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           風力對建筑物的影響分析

     

         風載荷通過體形系數、區域系數、風振系數、迎風面積等計算。體形比較簡單的建筑物體形系數可通過規范查到,由于規范只規定了規則形狀的體形系數,體形復雜時只能近似了,因此很難得到較準確的風載荷。通過計算流體動力學技術為復雜體形高層建筑風載進行準確計算,模擬建筑物和建筑群的流場,從而可得到非常準確的風壓值及風載荷分布.

     

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    • 計算流體力學(Computational。疲欤酰椋洹。模睿幔恚椋悖,CFD)為建筑節能優化設計提供了一種方法,是在預測和評價建筑設計階段,對室內通風與污染狀態進行分析的方法和手段。但是由于往往建筑內房間數量眾多,且形式錯綜復雜,C F D 計算量巨大,計算時間長。因此在利用該技術進行分析時必須進行必要的技術分析和模型簡化。本文以同濟大學文遠樓為研究對象進行具體分析。文遠樓于鋼筋混凝土框架結構建筑。

      1  自然通風設計

      風環境是空氣流在建筑內外空間的流動狀況及其對建筑使用的影響,是建筑環境設計中的一項重要內容。在以往的建筑物理研究發展中,風環境在一定程度上被忽視了。在自然環境日益受到重視的今天,自然通風對于人體舒適度和建筑節能的作用顯得尤為重要。室內風環境設計的目的有兩個:其一是控制室內空氣品質;其二是解決夏季或過渡季節的熱舒適性問題,以取代或部分取代空調,從而達到降低能耗的目的。風環境設計分為自然通風和機械通風,自然通風以其節能無污染的特點具備積極的意義。自然通風的形成是靠熱壓(溫差)和風壓。雖然其風速和風向不可預測,但由于具有節能、維護方便及保養費用低等優點[1],所以自然通風是調節室內小氣候優先使用的方法。改造后的文遠樓使用了熱壓通風和上懸式的外圍護結構的開窗

      方式來利用自然通風。

      1.1  熱壓通風

      熱壓通風又稱煙囪通風,與風壓通風相比,熱壓通風更能適應常變的外部風環境,熱壓通風的原理如圖 1 所示。熱壓通風系統不僅能創造熱舒適,減少空調的使用,同時還可以減少“建筑綜合癥”發生的可能。在夏季早晨,夜間冷卻了的“煙囪”從室外吸入較熱的空氣,這種逆向煙囪效應能使室內獲得舒適的空氣流動。當“煙囪”內不斷升溫,其作用又反饋回來,涼爽的室外空氣又被利用起來。文遠樓的生態節能改造就充分利用自然通風技術,外立面門窗的上懸窗設計、室內豎向通風井都為文遠樓提供了良好的自然通風,減少了空調使用能耗。

       

      1.2  上懸式開窗

      建筑單層外圍護結構的開窗方式首先解決兩個問題:一是對氣流形成一定遮擋,減小原有風速;二是設置擋板及運用可控制開窗方式使進入室內空間的氣流改變運動方向,減小行人高度的風速。滿足這兩個條件的可控制開窗方式有下懸及上懸兩種模式, 為兩種模式的開窗方式。下懸開窗方式的特點為氣流從底部進入室內后向上方移動,減小對人坐立點高度的影響;上懸開窗方式的特點為氣流進入室內后,窗戶的開啟使氣流進入室內后向下部空間移

      動,這種方式對人坐立位置的高度影響較大。針對文遠樓主要做為人群密集的學習工作場所,因此采用上懸的開窗方式。所示為外立面上懸窗和室內走廊通風口。

      2 。茫疲 模擬分析

      當前自然通風的研究著重于采用傳統的經驗進行自然通風的設計,大部分都是定性的設計,缺少節能方面定量的分析結果。使用定量分析的有風洞試驗和計算流體力學(CFD)兩種方式,隨著計算機技術的發展,C F D 以其廉價、便利的方式得到越來越廣泛的應

      用。本文選用基于有限容積法的專門用于建筑通風空調分析的CFD 軟件—— Fluent。粒椋颍穑幔 對文遠樓的風流場進行分析。該軟件可以準確地模擬通風系統的空氣流動、空氣品質、傳熱、污染和舒適度等問題,提高設計手段,減少設計風險,降低成本。此次模擬是以文遠樓底層為例,中間部分為走廊,兩側為對稱的教室,新風從教室外側的窗戶中進入室內,再從教室內側的一排高窗中排入走廊,最后再由上側通風口向上排出。室外進風速設定

      為 1.5m/s,得到不同高度、不同切面的風速、空氣齡分布圖。1m 高度的空氣速度分布圖和空氣齡分布圖顯示,教室內在 1m高度空氣的速度相對較低,最大速度約為 1.5m/s,空氣齡也相對較長,高度與人坐立時候高度相差不多,剛好避免了過大的風速對教室內人造成的干擾。2m 高度的空氣速度分布圖和空氣齡分布圖顯示,教室內在 2m高度空氣的速度較之 1m 處有了明顯提高,風速普遍高于 1.5m/s,位于教室東西兩端的風速相對較低,空氣齡也明顯的縮短,空氣流通加快,有效地改善了教室內空氣的新鮮程度。3m 高度的空氣速度分布圖和空氣齡分布圖顯示,教室內在 3m高度空氣的速度進一步加大,靠近教室內位于內側墻上的排風口處風速逐漸加大,位于教室東西兩端的風速相對較低?諝恺g較短,空氣流通加快,位于走廊頂部的排風口風速達到最大。從縱切面中可以看出,室外的新風從兩側的窗口進入教室內,

               

               

      再從教室內側的窗洞口處排出,風速逐漸加大,由于室內上層空氣的運動,帶動下層空氣隨之運動,從而達到改善整個空氣品質的效果。在走廊上部排氣口風速達到最大,在走廊下層由于上層空氣快速流動,下層空氣也隨之形成了一個低速渦旋,改善走廊的通風效果,并且不會對內部的行人造成任何不適。通過上述模擬實驗,我們對不同高度層面的空氣速度場和空氣齡分布狀況進行了定量的直觀模擬,對改造后的文遠樓自然通風原理有了一個全面且更直觀的認識。在室外溫度適宜的春秋或者初夏

      時節,利用大樓自身的自然通風,可以有效的降低室內溫度,提高熱舒適性,并改善空氣品質,降低空調的能耗,最終達到節能的目的。為文遠樓一年中各月份空調使用情況表,在某些特殊的時段如 5 月下旬和 10 月上旬,即圖中橫陰影線表達的區域,在未充分利用自然通風情況下需要開啟空調來保持舒適度,而如果充分利用通風,則可以減少該時段的空調使用.

      3  結論

      本文通過采用自然通風來進行直觀定量的節能分析方式,為建筑節能探索出一條有效的技術方案。在以后的設計中我們可以利用計算流體力學軟件 Fluent。粒椋颍校幔 模擬分析以優化設計,使其達到理想的功效。選擇自然通風系統,需要把建筑看成是有生命的有機體,與氣候和諧共處,與建筑使用者的要求相適應。雖然與一些發達國家相比,綠色建筑自然通風系統在我國還處于起步階段,但隨著節能需求的日益迫切,生態、綠色概念的深入人心。

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