CFD仿真在建筑设计中的应用
建筑设计是一个比较复杂的系统,包括选址、功能设计、资源利用、节能设计、绿化设计、水环境设计、风环境设计、光环境设计、声环境设计等。在绿色建筑构建全过程内,需要对建筑设计、建筑性能等多个参数进行模拟计算,主要包括建筑室内外风场的模拟计算、建筑能耗模拟计算、热岛强度模拟等。自从1974年CFD技术被首次应用于空调设备工程模拟空气流动以来,CFD技术进人建筑领域已有几十年历史,现今的CFD软件已经向大型化、精确化、模块化、多领域化方向发展。
建筑室外风环境作为绿色建筑的重要组成部分,良好的建筑室外风场不仅可以营造安全、舒适的建筑风环境,利于污染物的排放,避免二次风的出现。
借助 CFD 技术,在建筑设计过程中提供一种基于气候的思维方法,进行设计验证、客观分析和科学预测,针对特定的建筑风环境条件下建筑场地、技术和形态布局的研究,形成一种系统化的设计体系。 整体流场图(左上) 局部流场图(右上)整体压力图(左下)局部压力图(右下)
CLABSO对某地区公共建筑群外流场和风压进行仿真计算。可以发现局部出现流动分离、涡的脱落和振荡,这些现象会在建筑物室内产生噪音,影响室内人员的工作和休息。另外,还可研究不同风速下城市空气污染、自净能力、局部强风等因素,在建筑物设计阶段进行风环境评价。 绿色建筑同样也强调室内环境,。在建筑功能设计阶段,可以用CFD技术模拟火灾发生时烟雾的扩散情况,帮助建筑师在较难确定烟雾走向的复杂空间里合理安排疏散交通;在节能设计中,可以利用CFD技术模拟建筑室内通风、人体舒适度、室内温度等指标,从而用最低能耗满足人们所需的舒适空间。 电影院模型图 整体流场图 CLABSO对某电影院放映厅内部气流进行仿真计算。可以发现在前排区域和后排区域都出现了强烈的旋涡流动,在该区域的观众会感到不适,影响观影。另外从放映厅是人员密集型场所,可以通过该软件研究该场所的排烟系统,确保人员安全。 酷暑季节,办公室内环境的好坏直接影响着人体健康、舒适感、工作效率等,人的热舒适感主要建立在人和周围环境正常的热交换上。CLABSO对某办公室室内人体热舒适性进行了CFD模拟分析。 办公室内人体附近速度场模拟
办公室内人体附近气流流线图