建筑室外风环境CFD模拟技术研究现状

第3 0卷第 2期2 0 1 4年 2月

建筑，科学BUI LDI NG SCI ENCE

V0 1 . 3 0. No . 2 Fe b.201 4

[文章编号] 1 0 0 2 - 8 5 2 8 ( 2 0 1 4 ) 0 2 - 0 1 0 8 - 0 7

建筑室外风环境 C F D模拟技术研究现状庄智，余元波，叶海，谭洪卫，谢俊民 ( 1 .同济大学绿色建筑及新能源研究中心，上海2 0 0 0 9 2; 2 .同济大学建筑与城市规划学院，高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室，上海 2 0 0 0 9 2 ) [摘要]本文通过开展广泛的国内外建筑群风环境模拟技术相关的文献调研，归纳总结了目前建筑风环境模拟技术在问题简化、计算模型、网格处理、边界设置、方程求解、模拟工具选择等方面已有的研究成果，指导和规范建筑风环境模拟评价分析过程，可用于绿色建筑咨询、设计及工程实践。

[关键词]风环境； C F D;建筑通风；绿色建筑[中图分类号] T U一 0 2 3 [文献标识码]A

Re v i e w o n CF D S i mu l a t i o n Te c h n o l o g y o f Wi n d En v i r o n me n t a r o u n d Bu i l d i n g sZ HU A NG Z h i,Y U Y u a n b o ,Y E Ha i ,T A N Ho n g we i ,XI E J u n mi n ( 1 .R e s e a r c h C e n t r e o f G r e e n B u i l d i n g a n d N e wE n e r g y R e s o u r c e,T o n g j i U n i v e r s i t y,S h a n g h a i 2 0 0 0 9 2, C h i n a; 2 .C o l l a g e o f A r c h i t e c t u r e a n d U r b a n P l a n n i n g, T o n g j i U n i v e r s i t y, K e y

L a b o r a t o r y f o E c o l o g y a n d E n e r g y— s a v i n g S t u d y o f D e n s e H a b i t a t, Mi n i s t r y f o E d u c a t i o n, S h a n g h a i

2 0 0 0 9 2, C h i n a )A bs t r a c t: By a b r o a d r a n g e o f i n v e s t i g a t i o n o n t he l i t e r a t u r e r e l a t e d t o f o r e i g n a n d d o me s t i c wi nd e n v i r o n me n t s i mul a t i o n t e c h n o l o g i e s o f b u i l d i n g g r o u p s,t h i s p a pe r s umm a r i z e s t he e x i s t i n g r e s e a r c h r e s u l t s o f t h e c u r r e n t wi nd e n v i r o n me n t s i mul a t i o n t e c h n o l o g i e s o f bu i l d i n g s i n p r o b l e m s i mp l i f i c a t i o n, c a l c u l a t i o n mo d e l,me s h p r o c e s s i n g, b o u n da r y s e t t i ng, e q u a t i o n s o l v i n g, s i mu l a t i o n t o o l s a nd o t h e r a s p e c t s, whi c h c a n g ui d e a n d s t a n d a r d i z e t h e

p r o c e s s e s o f e v a l ua t i o n a n d a n a l y s i s o f wi n d e nv i r o n me n t s i mu l a t i o n o f b u i l d i n g s a n d i s a p p l i c a b l e f o r c o n s u l t i n g,d e s i g n a n d e n g i ne e r i n g p r a c t i c e o f g r e e n bu i l di n g s . Ke y wo r ds: wi n d e n v i r o n me n t,CFD, b u i l d i n g v e n t i l a t i o n,g r e e n bu i l di n g s

0 引 言我国建筑能耗约占社会总能耗的 3 0%,且每年新增建筑面积在 1 0~ 2 0亿平方米。目前，我国绿色建筑发展逐步从理论走向工程实践，无论是国家还是地方的绿色建筑评价标准，

