一種建筑物間風環(huán)境的評價方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種建筑物間人行高度處風環(huán)境的評價方法，包括以下步驟：(1)以所選建筑物為依據(jù)，通過正交設(shè)計，選取一定數(shù)量的工況在CFD軟件中建立模型，采用Airpak軟件進行模擬分析；(2)在步驟(1)中進行模擬分析時計算不同工況參數(shù)下的風速比；(3)現(xiàn)場采集并記錄無建筑物干擾時在人行高度處處的風速U0，利用步驟(2)中計算所得的風速比通過公式換算各工況情況下兩建筑物間的最大的風速值；(4)將步驟(3)中計算所得的建筑物間人行高度處最大的風速值與規(guī)范規(guī)定的風速要求進行比較，評價是否滿足風環(huán)境的要求。該方法可通過利用建筑物的尺寸計算得到建筑物間最大的風速比，并初步判斷建筑物間最大的風速。
【專利說明】一種建筑物間風環(huán)境的評價方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及建筑施工領(lǐng)域，特別是涉及一種建筑物間人行高度處風環(huán)境的評價方 法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會的發(fā)展，城市化進程的加快，城市中高層建筑引起的風環(huán)境的變化越來 越受到人們的關(guān)注。高層建筑之間成為風通過的路徑，狹窄的風通道形成了"巷道效應(yīng)"， 使得該區(qū)域內(nèi)風速明顯加快，從而引起在行人在行走和活動的過程中不安全和不舒適的問 題。有些發(fā)達國家制定法規(guī)，要求對可能在建成后造成風環(huán)境問題的建筑物進行周圍環(huán)境 的評價。
[0003] 現(xiàn)在進行居住區(qū)設(shè)計時，考慮風環(huán)境的影響，通常采用如圖1所示的流程進行設(shè) 計，這種方法往往要反復(fù)進行居住區(qū)規(guī)劃的調(diào)試，消耗大量的工作進行風環(huán)境的模擬，來保 證具有舒適的風環(huán)境。而目前絕大多數(shù)建筑師在使用CFD(計算流體力學）的軟件，往往感 到比較復(fù)雜，風環(huán)境設(shè)計問題往往就被忽視，造成設(shè)計出的居住區(qū)存在風安全、風舒適的問 題。
[0004] 風速比是進行城市風環(huán)境評價中的重要的指標，它是指某地有建筑影響和沒有任 何影響時同一高度處風速的比值。風速會不斷變化，而風速比的值卻不隨之產(chǎn)生改變，反映 了由于建筑物的存在而引起風速變化的程度，利用風速比對風環(huán)境分析更具有實際意義。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種建筑物間人行高度處風 環(huán)境的評價方法。該方法可通過利用建筑物的尺寸計算得到建筑物間最大的風速比，并初 步判斷建筑物間最大的風速，進行有關(guān)于風環(huán)境的方案設(shè)計，大大簡化了設(shè)計流程，該方法 結(jié)果準確、簡單可行且效率高。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案來完成的，一種建筑物間人行高度 處風環(huán)境的評價方法，包括以下步驟：
[0007] (1)以所選建筑物為依據(jù)，通過正交設(shè)計，選取一定數(shù)量的工況在CFD軟件中建 立模型，采用Airpak軟件進行模擬分析；所述工況是在模型的計算區(qū)域中建立兩個尺寸完 全相同的建筑物，其進深用W表示，建筑物的高度用H表示，長度用L表示，兩建筑物之間距 離用D表示，單位均為m，并設(shè)置合理的計算區(qū)域邊界大??；
[0008] (2)在步驟（1)中進行模擬分析時采用下列公式計算不同工況參數(shù)下的風速比：
[0009] Ri= 0. 616+0. 012H+0. 007L+0. 004W-0. 003D
[0010] 其中，Ri:建筑物間最大風速比的值；H:建筑高度；L:建筑長度；W:建筑寬度；D: 建筑之間的距離；
[0011] (3)現(xiàn)場采集并記錄無建筑物干擾時在人行高度處處的風速U。，利用步驟（2)中 計算所得的風速比通過公式換算各工況情況下兩建筑物間的最大的風速值：
[0012] Ri = UiA0
[0013] 其中，Ri :由于建筑物所產(chǎn)生的風速比；％ :有建筑物干擾時在人行高度處的風速；Utl :無建筑物干擾時在人行高度處的風速；
[0014] (4)將步驟（3)中計算所得的建筑物間人行高度處最大的風速值與規(guī)范規(guī)定的風 速要求進行比較，評價是否滿足風環(huán)境的要求。
