yang et al. | LES study of turbulent flow fields over hilly terrains—Comparisons of inflow turbulence generation methods and SGS models | |
| Tamura et al. | Development of CFD and applications: Monologue by a non-CFD-expert | |
| CN113705125B (zh) | 一种高层建筑局域风场cfd模拟分析方法 | |
| Zheng et al. | Characteristics of wind flow around a target building with different surrounding building layers predicted by CFD simulation | |
| Weerasuriya | Computational Fluid Dynamic (CFD) simulation of flow around tall buildings | |
| He et al. | A novel methodology for architectural wind environment study by integrating CFD simulation, multiple parametric tools and evaluation criteria | |
| Hågbo et al. | Pedestrian wind comfort assessment using computational fluid dynamics simulations with varying number of wind directions | |
| CN104951798A (zh) | 基于emd的lssvm非平稳脉动风速预测方法 | |
| Zhan et al. | Effects of sand-fixing and windbreak forests on wind flow: a synthesis of results from field experiments and numerical simulations | |
| Li et al. | Validation and comparison of different CFD simulation software predictions of urban wind environment based on AIJ wind tunnel benchmarks | |
| Hwang et al. | Large-eddy simulations of wind-driven cross ventilation, Part 2: Comparison of ventilation performance under different ventilation configurations | |
| Ji et al. | An inflow turbulence generation method for large eddy simulation and its application on a standard high-rise building | |
| Kim et al. | Effects of a building’s density on flow in urban areas | |
| KR102392067B1 (ko) | 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics) 모델을 이용한 체승 도시 협곡의 단계별 3차원 바람장 분석 시스템 및 이를 이용한 분석 방법 | |
| Verma et al. | Wind effects on rectangular and triaxial symmetrical tall building having equal area and height | |
| KR102387251B1 (ko) | 수목 항력 효과를 반영한 전산유체역학(Computational Fluid Dynamics) 모델을 이용한 보행자 풍환경 분석 시스템 및 이를 이용한 분석 방법 | |
| Mohammed et al. | Computational and experimental investigations of the impacts of window parameters on indoor natural ventilation in “Sultan Al-Ashraf Qaytbay” Mosque | |
| US8170813B2 (en) | Determining effects of turbine blades on fluid motion |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20170919 Termination date: 20191031 |