高金墻（廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司）

大型商業(yè)綜合體室外風(fēng)環(huán)境模擬分析

高金墻
（廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司）

通過(guò)利用CFD模擬技術(shù)對(duì)典型大型商業(yè)綜合體室外風(fēng)環(huán)境的特點(diǎn)進(jìn)行了模擬分析，包括室外流場(chǎng)的形態(tài)、速度分布特點(diǎn)以及建筑外立面的風(fēng)壓分布。研究了此類(lèi)建筑室外風(fēng)環(huán)境優(yōu)化設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素。

風(fēng)環(huán)境；商業(yè)綜合體；風(fēng)速；風(fēng)壓

1　引言

從建筑物理學(xué)的角度來(lái)看，建筑環(huán)境主要關(guān)注建筑熱濕環(huán)境、聲環(huán)境、光環(huán)境和室內(nèi)空氣質(zhì)量。其中，建筑的室外風(fēng)環(huán)境是影響生活其中人員舒適性的重要內(nèi)容，也是影響室內(nèi)熱環(huán)境的基礎(chǔ)條件。合理的建筑布局、體型設(shè)計(jì)和室外園林綠化布置往往產(chǎn)生舒適的室外風(fēng)環(huán)境和理想的室內(nèi)自然通風(fēng)，也會(huì)減少室內(nèi)空調(diào)負(fù)荷，體現(xiàn)了節(jié)能、生態(tài)、綠色的建筑理念。

近年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大型商業(yè)綜合體建筑如雨后春筍般涌現(xiàn)。此類(lèi)建筑的特點(diǎn)是，建筑占地面積大，往往和配套的高層住宅建筑同時(shí)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，從而導(dǎo)致建筑密度大，周?chē)彝怙L(fēng)環(huán)境被嚴(yán)重影響，熱舒適性下降。另一方面，此類(lèi)綜合體建筑高度有限，其外立面的風(fēng)壓大小及壓差是否能夠?yàn)槭覂?nèi)通風(fēng)創(chuàng)造足夠的驅(qū)動(dòng)力，也需要進(jìn)一步研究。

本文從計(jì)算流體力學(xué)的角度，以CFD模擬計(jì)算軟件為工具，對(duì)廣州某大型商業(yè)綜合體室外風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬，分析其在冬、夏季主導(dǎo)風(fēng)向下建筑周?chē)诵袇^(qū)1.5m高度處的風(fēng)速和風(fēng)速放大系數(shù)。以此作為評(píng)判該項(xiàng)目的室外風(fēng)環(huán)境的重要依據(jù)。

2　項(xiàng)目概況

廣州某商業(yè)綜合體總用地面積109552.8m2，建設(shè)用地面積89533m2，總建筑面積約384748m2，是集辦公、酒店、商業(yè)、娛樂(lè)、餐飲為一體的多功能綜合體。項(xiàng)目南面由三棟26層的高層寫(xiě)字樓、一棟20層的高層五星級(jí)酒店及2～3層城市商業(yè)裙樓組成，項(xiàng)目北面由兩棟2～3層商業(yè)步行街及一棟5層商業(yè)綜合體組成。項(xiàng)目綜合容積率為3.2，建筑密度60%。

3　計(jì)算模型及邊界條件

3.1 項(xiàng)目所在地氣象參數(shù)

該項(xiàng)目所在地風(fēng)向季節(jié)變化明顯，5～7月多吹南風(fēng)，其余各月以北風(fēng)為主。項(xiàng)目所在地風(fēng)玫瑰圖如圖1所示。

圖1　項(xiàng)目所在地風(fēng)玫瑰圖

根據(jù)《廣東省建筑氣象參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，選取全年各季節(jié)主導(dǎo)風(fēng)向作為分析的工況見(jiàn)表1。

表1　計(jì)算選取的風(fēng)速與風(fēng)向

表1所列的風(fēng)速，是氣象臺(tái)站記錄的風(fēng)速，一般是指在地面上10m處測(cè)得的風(fēng)速。隨著高度的增加，風(fēng)速逐漸加大。在不同高度上的平均風(fēng)速分布按下式計(jì)算：

式中：

v——高度為h處的風(fēng)速，m/s；

v0——基準(zhǔn)高度h0（取標(biāo)準(zhǔn)高度 10m）處的風(fēng)速，m/s；

n——指數(shù)，主要與測(cè)定地點(diǎn)的地面粗糙度和溫度垂直梯度有關(guān)，見(jiàn)表2。

表2　粗糙度指數(shù)n

根據(jù)項(xiàng)目位置以及周邊建筑情況，模擬計(jì)算中，選擇粗糙度指數(shù)為0.28。

3.2 物理模型

計(jì)算區(qū)域：

考慮到計(jì)算機(jī)內(nèi)存容量和計(jì)算速度，在不影響計(jì)算結(jié)果的前提下適當(dāng)簡(jiǎn)化模型。選取廣州某大型商業(yè)綜合體項(xiàng)目及周?chē)ㄖ⒛Ｐ?，如圖2所示。

