論風(fēng)環(huán)境對建筑設(shè)計的重要性以及風(fēng)環(huán)境模擬的方法論文

1、<p>　　論風(fēng)環(huán)境對建筑設(shè)計的重要性以及風(fēng)環(huán)境模擬的方法</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權(quán)說明</p><p><b>　　原創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文），是我個人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其

2、他人或組織已經(jīng)發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。</p><p>　　作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　 </p><p>　　指導(dǎo)教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　

3、</p><p><b>　　使用授權(quán)說明</b></p><p>　　本人完全了解 大學(xué)關(guān)于收集、保存、使用畢業(yè)設(shè)計（論文）的規(guī)定，即：按照學(xué)校要求提交畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版本；學(xué)校有權(quán)保存畢業(yè)設(shè)計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務(wù)；學(xué)?？梢圆捎糜坝?、縮印、數(shù)字化或其它復(fù)制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡?/p>

4、部分或全部內(nèi)容。</p><p>　　作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　 </p><p><b>　　學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體

5、已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。</p><p>　　作者簽名： 日期： 年 月 日</p><p>　　學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書</p><p>　　本學(xué)位論文作者完全了解學(xué)校有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交

6、論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)　　 　 　大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。</p><p>　　涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。</p><p>　　作者簽名：日期： 年 月 日</p><p>　　導(dǎo)師簽名： 日期

7、： 年 月 日</p><p><b>　　注 意 事 項</b></p><p>　　1.設(shè)計（論文）的內(nèi)容包括：</p><p>　　1）封面（按教務(wù)處制定的標準封面格式制作）</p><p><b>　　2）原創(chuàng)性聲明</b></p><p>　　3）中

8、文摘要（300字左右）、關(guān)鍵詞</p><p>　　4）外文摘要、關(guān)鍵詞 </p><p>　　5）目次頁（附件不統(tǒng)一編入）</p><p>　　6）論文主體部分：引言（或緒論）、正文、結(jié)論</p><p><b>　　7）參考文獻</b></p><p><b>　　8）致謝</

9、b></p><p>　　9）附錄（對論文支持必要時）</p><p>　　2.論文字數(shù)要求：理工類設(shè)計（論文）正文字數(shù)不少于1萬字（不包括圖紙、程序清單等），文科類論文正文字數(shù)不少于1.2萬字。</p><p>　　3.附件包括：任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（復(fù)印件）。</p><p>　　4.文字、圖表要求：</p&g

10、t;<p>　　1）文字通順，語言流暢，書寫字跡工整，打印字體及大小符合要求，無錯別字，不準請他人代寫</p><p>　　2）工程設(shè)計類題目的圖紙，要求部分用尺規(guī)繪制，部分用計算機繪制，所有圖紙應(yīng)符合國家技術(shù)標準規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫</p><p>　　3）畢業(yè)論文須用A4單面打印，論文50頁以上的雙面打印</p>

11、<p>　　4）圖表應(yīng)繪制于無格子的頁面上</p><p>　　5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔</p><p><b>　　5.裝訂順序</b></p><p><b>　　1）設(shè)計（論文）</b></p><p>　　2）附件：按照任務(wù)書、開題報告、外文譯文、譯文原文（

12、復(fù)印件）次序裝訂</p><p><b>　　指導(dǎo)教師評閱書</b></p><p><b>　　評閱教師評閱書</b></p><p>　　教研室（或答辯小組）及教學(xué)系意見</p><p>　　摘要：本論文論述了風(fēng)環(huán)境對建筑設(shè)計的重要性以及各種風(fēng)環(huán)境的模擬方法介紹，最后利用風(fēng)環(huán)境模擬方法中的PHO

