高金墻（廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司）

大型商業(yè)綜合體室外風環(huán)境模擬分析

高金墻
（廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司）

通過利用CFD模擬技術對典型大型商業(yè)綜合體室外風環(huán)境的特點進行了模擬分析，包括室外流場的形態(tài)、速度分布特點以及建筑外立面的風壓分布。研究了此類建筑室外風環(huán)境優(yōu)化設計的關鍵因素。

風環(huán)境；商業(yè)綜合體；風速；風壓

1　引言

從建筑物理學的角度來看，建筑環(huán)境主要關注建筑熱濕環(huán)境、聲環(huán)境、光環(huán)境和室內空氣質量。其中，建筑的室外風環(huán)境是影響生活其中人員舒適性的重要內容，也是影響室內熱環(huán)境的基礎條件。合理的建筑布局、體型設計和室外園林綠化布置往往產生舒適的室外風環(huán)境和理想的室內自然通風，也會減少室內空調負荷，體現(xiàn)了節(jié)能、生態(tài)、綠色的建筑理念。

近年來，隨著社會經濟的發(fā)展，大型商業(yè)綜合體建筑如雨后春筍般涌現(xiàn)。此類建筑的特點是，建筑占地面積大，往往和配套的高層住宅建筑同時設計開發(fā)，從而導致建筑密度大，周圍室外風環(huán)境被嚴重影響，熱舒適性下降。另一方面，此類綜合體建筑高度有限，其外立面的風壓大小及壓差是否能夠為室內通風創(chuàng)造足夠的驅動力，也需要進一步研究。

本文從計算流體力學的角度，以CFD模擬計算軟件為工具，對廣州某大型商業(yè)綜合體室外風環(huán)境進行模擬，分析其在冬、夏季主導風向下建筑周圍人行區(qū)1.5m高度處的風速和風速放大系數(shù)。以此作為評判該項目的室外風環(huán)境的重要依據。

2　項目概況

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

3　計算模型及邊界條件

3.1 項目所在地氣象參數(shù)

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

圖1　項目所在地風玫瑰圖

根據《廣東省建筑氣象參數(shù)標準》，選取全年各季節(jié)主導風向作為分析的工況見表1。

表1　計算選取的風速與風向

表1所列的風速，是氣象臺站記錄的風速，一般是指在地面上10m處測得的風速。隨著高度的增加，風速逐漸加大。在不同高度上的平均風速分布按下式計算：

式中：

v——高度為h處的風速，m/s；

v0——基準高度h0（取標準高度 10m）處的風速，m/s；

n——指數(shù)，主要與測定地點的地面粗糙度和溫度垂直梯度有關，見表2。

表2　粗糙度指數(shù)n

根據項目位置以及周邊建筑情況，模擬計算中，選擇粗糙度指數(shù)為0.28。

3.2 物理模型

計算區(qū)域：

考慮到計算機內存容量和計算速度，在不影響計算結果的前提下適當簡化模型。選取廣州某大型商業(yè)綜合體項目及周圍建筑建立模型，如圖2所示。

圖2　廣州某大型商業(yè)綜合體項目建筑建模區(qū)域

3.3 結果分析

根據《廣東省建筑氣象參數(shù)標準》中的氣象參數(shù)，項目所在地在五月～七月主要為南風，地面高10m處的風速為1.8m/s。項目南側有若干山頭，對來流有所遮擋，但是從模擬結果看，由于山頭之間距離較大，且高度不高，導致其對本項目的影響不大。項目南側的風速在0.9～1.7m/s之間；項目西側風速在1.0～2.0m/s之間。項目北側大部分范圍風速在0.5～1.5m/s之間，局部風影區(qū)風速在0.5m/s以下。

另外，由于項目內部東西兩側各有一條南北走向的步行街作為通風通道，并被東西走向的步行街相連接，這非常有利于項目內部的室外自然通風。根據模擬結果，氣流從東南角的開口進入步行街內部，導致行街風速在0.6～1.5m/s之間，風速適宜。其中，本項目內的高層酒店周圍大部分風速在0.6～1.5m/s之間。

總之，在夏季南風工況下，本項目室外風速滿足小于5m/s的規(guī)范要求，且室外氣流組織運均勻，風速大小適宜。另外，從前后立面的風壓圖可看到，在過渡季節(jié)，本項目前后立面有較大的風壓差，可以為本項目的室內自然通風提供有效的驅動力。

4　結論

通過對本項目全年各主導風向下的室外風環(huán)境進行分析，得到以下結論：

圖3　主導風為南風時，廣州某大型商業(yè)綜合體地面行人高度風速矢量圖

圖4　主導風為南風時，廣州某大型商業(yè)綜合體迎風面風壓云圖

當主導風向為北風時，項目北側的風速在1.5～2.5m/s之間，西側風速在2.8～3.3m/s之間，南側大部分范圍風速在0.5～1.5m/s之間，內部步行街風速在1.0～2.5m/s之間。其中，高層酒店西側風速也在2.8～3.3m/s之間，而南側及東側處于風影區(qū)，風速較小，大約在0.4～0.8m/s之間。

當主導風向為南風時，項目南側風速在0.9～1.7m/s之間，西側風速在1.0～2.0m/s之間，北側大部分范圍風速在0.5～1.5m/s之間，局部風影區(qū)風速在0.5m/s以下。其中高層酒店周圍大部分風速在0.6～1.5m/s之間。

以上兩種主導風向下，風速適宜，氣流組織均勻，滿足＜5m/s的規(guī)范要求。另外，建筑迎風面和背風面的風壓差可為室內自然通風創(chuàng)造有效的驅動力，有利于室內自然通風。

整體上，廣州某大型商業(yè)綜合體室外風環(huán)境良好。

［1］李岳，劉軒，劉倩，余凱倫.CFD技術在綠色建筑室內外通風設計中的應用［J］.建筑節(jié)能，2015，（5）：77-80.

［2］劉倩，趙波，余凱倫.大型住區(qū)的室外風環(huán)境和熱環(huán)境研究——以廣州萬科府前花園為例 ［J］.建筑節(jié)能，2015，（10）：58-62+105.