一種風壓圖可視化的建築設計方法
2023-04-24 12:58:16 2
一種風壓圖可視化的建築設計方法
【專利摘要】本發明涉及一種風壓圖可視化的建築設計方法，對於優化建築設計，建設節能環保型校園有顯著的指導作用。風速和風向不可預測，但是通過一些科學的手段，技術的更新，可以使其躍然於眼前觀察研究。而通過一些計算機的智能操作，就可以得出風壓在不同高度的壓力雲圖，以此來得出風壓圖可視化的建築設計方法。通過這些得到的壓力雲圖，可以直觀的觀察其分布情況，是一種非常好的風壓圖可視化的建築設計方法。本文以我國南方地區的一所中學為例，通過探究其校區改造後的風環境情況，對改造方案做出評價。以此來對風壓進行最大限度得調查和研究，更好的了解風壓在建築設計中的重要作用，以便捷於建築設計，推進人類與自然的和諧共處。
【專利說明】一種風壓圖可視化的建築設計方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及計算機技術應用領域，具體涉及一種風壓圖可視化的建築設計方法，可以輕鬆準確的觀察建築內部的風壓圖分布，從而找出使其穩定性的控制方法。風對建築物的影響分為兩方面考慮:對於有建築物壁面的湍流流動，可將流動劃分為核心區和近壁區。核心區的流動為完全湍流區，而在近壁面區湍流變化劇烈，流體流動受壁面流動條件的影響明顯，可再分為粘性底層、過渡層和對數律層。k-ε模型和RSM模型都是高雷諾數模型，適用於核心區的風速模擬；壁面函數法和低Reynolds數A-f模型法，適用於近壁區的風速模擬。
【背景技術】
[0002]當前的自然通風的研究著重於採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。當前使用定量分析的有風洞試驗和計算流動動力學(CFD)兩種方式，隨著計算機技術的發展，CFD以其廉價、便利的方式得到越來越廣泛的應用。風壓圖可視化的建築設計方法可以準確地模擬通風系統的空氣流動、空氣品質、傳熱、汙染和舒適度等問題。空氣速度可視化的設計方法的使用能夠提高設計手段、減少設計風險、降低成本。雖然風速和風向不可預測，但是自然通風是調節室內小氣候優先使用的方法。而通過一些計算機的智能操作，就可以得出風壓圖在不同高度的分布圖，以此來得出風壓圖可視化的建築設計方法。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是提供一種風壓圖可視化的建築設計方法；
本發明的另一目的是提供一種快速有效的了解自然環境產生的風壓在不同高度的情況；本發明的另一目的是提供一種能夠利用計算機信息技術來觀察自然環境產生的風壓的方法。
[0004]一種風壓圖可視化的建築設計方法，該方法包括以下步驟:
1、將整個建築物視為一個大的空間網格，所述大的空間網格的內部由無數個相同的小空間網格組成，小空間網格的大小根據計算精度來確定，每個小空間網格對應一個房間，且還可進行另外的空間重組；
2、確立分析計算時所需要的一切風信息和環境信息，將這些信息輸入計算機中進行風環境及溼度環境的模擬，得出整個建築物的風壓圖分布數據；
3、在採光模擬軟體平臺上，利用插件導入風環境以及溼度環境模擬所得出的壓力雲圖分布數據進行二層模擬；
4、再根據已獲知的數據信息對每一個建築空間網格進行計算，所求得的數據就作為將來房間布局的參考；
5、在計算機中進行房間數量和屬性的設置，那麼空間布局中的風壓圖分布情況就可以被肉眼觀察和研究了； 6、最後根據要求，對建築進行功能布置的分析，在分析中將屬性相同的功能區儘可能的集中於一體；
7、通過計算機技術的應用，可視化方法的使用，使風壓圖分布變成圖像顯示，可直觀的觀察風壓在不同高度的分布，便於我們調查、研究。
[0005]所述的建築信息包括建築材料和結構；所述的環境信息包括太陽福射對建築表面形成的太陽輻射程度、周邊的風壓和周邊的風向。