13、ENICS軟件模擬了行政服務(wù)中心項目的風(fēng)環(huán)境。</p><p>　　關(guān)鍵詞：風(fēng)環(huán)境 綠色建筑 舒適 流通 風(fēng)速 風(fēng)壓 PHOENICS</p><p><b>　　正文：</b></p><p>　　隨著人們生活水平的提高，人們對居住、辦公環(huán)境的要求越來越高。如何在建筑室內(nèi)各部分維護良好通風(fēng)的同時避免廢棄回流，在室外環(huán)境規(guī)劃中維護“

14、風(fēng)道”，促進城市空氣流通更新與人們聚集區(qū)域的風(fēng)速舒適與減輕污染，成為設(shè)計建筑風(fēng)環(huán)境的基本考慮。建筑群風(fēng)環(huán)境與建筑室內(nèi)通風(fēng)是營造人體生理舒適性的主要因素，而且通風(fēng)效率與建筑節(jié)能直接相關(guān)，是可持續(xù)發(fā)展的“綠色建筑”的重要主題。對于中國這樣廣大地區(qū)的氣候環(huán)境差異，造成南北方、長江流域以及亞熱帶地區(qū)完全不同的風(fēng)環(huán)境考慮，建筑布局如何適應(yīng)當(dāng)?shù)貧饬鳁l件，以及采暖節(jié)能與制冷節(jié)能對風(fēng)環(huán)境的完全不同要求，都對建筑設(shè)計提出了要求。</p>&

15、lt;p>　　隨著人口密度的提高，用地開始緊張，高層建筑成了開發(fā)商們的首選。風(fēng)荷載是高層建筑的主要側(cè)向荷載之一。1926年9月美國邁阿密市麥芽喀隆大樓在臺風(fēng)襲擊后發(fā)生塑形變形，頂部殘余位移達0.61米。我國深圳一座超高層建筑在多次不同風(fēng)洞測驗中，還發(fā)現(xiàn)橫風(fēng)向強烈風(fēng)震現(xiàn)象。眾多工程實例表明，結(jié)構(gòu)抗風(fēng)分析是高層建筑重要設(shè)計計算的因素。</p><p>　　當(dāng)然風(fēng)環(huán)境不僅對建筑產(chǎn)生影響還會對建筑周邊的行人產(chǎn)生影響

16、。當(dāng)一棟大樓矗立起來，不可避免地改變了原來吹經(jīng)此處的風(fēng)的走向，即改變此片地塊的風(fēng)環(huán)境。這種改變有可能產(chǎn)生不良影響。例如商業(yè)街和成排成列的住宅區(qū)兩旁，形成人工“街道峽谷”，也可以說是弄堂，風(fēng)匯合在街道弄堂里，由于“峽谷效應(yīng)”，風(fēng)速加大，出現(xiàn)局部強風(fēng)，加上建筑物的阻滯，形成漩渦和強烈變化的升降氣流等復(fù)雜的空氣流動現(xiàn)象。不僅群體建筑會形成不良區(qū)域性風(fēng)氣候，單體高層建筑福今年也會出現(xiàn)不利的風(fēng)環(huán)境。高層建筑趨于將高空的高速氣流引至地面，特別是建筑

17、轉(zhuǎn)角處，流動加速，并在建筑前方形成停駐的漩渦，將惡化建筑周圍行人高度的風(fēng)環(huán)境，危及過往行人安全。</p><p>　　以上我們敘述了風(fēng)環(huán)境對我們的重要性，但是期望在建筑風(fēng)荷載規(guī)范里尋找具體地貌區(qū)域里，設(shè)計外形各異的建筑物風(fēng)荷載體形系數(shù)供設(shè)計計算之用，無疑是困難的。何況不同風(fēng)向角下，其流態(tài)是不同的，風(fēng)荷載體形系數(shù)是變化的，建筑物間也存在相互干擾，風(fēng)荷載的影響是難以評估的，故只有通過模型的風(fēng)洞試驗來了解在風(fēng)力作用下高

