建筑室外环境和室内通风的试验和数值模拟的思考潘咏翔

建筑室外环境和室内通风的试验和数值模拟的思考潘咏翔

潘咏翔

潘咏翔

广东宇浩地产集团有限公司广东佛山528000

摘要：建筑室内外的通风会形成风环境，通过对建筑内外通风的试验，以及数值模拟的进行，可从最后的数值与分析结果了解到风环境的质量，以此决定人们在这个环境中是否生活舒适，并根据结果对通风情况做一些调整。即通过试验与模拟，可了解风环境的基本情况，做出处理与应对，给出思考。

关键词：室外环境；室内通风；数值模拟

引言：进行建筑室外环境和室内通风的试验，用数值模拟，是以某工程为例，优化对室外风环境和室内通风的分析，结合分析结果，设计室内良好的通风系统，促进室内与室外空气的流通，为人们营造一个好的生活环境。所以，本文试验与数值模拟的进行，是以某工程为例，基于条件分析。

1.工程基本情况

该建筑群共有10栋建筑，占地面积为43024m2，这几栋建筑之间的距离参差不齐，整体布局为不规则布局，其中一栋建筑有良好的通风，同时因为建筑所在的区域气候较冷，所以建筑群内人行道的设计与室内通风必须良好解决，并保证室内空气的质量。根据某一标准给出的评价结果是（如表1所示）：

表1该建筑群人舒适度与外界环境的评价

2.试验与数值模拟

2.1试验

对于试验的内容，是基于建筑群的基本情况与评价结果，把试验内容分成三部分，分别是夏季、过渡季、冬季，以及每个季节风速、风向与室外气温的变化，设置试验步骤。具体步骤如下：其一，整合所有试验使用的信息与数据，把数据整理、分类，放到对应试验数据库内，其二，选择试验进行所需的模型，用已有的数据建立基本模型，作为后续数值模拟使用的模型，其三，选择分析网络，把模型分析的结果放到分析网络内，由其分析出结果[1]。

其中，分析网络的选择是基于风环境的设置，以及整个建筑群的网格规划，对数值模拟的结果进行分析。而模型的建立，是根据收集到得建筑群数据，用软件构建物理模型，从物理模型中，可把建筑群所有情况还原，为数值模拟提供依据。

2.2数值模拟

数值模拟的工况是，该建筑群所在的地区是大陆性季风气候，这个气候的特点是冬暖夏凉，全年风向有明显的变化，冬季降水较少。因此，构建物理模型后进，选择了相应参数，对应的情况是：工况1，夏季的盛行风，风向为南风，风速是3.70m/s，得到的概率为14%，最终的评价结果是自然通风，工况2，过渡季节的盛行风，风向由南风变为西南风，风速降为2.85m/s，是自然通风，最后工况3是冬季的盛行风，风向，风速是2.95m/s，概率是16%，评价结果是行人舒适性。

其中，工况3的分析是以人行走的区域为主，要求测量到的风速不超过5m/s，根据人体舒适性的要求，是随着温度的下降，人们越不易忍受风速，相反，人们可忍受风速。工况1与2的分析结果是夏季与过渡季的盛行风，评定结果是自然舒适。且在模拟中也进行了室内室外网格边界的设计，室外的边界设计，是基于已经确定的风速、风向，空气流动的出口可根据分析结果自主设计，同时，计算面积，确保没有滑壁，而室内网络边界的设计，是根据室内的面积的大小，以边窗为界限，以及每个工况季节的变化，逐步设定压力值，而在穿堂风条件下，若风压的差额大于0.2mpa，已经可以让建筑内部有良好的换气，如图1，空气龄与建筑进深呈比例增加。

图1风压差为0.2mpa时，空气龄与建筑进深的关系

2.3分析结果

风环境模拟：

夏季工况，距地的测试距离是1.5m，由此得到的结果是，不论是从风压还是风速，在人行区域内都没有发现漩涡，也没有发现无风区，而压差具有较大差异的是整体建筑的最底层，得到压差的数据，可用这一数据完成数值边界的设定，判定为压力边界；冬季工况，其工况结果的是，仍以1.5m距地距离为例，根据初始风速到最后风速的变化，得到了风速放大系数，而在这个季节，防风节能很难进行的位置是建筑的迎风面；过渡季工况的结果，在人行区域没有发现漩涡，也未发现无风区，其余结果与夏季工况基本一致。

自然通风：

夏季与过渡季因为室外温度较高，室内通风可用自然通风的方式，由于冬季室外温度较低，所以多以用建筑防风为主，即外窗的开启，会根据前两个工况模拟得到的压力值，计算出外窗开启后与地面的比例。其对应的结果如下：其一，夏季工况分析后，得到室内的风速较缓，测量得到的最大风速0.72m/s，风量较大，室内与室外换气的次数是每小时接近15次，而用风差设计后，得到外窗与地面之间的比例超过50%，说明室内有良好的空气。其二，过渡工况的结果是，室内风速基本保持在0.35m/s，部分位置测量的风速是1.46m/s，得到其一小时换气的次数是5.5次，而用风压差计算后，得到压差超过0.5Pa的范围大于50%，表明室内有良好的空气。

3.思考：从上述分析过程中，得出在夏季与过渡季，室内通风可用自然通风的方式进行，而在冬季，是用建筑阻隔风。所以，提出的思考如下：

优化室外环境与内部通风的分析[2]。用试验与数值模拟的方式分析，是把分析的结果用直接的方式展示出来，为风能的利用与建筑内部的通风设计提供数据，所以，应在现有分析水平的基础上，进一步优化设计，完善操作中的不足。

优化建筑内的排风设计。建筑内部会产生大量废气，需要新鲜的气体替换，而为优化室内的通风，是根据建筑内部各个位置气体的积累情况，更改排气管道，同时，也要基于废气对大气的污染，给出相应的处理方案。即建筑新风口的设计，是基于卫生间与厨房废气的影响，设置新竖井，同时把厨房的排烟筒向上上升2m，控制污染物的排放。另若是室外的风速越快，污染物进入空气后更易扩散。

结语：总而言之，对建筑室外环境和室内通风的试验和数值模拟总的思考，是根据建筑整体环境中风环境的变化以及空气的质量，优化建筑内部的通风设计，促进室内与室外空气的流通，以为人们提供良好的生活环境，打造舒适空间。

参考文献：

[1]赵丹，张瑞雪.某高层建筑群室外风环境数值模拟分析[J].建筑技术开发，2016，43（02）：96-98+102.

[2]王宏伟，鲁小松，王宝令，张峻，郭哲良.基于室外风场环境数值模拟的建筑设计分析[J].建筑技术，2014，45（S1）：114-117.