专题--建筑总平面优化设计-风环境-热环境

专题建筑总平面优化设计设计要点：综合分析场地室外的风环境、光环境（日照）与周边噪声，做好设计前期的分析工作，能够在设计时对场地的气候环境、人工环境尽可能准确地掌握，以达到合理设计的目的。Ⅰ:室外通风模拟一、概述（一）计算依据《绿色建筑评价标准》（GB/T50378—2006）《绿色建筑评价标准》（GB/T50378—2015）《绿色建筑评价技术细则》《湖北省绿色建筑评价标准实施细则》（二）标准要求依据《绿色建筑评价标准》（GB/T50378—2006）第4章居住建筑第1节节地与室外环境4.1.13规定“住区风环境有利于冬季室外行走舒适及过渡季、夏季的自然通风”。《湖北省绿色建筑评价标准实施细则》Phoenics界面和菜单1、场地内风环境有利于冬季室外行走舒适及过渡季、夏季的自然通风，评价分值：6分。评分规则如下：1）冬季典型风速和风向条件下，建筑物周围人行区风速低于5m/s，且室外风速放大系数小于2，得2分。2）除迎风第一排建筑外，建筑迎风面与背风面表面风压差不大于5Pa，得1分。3）过渡季、夏季典型风速和风向条件下，场地内人活动区不出现涡旋或无风区；或50%以上建筑的可开启外窗表面的风压差大于0.5Pa。得3分。2、缓解城市热岛效应，评价分值：4分。评分规则如下：（1）夏季典型日室外日平均热岛强度不高于1.5℃，得4分；（2）当不便于按第1款评判时，若采取下列措施中的至少2项，得4分：1)红线范围内户外活动场地有遮荫措施的面积超过50%；2)超过70%的建筑外墙和屋顶的太阳辐射反射系数不低于0.4；3)超过70%的道路的太阳辐射反射系数不低于0.4；4)夏季空调室外排热较标准情况降低50%以上。热岛强度：城市内一个区域的气温与郊区气温的差别，用两者差值表示。（三）自然通风、热岛效应分析软件1、PHOENICS介绍vPHOENICS软件是一款集室内、室外通风、热岛分析功能于一体的绿色建筑节能评估软件。v可准确模拟建筑内部、建筑周围风速、风速放大系数、风压、温度等分布情况，为优化建筑布局，改善建筑物朝向、开窗位置、空调布局等提供方案指导。v同时PHOENICS软件在消防安全、火灾烟雾、城区污染物扩散等方面也有广泛应用。9菜单栏工具栏标题可视化界面快捷键建模与前处理位置尺寸视窗调整3、界面2020/7/2110视窗调整可执行该操作调出编辑框等各操作窗口用来调整视图区对象的位置、方向、大小等2020/7/2111RunPreprocessor：前处理中设置物体属性和计算设置ParallelSolverorSolver：计算求解PostProcessor：后处理中进行计算结果的查看二、建模1、CAD建模（闭合的PL线描摹建筑的外形,封闭该轮廓——reg（region)使建筑轮廓线变成面域——ext拉伸体——union组合体——stlout输出为.stl格式的文件，“创建二进制STL文件”选“否”。2、SketchUp建模：a）将SketchUp模型保存为dxf格式b）将dxf文件导入pro-e，选择“零件”。c）保存为STL文件，选择“asc2码”d）导入PHOENICS。注意：1）SketchUp里面的面需要是正的且各面能组成封闭的体，否则导入会失败。2）各个封闭的体之间不能相互交叠。3）导入phonenics时，需要改变定点坐标（0，0，0），比例0.001（如果在sketchup中的单位是毫米的话）模型导入PHOENICS软件的几点要求如下：CAD的导出：1.必须是三维实体图形2.图形实体位于第一象限3.输出格式为STLSketchUP模型导入PHOENICS软件中的注意点：1.必须是三维封闭的图形2.所有的面的方向朝外3.文件的输出格式为3DS，单位为m三、计算流程图1、模型导入2、调整计算域：边界高度调整为实体模型最高高度的3～6倍。3、设置风的环境边界条件4、调整网格数量。5、设置具体的求解模型（前处理操作）6、求解7、分析图（后处理操作）前处理设置1、打开PHOENICS软件，新建flair模块。OK（一）、模型导入设置FLAIR:是英国CHAM公司针对建筑及暖通空调专业设计的CFD专用模块选择NewObject，打开新建物体对话框。2、导入物体。19设置物体形状，打开shape，从Geometry对话框可以找到PHOENICS自带的各种各样几何形状的物体。3、设置物体的类型、大小、位置和形状。将stl文件读入进来之后TakesizefromGeometryfileYes-------------------读取物体的几何尺寸TakepositionfromGeometryfileYes-------------------读取物体的位置OriginofCADco-ordinatesystemFromCAD---------原CAD坐标Geometryscalingfactor1.000000------------单位换算21PHOENICS的默认单位为米(m)，如果导入的CAD文件是以mm为单位，这里输入系数0.001，将其转化成m。点击apply------》ok前处理操作（二）计算域的确定导则：模型的计算区域：建筑覆盖区域小于整个计算区域面积3％；以目标建筑为中心，半径6H（建筑物高度）范围内为水平计算区域。建筑上方计算区域要大于3H（建筑物高度）设置区域的大小：区域6H（绿建）12-16H（研究）高度方向：3-6H•设置区域的大小•设置物体的位置NOTE:选中物体模型时，Position和size为在此模型的位置和大小没有选中如何物体时，Position为probe（监测点）的位置，Size为计算域大小在此处设置位置及尺寸（三）、WIND的属性选择NewObject，打开新建物体对话框。设置风的属性。