18、層建筑群體間的相互干擾影響和改變其外表周邊風(fēng)壓分布情況，獲取必要的風(fēng)荷載數(shù)據(jù)，才能準確評估各個高度上局部風(fēng)環(huán)境詳情，確保安全舒適的風(fēng)環(huán)境。</p><p>　　風(fēng)洞試驗是當(dāng)前建筑室外風(fēng)環(huán)境及風(fēng)工程領(lǐng)域使用的主要方法，它是通過制作實際建筑物的縮尺模型在大氣邊界層風(fēng)洞中進行的，通過必要的手段產(chǎn)生類似于實際建筑周圍的風(fēng)場，然后通過布置在模型表面及周圍的試驗儀器測量風(fēng)速、風(fēng)壓等相關(guān)數(shù)據(jù)，當(dāng)前研究內(nèi)容已經(jīng)涵蓋了建筑物在不同

19、地貌下以及各種體型的高層建筑的風(fēng)壓風(fēng)速分布研究以及不同高度比和相對位置的變化所產(chǎn)生的相互干擾影響。但是風(fēng)洞試驗也存在著諸如模型制作費時費力，試驗周期較長，難以同時研究不同的建筑設(shè)計方案等缺點，而且縮小尺寸的試驗?zāi)Ｐ筒⒉豢偸悄芊从橙壤Y(jié)構(gòu)的各方面特征，另外，在測點布置、同步測壓等一系列問題上也有很多不足有待解決。</p><p>　　除了風(fēng)洞試驗，建筑室外風(fēng)環(huán)境的評價方法目前主要還有網(wǎng)絡(luò)法以及數(shù)值計算法。<

20、/p><p>　　網(wǎng)絡(luò)法是從宏觀角度對自然通風(fēng)進行分析，主要用于自然通風(fēng)建筑設(shè)計初期的風(fēng)量預(yù)測。它利用質(zhì)量、能量守恒等方程計算風(fēng)壓和熱壓作用下的自然通風(fēng)量。但由于網(wǎng)絡(luò)法不考慮房間內(nèi)部的空氣流動形態(tài)對自然通風(fēng)效果的影響，所以無法給出房間內(nèi)部的空氣詳細流動情況分析。</p><p>　　近年來隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)值計算已成為評價方法的主流。而通風(fēng)過程的數(shù)值模擬研究主要有節(jié)點法、數(shù)學(xué)模型法和

21、計算流體力學(xué)法。計算流體力學(xué)（CFD）法因其快速簡便、準確有效、成本較低等優(yōu)點在越來越多的工程問題中得到使用，并逐漸成為有效處理工程問題的手段，受到廣泛認可。</p><p>　　CDF模擬是從微觀角度針對某一區(qū)域或房間，利用質(zhì)量、能量守恒等基本方程對流場模型進行求解，分析其空氣流動情況。采用CDF對自然通風(fēng)模擬，主要用于自然通風(fēng)風(fēng)場布局優(yōu)化和室內(nèi)流場分析，以及對象中庭這類高大空間的流場模擬，通過CDF提供的直接

22、詳細的信息，便與設(shè)計者對待定的房間或區(qū)域進行通風(fēng)策略調(diào)整，使之有效地實現(xiàn)自然通風(fēng)。目前我國流行的大型商業(yè)化CDF軟件主要有Fluent，CFX，Star—CD,PHOENICS.這幾個軟件在國內(nèi)使用范圍廣、用戶多，各有特點，其能實現(xiàn)的功能大體相似，對于建筑物饒流來說，這幾種軟件都能實現(xiàn)且都有成功實現(xiàn)實例，但其價格差別較大，F(xiàn)luent的價格約為Phoenics的7、8 倍，CFX也價格不菲。考慮到實際的需要和價格因素，我們選用了Phoe