[0015] 優(yōu)選的，在所述步驟（1)中合理的計算區(qū)域邊界大小為計算區(qū)域的尾流區(qū)的長度 為計算高度的6倍，高度方向取建筑高度的4倍。
[0016] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，在所述步驟（1)中采用梯度風來模擬入口邊界條 件，計算公式為 ：
[0017] U=U〇(Z/10) °
[0018] 其中，U:高度為Z處的風速；Utl :標準高度處的風速；Z:所求風速位置的高度；a: 地貌粗糙度指數(shù)；因此需要采集并記錄現(xiàn)場高度為Z處的風速值以及所求風速位置的高 度值，標準高度為l〇m。
[0019] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述的人行高度為1. 5?2m。
[0020] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，在步驟（1)中采用四面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對計算區(qū)域進 行網(wǎng)格劃分，對建筑物周圍的區(qū)域進行局部細化，總網(wǎng)格數(shù)為190?200萬個。
[0021] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，在步驟（1)中選取RNG模型作為計算模型。
[0022] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，步驟（3)中現(xiàn)場采集并記錄無建筑物干擾時在人行 高度處處的風速Utl的測點數(shù)為110?120個，取其平均值。
[0023] 在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述采集并記錄現(xiàn)場高度為Z處的風速值的測點數(shù) 為110?120個，取其平均值。
[0024] 本發(fā)明的有益效果是：
[0025] 1.本發(fā)明的方法可通過利用建筑物的尺寸計算得到建筑物間最大的風速比，并初 步判斷建筑物間最大的風速，進行有關(guān)于風環(huán)境的方案設(shè)計，大大簡化了設(shè)計流程，該方法 結(jié)果準確、簡單可行且效率高。
[0026] 2.本發(fā)明的方法對提高經(jīng)濟效益、擴大工程應(yīng)用都具有較重要的理論意義和應(yīng)用 價值，為今后建筑物件風環(huán)境影響評價提供參考作用。
[0027] 附圖簡要說明
[0028] 圖1現(xiàn)有技術(shù)中居住區(qū)風環(huán)境設(shè)計流程圖；
[0029] 圖2仿真模型平面圖；
[0030] 圖3建筑物周圍風場分布圖。

【具體實施方式】
[0031] 下面結(jié)合【具體實施方式】以及附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0032] 實施例
[0033] 本實施例是以鄭州市區(qū)某小區(qū)為對象進行處理的。該小區(qū)建筑物間人行高度處風 環(huán)境的評價方法，包括以下步驟：
[0034] (1)以所選建筑物為依據(jù)，通過正交設(shè)計，選取一定數(shù)量的工況在CFD軟件中建 立模型，采用Airpak軟件進行模擬分析；該軟件采用多種求解方法和多重網(wǎng)格加速收斂技 術(shù)，可以達到最佳的收斂速度和求解精度。Airpak是面向建筑師、暖通工程師等非流體專 業(yè)人員進行流體計算的軟件，在住宅通風、排煙罩設(shè)計、建筑外部風環(huán)境等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng) 用。所述工況是在模型的計算區(qū)域中建立兩個尺寸完全相同的建筑物，如圖2所示，其進深 用W表示，建筑物的高度用H表示，長度用L表示，兩建筑物之間距離用D表示，單位均為m， 并設(shè)置合理的計算區(qū)域邊界大?。粸榱耸惯吔鐥l件更符合實際情況和使計算結(jié)果更準確， 本文采用了合理的邊界大小，計算區(qū)域的尾流區(qū)的長度為計算高度的6倍，高度方向取建 筑高度的4倍，計算域的大小在長、寬、高三個方向上都能達到建筑尺寸的3倍以上，在這樣 的計算域內(nèi)可以保證空氣流場的完整性，保證了計算數(shù)值的精確性，同時又能節(jié)省計算時 間，進行全面的分析。
[0035] 該一定數(shù)量的工況具體為將建筑的高度，長度，寬度，建筑的間距作為影響行人高 度處風速比的因素，每個因素取四個水平，H:建筑物的高度（40m，50m，60m，70m) ;L:建筑物 的長度（30m，40m，50m，60m) ;D:建筑間的間距（20m，30m，40m，50m) ;W:建筑的寬度（20m， 30m，40m，50m)，得到了 16組工況，其具體的設(shè)計工況如表I所示。