都对建筑周围风环境状况有了相应要求。比如，在条文说明中明确要求建筑物周围人行区风速低于 5 m/ s,建筑总平面设计有利于夏季自然通风等。这是因为，建筑单体设

目前，建筑室外风环境评价方法主要有风洞试

验法和数值计算方法。风洞试验法具有模型制作成

本高、周期长、难以同时研究不同方案等特点，而数值计算方法利用计算流体力学理论 ( C F D)进行模拟分析，具有快速简便、准确有效、成本较低等优点，受到广泛认可并大量应用到工程实践中。然而，在工

程应用过程中，由于从事模拟工作的人员理论水平差异，导致在风环境模拟的分析流程及处理方式上千差万别，如模拟工况、边界条件设置、计算结果判

计或建筑群体布局不当会产生行人的舒适与安全、 不利于开窗通风、局部通风不良致使污染物难以扩散等问题，可见对建筑室外风环境进行预测评价来指导设计是十分必要的。[收稿日期] 2 0 1 3 - 0 9— 2 9 [修回日期]2 0 1 3 - 1 2 . 1 5 [基金项目】高密度人居环境生态与节能教育部重点实验室课题“城市建筑群风环境模拟技术规范化研究” [作者简介]庄智( 1 9 8 2 . ),男，博士，讲师[联系方式]z h g z h i@g ma i l . c o m

断等方面考虑和处理不规范，导致模拟结果产生较大的不确定性，进而影响方案设计和判断。为了合理地规划和设计建筑，有必要开展建筑风环境 C F D模拟技术规范化研究。

为此，本文针对目前已经开展广泛的国内外建筑群风环境模拟技术相关的文献和实际工程调研。

基于目前现状，归纳汇总建筑群风环境 C F D模拟技术方面已有的研究成果，指导和规范绿色建筑风环

第 2期

庄

智，等：建筑室外风环境 C F D模拟技术研究现状

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境模拟评价分析过程。

欧洲科技研究领域合作组织 C O S T规定计算域在高度、横向和流动 (人流、出流 )方向上的大小，取决于所描述的区域和所使用的边界条件。其中：

1 建筑风环境模拟技术研究现状下面将

建筑室外风环境模拟技术的相关成果分别从模型简化、计算区域确定、网格划分、边界条件制作、计算模型选择、离散格式选择、迭代收敛标准以及模拟工具选择 8个方面进行汇总，并进行比较分析。1 . 1模型简化

针对高度方向的计算域尺寸规定为，对于单个建筑或建筑群，计算域顶部与目标建筑顶部之间距离至少为 5 H,其中日是单个建筑高度或建筑群中最高建筑物高度。德国工程师协会 V D I 提出采用阻塞率指标来确定高度方向的计算域，这里阻塞率定义为流动方向的建筑投影面积与计算域的自由截面之比。在风洞实验建模时，建议最大阻塞率小于

建筑室外风环境计算模型是依据建筑实际尺寸

建立的三维几何模型，进行建筑单体或建筑群的分析均需考虑周边建筑对其气流分布的影响，为减少计算以及加快计算收敛的速度，往往需要对实际建筑进行计算模型的合理简化。绿色建筑设计标准…对模型再现区域做出了

1 0%。根据 B a e t k e等人模拟风流经立方体壁面的结果得出，在 C F D模拟时建议最大阻塞率小于 3%。在较小的阻塞率下，建议的计算区域高度(计算域顶部与目标建筑顶部之间的距离 )大于 4 H;在较大的阻塞率下，建议值大于 I O H,其中日为

规定：目标建筑边界 H(建筑物高度 )范围内应以最大的细节要求再现。在不影响建筑周边流场分布的前提下，尽量对建筑的凸凹部分进行简化，特别是在建筑弯曲、倾斜的建筑分布中，模型的简化尤为重要。比如，在计算中往往忽略建筑物的微小凹凸处，

建筑物高度。针对横向计算域尺寸，对于单个建筑或建筑群，横向距离至少为 5 H,其中日是单个建筑

高度或建筑群中最高建筑物高度。针对流向上计算域尺寸，考虑到计算域在前面区域 (入流 )和后面区域 (出流 )的纵向延伸，建成区域必须能够辨别。对于单体建筑，如果已知迎面流分布，人流边界与建筑边界之间的距离推荐值为 5 H。德国工程师协会 V D …… 此处隐藏：3681字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……