[0006]通常情況下風壓是看不見、摸不著的，所以無法通過人為來改變它。而通過一些計算機的智能操作，就可以得出風壓圖在不同高度的分布圖，以此來得出風壓圖可視化的建築設計方法。
[0007]有益效果
具體地說，本發明的優點如下:圖1是模擬冬季建築表面和地面風壓圖，從圖中可以看出，建築群的迎風面主要為正壓區，側面也會有正壓區出現，而建築的背風面基本上都是負壓區。圖2、3分別是夏季和冬季5米和15米高度校園建築群周邊的壓力雲圖，其模擬結果與圖1 一致，隨著高度的上升，建築物對風壓的影響越小，建築正背面的壓差逐漸降低，通風性有所下降。但是總體上教學區通風順暢，有利於教室空氣流通。夏季，由於校園南部的教學樓體積較小，幾乎不會對中心廣場北側的一排教學樓進行遮擋，保證了中心廣場和教學樓的通風，為學生的學習和室外活動營造了良好的條件。而冬季，由於中心廣場北側的教學樓群呈「L」型，因此阻擋了寒冷的東北風，使得中心廣場和南側教學樓處於風影區，有利於建築節能和學生戶外活動。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1為冬季建築物及地面承受的風壓圖；
圖2為夏季5米和15米的壓力雲圖；
圖3為冬季5米和15米的壓力雲圖；
圖4為風壓圖可視化實施步驟示意圖；
圖5為風壓圖可視化的建築設計方法的過程示意圖；
圖6為標準層戶型風壓圖；
圖7為建築不同平面高度的風壓係數及風壓值示意圖；
圖8為CFD的方法預測風壓的步驟示意圖。
[0009]圖中標號:1.風壓圖，2.建築牆體。
【具體實施方式】
[0010]風壓圖可視化的建築設計方法確實有利於校園風環境的改善和舒適度的提高。建築的生態節能改造就充分利用風壓圖可視化的建築設計方法。風壓圖可視化的建築設計方法，對於優化建築設計，建設節能環保型校園有顯著的指導作用。
[0011]風壓就是垂直於氣流方向的平面所受到的風的壓力。根據伯努利方程得出風-壓關係，風的動壓為
wp=0.5*p*v2(I)
其中WP為風壓[kN/m2]，p為空氣密度[kg/m3]，v為風速[m/s].通過一系列換算可以得出常規粗略計算方法。
[0012]風壓公式為:
【權利要求】
1.一種風壓圖可視化的建築設計方法，其特徵在於具體步驟如下: (1)、將所測建築物視為一個大的空間網格，所述大的空間網格的內部由無數個相同的小空間網格組成，小空間網格的大小根據計算精度來確定，每個小空間網格對應一個房間，或可將若干個小空間網格根據需要進行空間重組； (2)、確立分析計算時所需要的建築信息和環境信息，將所述建築信息和環境信息輸入計算機中進行風環境及溼度環境的模擬，得出整個空間的風壓圖分布數據； 風-壓關係根據伯努利方程得出，風的動壓為 wp=0.5*p*v2(I) 其中wp為風壓[kN/m2]，P為空氣密度[kg/m3]，V為風速[m/s]； 通過換算可以風壓公式為: P = FWfiemikpa) ^P=VWilMja) 設氣流每點的物理量不變，略去微小的位勢差影響，取流線中任一小段ClLSW1為作用於小段左端的壓力，則作用小段右端近高壓氣幕的壓力為WfdW1 ； 以順流向的壓力為正，作用於小段dl上的合力為: wxdA- (W1 + dM\)dA =它等於小段 dl
2.根據權利要求1中的一種風壓圖可視化的建築設計方法，其特徵在於:所述的建築信息包括建築材料和結構；所述的環境信息包括太陽輻射對建築表面形成的太陽輻射程度、周邊的風壓和周邊的風向。
【文檔編號】G06F17/50GK103778286SQ201410014950
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2014年1月14日 優先權日:2014年1月14日
【發明者】楊麗 申請人:同濟大學