23、nics來進行建筑物風(fēng)環(huán)境的模擬以獲得良好的價格性能比。</p><p>　　PHOENICS是英國CHAM公司開發(fā)的模擬傳熱、流動、反應(yīng)、燃燒過程的通用CFD軟件，全稱為Parabolic Hyperbolic Or Elliptic Numerical Integration Code Series。網(wǎng)格系統(tǒng)包括：直角、圓柱、曲面（包括非正交和運動網(wǎng)格，但在其VR環(huán)境不可以）、多重網(wǎng)格、精密網(wǎng)格?？梢詫θS穩(wěn)

24、態(tài)或非穩(wěn)態(tài)的可壓縮流或不可壓縮流進行模擬，包括非牛頓流、多孔介質(zhì)中的流動，并且可以考慮粘度、密度、溫度變化的影響。利用模型編輯界面來建立幾何模型是最適合初學(xué)者的，因為它不僅簡單易懂，而且還可以自動生成PHOENICS輸入語言所編寫的Q1文件而不用使用者學(xué)習(xí)PHOENICS輸入語言。當(dāng)使用者對PHOENICS有了一定的了解以后，可以利用PHOENICS輸入語言直接編寫Q1文件或利用FORTRAN語言更深入地編寫一些模塊。" D&

25、quot; D. a5 o+ v, C, E1 z, T2 R% r+ o計算結(jié)果查看界面可以將計算結(jié)果以形象易懂地方式表現(xiàn)出來，也可以利用PHOENICS中的圖形處理模塊將計算結(jié)果按我們想要的形式畫出來，另外為了更好地觀察計算結(jié)果和提取有用</p><p>　　本組采用CDF手段利用PHOENICS軟件對項目周邊風(fēng)環(huán)境進項模擬，通過設(shè)置40萬網(wǎng)格進行分析計算，報告中綜合流暢風(fēng)速，風(fēng)壓三個因素對本組項目周邊風(fēng)環(huán)境

26、狀況進行分析評價。以下是本組的模擬內(nèi)容：</p><p>　　項目為新建市新建行政服務(wù)中心，建筑總用地面積為202433平方米，其中建設(shè)用地面積為166258平方米，規(guī)劃保留綠化帶36175平方米,總建筑面積45000平方米，地下車庫停車位200輛，地上停車位100輛。</p><p>　　項目地處寧波，寧波屬北亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)。氣候溫和濕潤，四季分明，雨量充沛，冬夏季風(fēng)交替明顯。 寧

27、波的四季是冬夏長（各約4個月）、春秋短（各2個月左右）。冬季，由于受蒙古高壓控制，在西伯利亞冷空氣的不斷補充南下，天氣干燥寒冷。此時盛行偏北風(fēng)。夏季，受太平洋副熱帶高壓控制，盛行東南風(fēng)，多連續(xù)晴熱天氣，除局部雷陣雨外，還會受到臺風(fēng)或東風(fēng)波等熱帶天氣系統(tǒng)影響出現(xiàn)大的降水過程。由于寧波倚山靠海，特定的地理位置和自然環(huán)境使各地氣候差異明顯、天氣復(fù)雜，但同時也形成了多樣的氣候類型。如各海島具有氣溫年較差小、冬暖夏涼的海洋性氣候特色、氣候濕潤、光

28、照條件較好、風(fēng)力資源豐富等，但易受臺風(fēng)影響；西部山區(qū)則立體氣候特征明顯，光照、氣溫、降水隨高度變化顯著，水資源相對豐富，但也極易產(chǎn)生洪澇或干旱；而廣大平原地區(qū)受季風(fēng)影響明顯。</p><p>　　本項目建模時，在不影響自然通風(fēng)的前提下對項目場地模型做了部分簡化， 如非主要通風(fēng)通道不作為計算區(qū)域等，同時保留了項目場地周圍的基本建筑，保 證計算結(jié)果的準確性。具體模型如圖所示：</p><p>

