一种风速流线可视化的建筑设计方法

摘要

本发明涉及一种风速流线可视化的建筑设计方法。本发明可以改善建筑周围的风热环境，提高校园舒适度，降低供暖制冷能耗。通过一些计算机的智能操作，就可以得出风速流线在不同高度的风速矢量分布图，以此来得出风速流线可视化的建筑设计方法。通过这些得到的风速矢量分布图，可以直观的观察其分布情况。本发明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，使用风速流线可视化的建筑设计方法。以此来对风速流线进行最大限度得调查和研究，更好的了解风速流线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。

主权项

一种风速流线可视化的建筑设计方法，其特征在于具体步骤如下：(1)、将整个建筑物视为一个大空间网格，所述的大空间网格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，或根据现实中的房间大小对小空间网格进行空间重组；(2)、确立分析计算建筑物时所需要的风信息和环境信息，将所述风信息和环境信息输入计算机中进行风环境以及湿度环境的模拟，得出整个建筑物的风速流线分布数据；所述风速流线分布采用RNG k‑ε湍流模型进行模拟，其湍流控制方程如式(1)‑(4)所示：(1)为连续性方程，(2)为动量方程，(3)为k方程，(4)为ε方程；$\frac{\partial U_j}{\partial x_j}=0---\left(1\right)$$U_j\frac{\partial U_i}{\partial x_j}=-\frac{1}{\rho }\frac{\partial P}{\partial x_i}+\frac{\partial }{\partial x_j}\left[(\gamma +{\gamma }_t)\frac{\partial U_i}{\partial x_j}\right]+\frac{\partial }{\partial x_j}\left({\gamma }_t\frac{\partial U_j}{\partial x_i}\right)---\left(2\right)$$U_j\frac{\partial k}{\partial k_j}=\frac{\partial }{\partial x_j}\left[(\gamma +\frac{{\gamma }_t}{{\sigma }_k})\frac{\partial k}{\partial x_j}\right]+{\gamma }_t(\frac{\partial U_i}{\partial x_j}+\frac{\partial U_j}{\partial x_i})\frac{\partial U_i}{\partial x_j}-ϵ---\left(3\right)$$U_j\frac{\partial ϵ}{\partial x_j}=\frac{\partial }{\partial x_j}\left[\left(\gamma +\frac{{\gamma }_t}{{\sigma }_{ϵ}}\right)\frac{\partial ϵ}{\partial x_j}\right]+C_1\frac{ϵ}{k}{\gamma }_t\left(\frac{\partial U_i}{\partial x_j}+\frac{\partial U_j}{\partial x_i}\right)\frac{\partial U_i}{\partial x_j}-C_2\frac{{ϵ}^2}{k}+R---\left(4\right)$式中：η＝Sk/ε，S²＝2S_ijS_ij其中，U_i(_i＝1,2,3)，分别为沿坐标轴x、y、z方向的平均速度分量；k、ε为湍流动能和湍流耗散率，p为平均压力，ρ为空气密度，S_ij为平均应变张量分量，γ为气流运动粘度，为涡团运动粘度；C_μ＝0.085，C₁＝1.42，C₂＝1.68，σ_k＝0.72，σ_ε＝0.72，η₀＝4.38，β＝0.015；(3)、在采光模拟软件平台上，利用插件导入步骤(2)所得风环境以及湿度环境模拟所得出的风速流线分布数据，进行二层模拟；(4)、根据步骤(3)得到的风速流线二层模拟后的数据对每一个小空间网格进行计算，所求得的数据就作为将来房间布局的设计参考；(5)、在计算机中进行房间数量和属性的设置，重组后的空间布局则根据能量流失的多少来布置相应的房间在对应的部位上；(6)、最后根据要求，对整个建筑物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，便于观察模拟；(7)、通过计算机技术的应用，可视化方法的使用，使风速流线分布变成图像显示，可直观的观察风速流线在不同高度的分布，便于我们调查、研究。