风速风向风速位置梯度风-指数/对数风垂直方向粗糙度天空地平面风速导则要求网格划分：根据建筑边长划分适当的网格；重点观测区域要在地面以上第三个内或更高的网格内（1.5米）（四）网格设置和调整1.5m高度以内3个网格（四）网格设置和调整网格疏密的调整操作2020/7/2131坐标系选择稳态与非稳态计算域尺寸网格数分块网格加密处理PARSOLA直接加密33如果有一定网格划分基础的话，可以分别打开Xdirection、Ydirection、Zdirection。可以对各个区块详细划分。单击Freeall，则会均匀划分网格B均匀网格2020/7/2134正负号表示网格变化方向|Power|1,表示网格渐渐变大|Power|1,表示网格渐渐变小c渐变网格35D.物体影响网格（Objectaffectsgrid）物体影响网格（Objectaffectsgrid）功能可以对三个方向进行选择选择object，鼠标右键（五）前处理操作点击MENU为项目标识名字1、项目命名381)物理模型主要在domainsetting窗口的Models里面选择Model里面还有一些其他的常用模型：速度和压力场，温度场，舒适度，湿度，烟气等。2、PHOENICS设置：EnergyEquation——Temperature——off；Turbulencemodels——KEMODL402)材料和环境参数物质属性的选择:材料属性有固体，液体，气体和其他材料选择本处不做修改，使用默认设置，单击TopMenu41ActivateRestartforallvariables，激活后将以上次计算结果为初始条件进行计算，Resetinitialvaluestodefault，重新开始计算。点击Resetinitialvaluestodefault后，单击TopMenu接受修改3)初始化设置424)源相设置本处不做修改，使用默认设置，单击TopMenu重力循环边界条件（首尾相接）壁面函数粗糙度科氏力采用Inform增加源项435)Numerics选项设置可以设置计算时间（迭代步），收敛参数，松弛因子，差分格式等。计算时间控制收敛控制松弛因子矢量迭代控制变量溢出限制差分格式选择点击Numerices：Totalnumberofiterations设为1500（针对小区）；(迭代次数越多越精确,但时间也会越长)45Output选项设置Output项可以设置监视点的位置，合成速度输出设置，瞬态求解时各时刻输出数据的存储设置等等本处不做修改，使用默认设置，单击TopMenu监测点位置探头位置导出量，如流场速度（XYZ方向速度合成）、热传系数、Mach数等力和力矩输出五、求解计算收敛的判断后处理查看计算未完成但收敛良好的情况下可中途停止计算，方法如下：1.按键盘任一键;2.鼠标点击视图中的”Endjob”.P---压力;T---温度;V---速度;C---参数控制.2020/7/2150单击'Run','Postprocessor',选择GUIPostprocessor(VRViewer)。PHOENICS自带的VR-viewer显示的变量显示的切面云图矢量图当前显示的截面位置云图contourtoggle(风速）云图contourtoggle（风压）速度矢量vectortoggle（风压）点击此方向图标显示如图中风压矢量图点击此方向图标显示如图中风速矢量图点击此处,出现左侧对话框(ViewerOptions),设置风速显示范围输入显示的风速最小值、最大值。风速标尺由整个计算区域的速度值勤范围调整至设置值勤范围调整矢量图的疏密调整矢量箭头大小设置矢量箭头X、Y、Z三个方向的距离调整速度值显示范围后的效果如下图轮廓更清晰截取X轴不同距离处的截面观察来流风绕过建筑的流场变化情况图形界面元素显示选择右击此键，弹出ViewOptions对话框架，设置图中相关元素是否需要显示。61单击快捷栏C按钮，查看其他变量Currentvariable当前变量Minimumvalue和maximumvalue设置颜色标尺的最大最小值Line等值线Transparent透明Averaged平均值Continuous云图渐变过渡Updatepalette设置颜色块Opaqueness透明度设置矢量箭头长度设置矢量箭头疏密度63Showgrid显示网格Showslice显示切面Showminmaxlocation显示最大值和最小值Showprobe显示监测点Showcellposition显示网格位置Showaxes显示坐标轴Showplottitle显示标题Showcontourkey显示颜色条64设置等值面图设置查看范围计算结果生成动画1、做流线图动画。设定流线形式、数目、方向、起始和终点位置。2、单击OK，弹出StreamlineManagement对话框，选择Object—New，单击OK就产生流线。3、单击Animate，即可看见流线运动流线图的产生方法1.右击设置指针、坐标显示2.右击弹出流线设置对话框(Streamlineoptions)3.设置流线形状4.设置流线粗细3.设置流线绘制方式1.左键单击此流线绘制图标出现StreamlineManagement对话框2.调整指针位置作为流线绘制起点3.新建流线4.单击Animate即可看见流线运动1.只要单击此处，就可以做动画。单击，选择文件保存位置2.单击此处，即可录制动画。3.单击此处，选择文件保存位置70Exercise室外环境通风前处理导入CAD模型，设置计算区域尺寸设置网格数，局部网格加密添加wind模型，设置风速,风向，风梯度，室外地面的粗糙程度设置计算步数求解后处理风压图风速图风速放大武汉风环境模拟气象参数工况主导风向风向频率风速（m/s）室外大气压力夏季SE9%299967冬季NNE20%3.9102447实例分析以武汉某居住小区规划为案例进行分析，该居住区建筑产品形态以高层住宅为主，内部为多层,总平面规划确定为围合式布局和行列式布局。设计考虑全年的主导风向,追求景观与环境品质,景观轴线与风向一致。最大风速为3.84m/s,最小风速0.066m/s。