圖2　廣州某大型商業(yè)綜合體項(xiàng)目建筑建模區(qū)域

3.3 結(jié)果分析

根據(jù)《廣東省建筑氣象參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)》中的氣象參數(shù)，項(xiàng)目所在地在五月～七月主要為南風(fēng)，地面高10m處的風(fēng)速為1.8m/s。項(xiàng)目南側(cè)有若干山頭，對(duì)來(lái)流有所遮擋，但是從模擬結(jié)果看，由于山頭之間距離較大，且高度不高，導(dǎo)致其對(duì)本項(xiàng)目的影響不大。項(xiàng)目南側(cè)的風(fēng)速在0.9～1.7m/s之間；項(xiàng)目西側(cè)風(fēng)速在1.0～2.0m/s之間。項(xiàng)目北側(cè)大部分范圍風(fēng)速在0.5～1.5m/s之間，局部風(fēng)影區(qū)風(fēng)速在0.5m/s以下。

另外，由于項(xiàng)目?jī)?nèi)部東西兩側(cè)各有一條南北走向的步行街作為通風(fēng)通道，并被東西走向的步行街相連接，這非常有利于項(xiàng)目?jī)?nèi)部的室外自然通風(fēng)。根據(jù)模擬結(jié)果，氣流從東南角的開(kāi)口進(jìn)入步行街內(nèi)部，導(dǎo)致行街風(fēng)速在0.6～1.5m/s之間，風(fēng)速適宜。其中，本項(xiàng)目?jī)?nèi)的高層酒店周?chē)蟛糠诛L(fēng)速在0.6～1.5m/s之間。

總之，在夏季南風(fēng)工況下，本項(xiàng)目室外風(fēng)速滿足小于5m/s的規(guī)范要求，且室外氣流組織運(yùn)均勻，風(fēng)速大小適宜。另外，從前后立面的風(fēng)壓圖可看到，在過(guò)渡季節(jié)，本項(xiàng)目前后立面有較大的風(fēng)壓差，可以為本項(xiàng)目的室內(nèi)自然通風(fēng)提供有效的驅(qū)動(dòng)力。

4　結(jié)論

通過(guò)對(duì)本項(xiàng)目全年各主導(dǎo)風(fēng)向下的室外風(fēng)環(huán)境進(jìn)行分析，得到以下結(jié)論：

圖3　主導(dǎo)風(fēng)為南風(fēng)時(shí)，廣州某大型商業(yè)綜合體地面行人高度風(fēng)速矢量圖

圖4　主導(dǎo)風(fēng)為南風(fēng)時(shí)，廣州某大型商業(yè)綜合體迎風(fēng)面風(fēng)壓云圖

當(dāng)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)楸憋L(fēng)時(shí)，項(xiàng)目北側(cè)的風(fēng)速在1.5～2.5m/s之間，西側(cè)風(fēng)速在2.8～3.3m/s之間，南側(cè)大部分范圍風(fēng)速在0.5～1.5m/s之間，內(nèi)部步行街風(fēng)速在1.0～2.5m/s之間。其中，高層酒店西側(cè)風(fēng)速也在2.8～3.3m/s之間，而南側(cè)及東側(cè)處于風(fēng)影區(qū)，風(fēng)速較小，大約在0.4～0.8m/s之間。

當(dāng)主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)槟巷L(fēng)時(shí)，項(xiàng)目南側(cè)風(fēng)速在0.9～1.7m/s之間，西側(cè)風(fēng)速在1.0～2.0m/s之間，北側(cè)大部分范圍風(fēng)速在0.5～1.5m/s之間，局部風(fēng)影區(qū)風(fēng)速在0.5m/s以下。其中高層酒店周?chē)蟛糠诛L(fēng)速在0.6～1.5m/s之間。

以上兩種主導(dǎo)風(fēng)向下，風(fēng)速適宜，氣流組織均勻，滿足＜5m/s的規(guī)范要求。另外，建筑迎風(fēng)面和背風(fēng)面的風(fēng)壓差可為室內(nèi)自然通風(fēng)創(chuàng)造有效的驅(qū)動(dòng)力，有利于室內(nèi)自然通風(fēng)。

整體上，廣州某大型商業(yè)綜合體室外風(fēng)環(huán)境良好。

［1］李岳，劉軒，劉倩，余凱倫.CFD技術(shù)在綠色建筑室內(nèi)外通風(fēng)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］.建筑節(jié)能，2015，（5）：77-80.

［2］劉倩，趙波，余凱倫.大型住區(qū)的室外風(fēng)環(huán)境和熱環(huán)境研究——以廣州萬(wàn)科府前花園為例 ［J］.建筑節(jié)能，2015，（10）：58-62+105.