[0036] (2)在步驟（1)中進行模擬分析時采用下列公式計算不同工況參數(shù)下的風速比：
[0037] Ri = 0. 616+0. 012H+0. 007L+0. 004W-0. 003D
[0038] 其中，Ri :建筑物間最大風速比的值；H :建筑高度；L :建筑長度；W :建筑寬度；D : 建筑之間的距離。在不同工況情況下的風速比如表1所示。
[0039] 表1實驗仿真工況及結(jié)果
[0040]

【權(quán)利要求】
1. 一種建筑物間人行高度處風環(huán)境的評價方法，其特征在于包括以下步驟： (1) 以所選建筑物為依據(jù)，通過正交設(shè)計，選取一定數(shù)量的工況在CFD軟件中建立模 型，采用Airpak軟件進行模擬分析；所述工況是在模型的計算區(qū)域中建立兩個尺寸完全相 同的建筑物，其進深用W表示，建筑物的高度用H表示，長度用L表示，兩建筑物之間距離用 D表示，單位均為m，并設(shè)置合理的計算區(qū)域邊界大?。? (2) 在步驟（1)中進行模擬分析時采用下列公式計算不同工況參數(shù)下的風速比： Ri = 0. 616+0. 012H+0. 007L+0. 004W-0. 003D 其中，Ri :建筑物間最大風速比的值；H :建筑高度；L :建筑長度；W :建筑寬度；D :建筑 之間的距離； (3) 現(xiàn)場采集并記錄無建筑物干擾時在人行高度處處的風速％，利用步驟（2)中計算 所得的風速比通過公式換算各工況情況下兩建筑物間的最大的風速值： Ri = Ui/u〇 其中，氏：由于建筑物所產(chǎn)生的風速比；％ :有建筑物干擾時在人行高度處的風速；％ :無建筑物干擾時在人行高度處的風速； (4) 將步驟（3)中計算所得的建筑物間人行高度處最大的風速值與規(guī)范規(guī)定的風速要 求進行比較，評價是否滿足風環(huán)境的要求。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑物間人行高度處風環(huán)境的評價方法，其特征在于在所述 步驟（1)中合理的計算區(qū)域邊界大小為計算區(qū)域的尾流區(qū)的長度為計算高度的6倍，高度 方向取建筑高度的4倍。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的建筑物間人行高度處風環(huán)境的評價方法，其特征在于在 所述步驟（1)中采用梯度風來模擬入口邊界條件，計算公式為： U = U〇(Z/10)a 其中，U :高度為Z處的風速；％ :標準高度處的風速；Z :所求風速位置的高度；a :地貌 粗糙度指數(shù)；因此需要采集并記錄現(xiàn)場高度為Z處的風速值以及所求風速位置的高度值， 所述標準高度為l〇m。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的建筑物間人行高度處風環(huán)境的評價方法，其特征在于所述的 人行高度為1. 5?2m。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的建筑物間人行高度處風環(huán)境的評價方法，其特征在于在步驟 (1)中采用四面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格對計算區(qū)域進行網(wǎng)格劃分，對建筑物周圍的區(qū)域進行局部細 化，總網(wǎng)格數(shù)為190?200萬個。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的建筑物間人行高度處風環(huán)境的評價方法，其特征在于在 步驟（1)中選取RNG模型作為計算模型。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的建筑物間人行高度處風環(huán)境的評價方法，其特征在于步驟 (3)中現(xiàn)場采集并記錄無建筑物干擾時在人行高度處處的風速％的測點數(shù)為110?120個， 取其平均值。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的建筑物間人行高度處風環(huán)境的評價方法，其特征在于所述采 集并記錄現(xiàn)場高度為Z處的風速值的測點數(shù)為110?120個，取其平均值。
【文檔編號】G06F17/50GK104361157SQ201410598113
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】呂亞軍, 韓愛紅, 張新中 申請人:華北水利水電大學