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城市规划与建筑风能评估

时间:2019-04-03 11:01
 
 
大家在学习和研究过程中,可能经常看到一些风速的云图、矢量图和流线图等模拟结果。这3个类型的结果都属于静态的通风模拟,无法准确地反映实际的通风情况。本次文章给大家分享一个德国Rheologic公司的规划与建筑领域的动态通风模拟。
 
正文
 
通常在城市环境中,微气候和个人舒适度受到风力条件的强烈影响,而风力条件又受到高层建筑和其他人造建筑物的巨大影响。在本文中,我们将展示影响风运动的主要影响,简要介绍强风对私人(不适,危险)和商业(客户避免)的意义,以及如何使用CFD分析分析城市发展项目。
 
风运动在城市环境中的主要影响
 
一般的人造建筑物,特别是高层建筑物是风力运动的障碍。根据它们的高度和它们朝向风向暴露的轮廓,可能会出现许多影响:
 
向下偏转(“下沉或下降效应”)
 
向上偏转导致高风速和压力影响
 
流经建筑物之间的狭窄空间-“文丘里效应”导致高风速和高湍流
 
结构下风侧的低速涡流
 
逆流效应(反向或横向风向)
 
下面的视频简单地显示了其中的一些效果,并根据我们的CFD模拟之一展示了它们如何组合以创建在真实城市环境中出现的复杂流动模式:
 
在实践中,如果没有CFD模拟,这些流动模式极难预测。这些影响通常会导致地面高速风,可能导致严重干扰,造成人身伤害甚至致命事故。在几十米的高度风可以很容易地在地面上强两倍,将一阵微风变成一个讨厌的问题。在下面的模拟中,由于建筑物的偏转,气象服务报告的风速刚好低于40公里/小时(新风)在行人层面被放大到55公里/小时以上;60公里/小时足以推动一个人。
 
风对城市发展的影响
 
即使没有人受伤,风也可能导致业务问题。如果一个地区有强风,人们就不会流连忘返,花更少的时间,宁愿继续前行。如果您计划的购物商场或户外咖啡馆位于这样的区域,那么只需10公里/小时的风速便可以阅读报纸,而不是好消息。这就是为什么风可能成为商店和餐馆的问题,甚至是公园,地方,喷泉等娱乐场所的问题,人们预计会停留一段时间。如果企业无法实现其计划的营业额,这最终将影响租金并最终影响设施的投资回报。在高层建筑中,如果在规划阶段不评估这些问题并通过进行适当的更改来减轻或避免这些问题,则可能会影响开放式平台,天空池和类似设施。
 
除了租户之外,建筑物周围的风流也会影响运营成本。频繁的强风可能会因频繁维修而影响维护预算。室外空气入口和出口的位置对于空调的运行成本也是至关重要的。在经常遇到局部高压条件的地方设置出口使得风扇能够抵抗更高的压差,直接导致更多的电力消耗。相反,将入口放在正确的位置,压差会将空气推入入口(分别将其从出口处的建筑物中吸出),帮助您节省成本(请参阅我们关于建筑物周围风压的文章)。类似的情况可以由冷却装置制成-例如,如果这些装置放置在空气流动很少的区域,它们的性能会下降-就像散热器的风扇损坏一样。
 
为了在损失发生之前评估这种影响,CFD模拟可以显示建筑围护结构在规划阶段已经产生的影响;从而避免负面影响。作为技术演示,我们在下面的视频中展示了这样的模拟。与市场上的其他工具不同,我们的模拟不仅限于固定的单元尺寸和简单的矩形建筑。正如您在我们的模拟中所看到的,我们可以处理弯曲的墙壁,洞,隧道和-在此视频中未显示-甚至是减缓风的结构,例如树篱,树木,穿孔板等以及倾斜的地面,丘陵,山谷,山脊和各种地形。下面显示的模拟是用大约1400万个单元完成的,其分辨率在墙附近可达几厘米,以便在大约100万平方米的区域内捕获所有必要的建筑细节。
 
事实上,模拟显示一个行人受强风严重伤害的区域。由于法庭判决无法预见这种影响(与德国文章有关),但是,从我们的示范模拟看,这种影响看起来不应该让人感到惊讶。
 
城市风:将问题转化为资产
 
到目前为止,应对城市风力的最佳方法是考虑-不仅但尤其是-高层建筑对流动模式的影响。在许多情况下,当CFD工程师,建筑工程师,城市规划师和建筑师在过程早期进行协作时,至少可以将来自主流方向的风包含在规划中。如果做得好,风可以成为建筑物的资产:在适当的地方使用微型风力涡轮机,可以为建筑物提供动力,并将空气入口放置在高压区域和低压区域的出口将有助于最小化功率消耗。
 
即使在规划阶段之后,仍有许多解决方案可以解决行人层面的问题。可安装叶片和遮阳篷,灌木和树木也可减缓风速,并在夏季提供遮荫,提高公共场所的娱乐价值。一个特别迷人的方法,因为它是一个经典的双赢解决方案,是将微型风力涡轮机放置在正确的位置。涡轮机接收大量风力,增加其性能,同时破坏其动量的流动,使行人的情况更安全。
 
在地平线上的无人机交付中进一步思考:无人机(无人驾驶飞行器)通常非常轻,因此容易受到强风的影响。如果您计划在高层建筑物上设置着陆/发射平台,那么不仅要让它在一个能够提供足够平静条件的无人机安全降落的地方,而且还要在不同的风力条件下安全进近走廊。。没有人想要无人机粉碎到建筑物中-或者更糟糕的是-造成人身伤害。提供有关如何在各种风力条件下接近城市中的位置的信息将提高安全性,获得公众信任,帮助实现OTIF目标,交付时间并将有助于改善无人机的范围。
 
城市风之外的微气候
 
除了风速本身之外,湿度(和热辐射)也对微气候和人类舒适起着重要作用。在我们的模拟中,我们考虑包括树木,公园,湖泊和河流等水源或热辐射的影响,使规划者更加深入了解城市小气候。通过这种方法,我们可以例如预测在炎热夏日的城市公园中的人体热感觉温度。

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