一种风压图可视化的建筑设计方法
【专利摘要】本发明涉及一种风压图可视化的建筑设计方法，对于优化建筑设计，建设节能环保型校园有显著的指导作用。风速和风向不可预测，但是通过一些科学的手段，技术的更新，可以使其跃然于眼前观察研究。而通过一些计算机的智能操作，就可以得出风压在不同高度的压力云图，以此来得出风压图可视化的建筑设计方法。通过这些得到的压力云图，可以直观的观察其分布情况，是一种非常好的风压图可视化的建筑设计方法。本文以我国南方地区的一所中学为例，通过探究其校区改造后的风环境情况，对改造方案做出评价。以此来对风压进行最大限度得调查和研究，更好的了解风压在建筑设计中的重要作用，以便捷于建筑设计，推进人类与自然的和谐共处。
【专利说明】一种风压图可视化的建筑设计方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机技术应用领域，具体涉及一种风压图可视化的建筑设计方法，可以轻松准确的观察建筑内部的风压图分布，从而找出使其稳定性的控制方法。风对建筑物的影响分为两方面考虑:对于有建筑物壁面的湍流流动，可将流动划分为核心区和近壁区。核心区的流动为完全湍流区，而在近壁面区湍流变化剧烈，流体流动受壁面流动条件的影响明显，可再分为粘性底层、过渡层和对数律层。k-ε模型和RSM模型都是高雷诺数模型，适用于核心区的风速模拟；壁面函数法和低Reynolds数A-f模型法，适用于近壁区的风速模拟。
【背景技术】
[0002]当前的自然通风的研究着重于采用传统的经验进行自然通风的设计，大部分都是定性的设计，缺少节能方面定量的分析结果。当前使用定量分析的有风洞试验和计算流动动力学(CFD)两种方式，随着计算机技术的发展，CFD以其廉价、便利的方式得到越来越广泛的应用。风压图可视化的建筑设计方法可以准确地模拟通风系统的空气流动、空气品质、传热、污染和舒适度等问题。空气速度可视化的设计方法的使用能够提高设计手段、减少设计风险、降低成本。虽然风速和风向不可预测，但是自然通风是调节室内小气候优先使用的方法。而通过一些计算机的智能操作，就可以得出风压图在不同高度的分布图，以此来得出风压图可视化的建筑设计方法。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种风压图可视化的建筑设计方法；
本发明的另一目的是提供一种快速有效的了解自然环境产生的风压在不同高度的情况；本发明的另一目的是提供一种能够利用计算机信息技术来观察自然环境产生的风压的方法。
[0004]一种风压图可视化的建筑设计方法，该方法包括以下步骤:
1、将整个建筑物视为一个大的空间网格，所述大的空间网格的内部由无数个相同的小空间网格组成，小空间网格的大小根据计算精度来确定，每个小空间网格对应一个房间，且还可进行另外的空间重组；
2、确立分析计算时所需要的一切风信息和环境信息，将这些信息输入计算机中进行风环境及湿度环境的模拟，得出整个建筑物的风压图分布数据；
3、在采光模拟软件平台上，利用插件导入风环境以及湿度环境模拟所得出的压力云图分布数据进行二层模拟；
4、再根据已获知的数据信息对每一个建筑空间网格进行计算，所求得的数据就作为将来房间布局的参考；
5、在计算机中进行房间数量和属性的设置，那么空间布局中的风压图分布情况就可以被肉眼观察和研究了； 6、最后根据要求，对建筑进行功能布置的分析，在分析中将属性相同的功能区尽可能的集中于一体；
7、通过计算机技术的应用，可视化方法的使用，使风压图分布变成图像显示，可直观的观察风压在不同高度的分布，便于我们调查、研究。
[0005]所述的建筑信息包括建筑材料和结构；所述的环境信息包括太阳福射对建筑表面形成的太阳辐射程度、周边的风压和周边的风向。
[0006]通常情况下风压是看不见、摸不着的，所以无法通过人为来改变它。而通过一些计算机的智能操作，就可以得出风压图在不同高度的分布图，以此来得出风压图可视化的建筑设计方法。
[0007]有益效果
具体地说，本发明的优点如下:图1是模拟冬季建筑表面和地面风压图，从图中可以看出，建筑群的迎风面主要为正压区，侧面也会有正压区出现，而建筑的背风面基本上都是负压区。图2、3分别是夏季和冬季5米和15米高度校园建筑群周边的压力云图，其模拟结果与图1 一致，随着高度的上升，建筑物对风压的影响越小，建筑正背面的压差逐渐降低，通风性有所下降。但是总体上教学区通风顺畅，有利于教室空气流通。夏季，由于校园南部的教学楼体积较小，几乎不会对中心广场北侧的一排教学楼进行遮挡，保证了中心广场和教学楼的通风，为学生的学习和室外活动营造了良好的条件。而冬季，由于中心广场北侧的教学楼群呈“L”型，因此阻挡了寒冷的东北风，使得中心广场和南侧教学楼处于风影区，有利于建筑节能和学生户外活动。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为冬季建筑物及地面承受的风压图；
图2为夏季5米和15米的压力云图；
图3为冬季5米和15米的压力云图；
图4为风压图可视化实施步骤示意图；
图5为风压图可视化的建筑设计方法的过程示意图；
图6为标准层户型风压图；
图7为建筑不同平面高度的风压系数及风压值示意图；
图8为CFD的方法预测风压的步骤示意图。
[0009]图中标号:1.风压图，2.建筑墙体。
【具体实施方式】
[0010]风压图可视化的建筑设计方法确实有利于校园风环境的改善和舒适度的提高。建筑的生态节能改造就充分利用风压图可视化的建筑设计方法。风压图可视化的建筑设计方法，对于优化建筑设计，建设节能环保型校园有显著的指导作用。
[0011]风压就是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力。根据伯努利方程得出风-压关系，风的动压为
wp=0.5*p*v2(I)
其中WP为风压[kN/m2]，p为空气密度[kg/m3]，v为风速[m/s].通过一系列换算可以得出常规粗略计算方法。
[0012]风压公式为:
【权利要求】
1.一种风压图可视化的建筑设计方法，其特征在于具体步骤如下: (1)、将所测建筑物视为一个大的空间网格，所述大的空间网格的内部由无数个相同的小空间网格组成，小空间网格的大小根据计算精度来确定，每个小空间网格对应一个房间，或可将若干个小空间网格根据需要进行空间重组； (2)、确立分析计算时所需要的建筑信息和环境信息，将所述建筑信息和环境信息输入计算机中进行风环境及湿度环境的模拟，得出整个空间的风压图分布数据； 风-压关系根据伯努利方程得出，风的动压为 wp=0.5*p*v2(I) 其中wp为风压[kN/m2]，P为空气密度[kg/m3]，V为风速[m/s]； 通过换算可以风压公式为: P = FWfiemikpa) ^P=VWilMja) 设气流每点的物理量不变，略去微小的位势差影响，取流线中任一小段ClLSW1为作用于小段左端的压力，则作用小段右端近高压气幕的压力为WfdW1 ； 以顺流向的压力为正，作用于小段dl上的合力为: wxdA- (W1 + dM\)dA =它等于小段 dl
2.根据权利要求1中的一种风压图可视化的建筑设计方法，其特征在于:所述的建筑信息包括建筑材料和结构；所述的环境信息包括太阳辐射对建筑表面形成的太阳辐射程度、周边的风压和周边的风向。
【文档编号】G06F17/50GK103778286SQ201410014950
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2014年1月14日
【发明者】杨丽 申请人:同济大学