29、　　環(huán)境參數(shù)設(shè)置所屬區(qū)域為寧波市，根據(jù)深圳室外氣象參數(shù)，在計算模擬中， 對風(fēng)向和基準高度風(fēng)速的設(shè)置如下： 根據(jù)《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》提供的數(shù)據(jù)，確定以下參數(shù)： 設(shè)定夏季主導(dǎo)風(fēng)向為東南 135，基準高度處(10m)平均風(fēng)速取為 2.7m/s；冬季主 導(dǎo)風(fēng)向為東北偏北 22.5， 基準高度處(10m)平均風(fēng)速取為 3m/s。運行軟件后得出以下數(shù)據(jù)圖：</p><p>　　室外1.5米高度處風(fēng)速矢量圖&l

30、t;/p><p>　　距離地面1.5米高度風(fēng)速云圖</p><p>　　距地 1.5米處高度風(fēng)壓云圖</p><p><b>　　迎風(fēng)面風(fēng)壓</b></p><p><b>　　背風(fēng)面風(fēng)壓</b></p><p>　　從流暢圖可以看出建筑周邊流場較為均勻，沒有發(fā)現(xiàn)較大渦流風(fēng)場，整

31、體未出現(xiàn)無風(fēng)區(qū)，沒有出現(xiàn)大面積風(fēng)影區(qū)，滯留區(qū)，風(fēng)速大小適宜，不影響周邊空氣品質(zhì)。建筑周邊人行區(qū)域風(fēng)速處于0.96m/s-3.1m/s,均小于5m/s，符合人體舒適度要求。</p><p>　　項目建筑前后壓差一半達到4.0Pa，一半達到10Pa以上，室內(nèi)可利用自然通風(fēng)。能較好的滿足建筑對自然通風(fēng)的要求，適宜采用開窗進行自然通風(fēng)。既綠色環(huán)保又有利于人體健康。</p><p>　　根據(jù)《綠色建

32、筑評價標準》4.2.6 場地內(nèi)風(fēng)環(huán)境有利于室外行走、活動舒適和建筑的自然通風(fēng)：1) 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； 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；3) 場地內(nèi)人活動區(qū)不出現(xiàn)渦旋或無風(fēng)區(qū)；4) 50%以上可開啟外窗室內(nèi)外表面的風(fēng)壓差大于0.5Pa。此項目完全符合以上標準，風(fēng)環(huán)境達到綠色建筑標準。</p><p>　　根據(jù)《綠色建筑評價技術(shù)細則》4.

33、1.13住區(qū)風(fēng)環(huán)境有利于冬季室外行走舒適及過渡季、夏季的自然通風(fēng)。高層建筑的出現(xiàn)使得再生風(fēng)和二次風(fēng)環(huán)境問題凸現(xiàn)出來。在鱗次櫛比的建筑群中，由于建筑</p><p>　　單體設(shè)計和群體布局不當(dāng)，有可能導(dǎo)致局部風(fēng)速過大，行人舉步維艱或強風(fēng)卷刮物體傷人等事故。研究結(jié)果表明，建筑物周圍人行區(qū)距地1.5m高處風(fēng)速V<5m/s是不影響人們正常室外活動的基本要求。以冬季作為主要評價季節(jié)，是由于對多數(shù)城市而言，冬季風(fēng)速約為

34、5m/s的情況較多。此外，通風(fēng)不暢還會嚴重阻礙空氣的流動，在某些區(qū)域形成無風(fēng)區(qū)或渦旋區(qū)，不利于室外散熱和污染物的消散。夏季、過渡季自然通風(fēng)對于建筑節(jié)能十分重要，良好的自然通風(fēng)有利于提高室外環(huán)境的舒適度。夏季大型室外場所惡劣的熱環(huán)境，不僅影響人的舒適感，當(dāng)超過極限值時，長時間停留還會引發(fā)高比例人群的生理不適甚至中暑。</p><p>　　通過模擬我們可以發(fā)現(xiàn)本項目風(fēng)環(huán)境基本符合安全舒適的要求。但是主體建筑背面風(fēng)速較