田秋紅潘正偉王雪夏忠衛(wèi)黃棣

（1.徐州開放大學(xué) 徐州 221000 2.江蘇博智工程咨詢有限公司 徐州 221000）

1 引言

2 工程概況及自然環(huán)境

2.1 工程概況

本項(xiàng)目位于徐州鴻運(yùn)路的東邊，玉湖路的南邊。本項(xiàng)目總用地面積為48611.1m2，總建筑面積為93472.77m2，計(jì)容面積為58324.74m2，不計(jì)容面積為35148.03m2。建筑高度小于24m，分為組團(tuán)式辦公樓（6～8#）、SOHO辦公樓（1～5#）和配套服務(wù)樓，建筑朝向呈由南至東分布，大體為南偏西25°。

圖1 項(xiàng)目方案鳥瞰圖

2.2 自然環(huán)境

徐州四季分明，日照充分，雨熱同期，屬暖溫帶，濕潤至半濕潤氣候。農(nóng)業(yè)氣候資源較優(yōu)越，但部分氣候要素年際變化大，氣象災(zāi)害較多。本區(qū)基本氣象：主導(dǎo)風(fēng)向多為東北風(fēng)，其次是東風(fēng)，風(fēng)頻為11%。年平均氣溫13.7℃，1、2月份最冷，7、8月份最熱，一月平均氣溫-4℃，7月平均氣溫26.8℃。極端最低氣溫-23℃，最高氣溫40.1℃。年平均日照時(shí)數(shù)2399.5h。年平均無霜期200～220d左右，最大凍土層深度24cm。

3 室外風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)技術(shù)路線

本課題采用計(jì)算流體力學(xué)（CFD）模擬技術(shù)對(duì)該項(xiàng)目周邊風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬，綜合考慮流場(chǎng)、風(fēng)速、風(fēng)壓三個(gè)因素，對(duì)該項(xiàng)目周邊的風(fēng)環(huán)境狀況進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，并進(jìn)一步為其室內(nèi)自然通風(fēng)適用性及舒適性分析提供參考數(shù)據(jù)。

3.1 室外風(fēng)環(huán)境模擬分析參考依據(jù)

主要參考資料為：《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2014）；《江蘇省綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（DGJ32/T173-2014）；《民用建筑設(shè)計(jì)通則》（GB50352-2005）；《民用建筑綠色設(shè)計(jì)規(guī)范》（JGJ/T229-2010）；《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》中國氣象局氣息信息中心資料室。

3.2 室外風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)說明

該項(xiàng)目工程位于江蘇省徐州市，屬于夏熱冬冷地區(qū)。本課題對(duì)項(xiàng)目內(nèi)參評(píng)建筑周邊風(fēng)環(huán)境狀況的評(píng)價(jià)主要從室外風(fēng)場(chǎng)分布情況及室外風(fēng)環(huán)境對(duì)室內(nèi)環(huán)境影響兩方面內(nèi)容通過流場(chǎng)、風(fēng)速、風(fēng)壓三個(gè)因素進(jìn)行分析。評(píng)價(jià)內(nèi)容設(shè)定為2種工況，工況1為冬季主導(dǎo)風(fēng)，工況2為夏季及過渡季主導(dǎo)風(fēng)。具體評(píng)價(jià)為：①工況1下，距地1.5m高處建筑物周圍人行區(qū)，風(fēng)速V小于5m/s；且室外風(fēng)速放大系＜2；②除迎風(fēng)第一排建筑外，建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面表面風(fēng)壓差不超過5pa；③工況2下，50%以上建筑的可開啟外窗室內(nèi)外表面的風(fēng)壓差＞0.5Pa；場(chǎng)地內(nèi)人員活動(dòng)區(qū)不出現(xiàn)渦流或無風(fēng)區(qū)。

3.3 模擬分析

3.3.1幾何模型及網(wǎng)格劃分

分析模型中包括該項(xiàng)目所有建筑及周邊300m內(nèi)所有建筑。模型中邊界尺寸選擇主要以不影響建筑群邊界氣流流動(dòng)為準(zhǔn)，邊界尺寸為區(qū)域長、寬、高的3倍，為1100m長、900m寬、75m高，模型中Y軸正方向設(shè)置為北向。計(jì)算網(wǎng)格劃分采用局部加密形式，建筑區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格為0.5m×0.5m，外場(chǎng)網(wǎng)格為1m×1m，建筑高度方向，1.5m以內(nèi)有3個(gè)網(wǎng)格，.5m至到建筑高度處每1m一個(gè)網(wǎng)格，建筑高度以上每2m一個(gè)網(wǎng)格。模型及網(wǎng)格效果分別如圖2～3示。

圖2 模型效果圖

圖3 工程分析網(wǎng)格

圖4 收斂曲線圖

3.3.2 參數(shù)設(shè)置

⑦孫啟祥：《陸游打虎詩辨析》，陶喻之：《陸游刺虎公案》，刊《文史知識(shí)》2005年第11期“紀(jì)念陸游誕辰880周年專號(hào)”。

本模擬考慮來流邊界條件、出流邊界條件以及收斂判斷三方面。來流邊界中設(shè)定均勻分布風(fēng)速，不同高度平面上的來流風(fēng)速大小沿建筑高度方向按梯度遞增。不同高度的風(fēng)速不同，高度與風(fēng)速的計(jì)算公式如下：式中：V0-基準(zhǔn)高度h0處的風(fēng)速，m/s，一般取10m處的風(fēng)速；Vh-高度為h處的風(fēng)速，m/s；n-指數(shù)，根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2001），依據(jù)室外場(chǎng)地狀況，n 取 0.22[1～2]。

出流邊界條件按自由出口設(shè)定，建筑出流面上空氣流動(dòng)按湍流充分發(fā)展考慮。

收斂判斷：湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，離散方式采用二階迎風(fēng)格式，根據(jù)工況1、工況2主導(dǎo)風(fēng)向、風(fēng)速對(duì)項(xiàng)目方案周邊風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬。方案中，考慮建筑周圍的四周地形、地貌以及相對(duì)位置、外形，并建立簡(jiǎn)化室外風(fēng)場(chǎng)模型。設(shè)置計(jì)算域計(jì)算步數(shù)為1500次，終止標(biāo)準(zhǔn)按連續(xù)性方程與動(dòng)量方程殘差為1.0E-3以下，收斂曲線如圖4所示。

3.3.3 模擬工況

根據(jù)徐州市地區(qū)常年氣象數(shù)據(jù)設(shè)定2個(gè)模擬工況，各工況的具體風(fēng)向及風(fēng)速設(shè)置如表1所示。

表1 模擬工況

3.4 模擬結(jié)果分析

3.4.1 工況1（冬季主導(dǎo)風(fēng)向）

圖5為冬季典型風(fēng)向E（東風(fēng)）典型風(fēng)速3.0m/s時(shí)，距地1.5m高度處本項(xiàng)目周邊的流場(chǎng)分布情況。圖中可見：本項(xiàng)目建筑前后通風(fēng)順暢，來流風(fēng)從建筑北面經(jīng)建筑遮擋，建筑整體未出現(xiàn)大范圍漩渦。

圖6、7為冬季典型風(fēng)向E（東風(fēng)），典型風(fēng)速3.0m/s時(shí)，徐州高鐵站區(qū)企業(yè)區(qū)域總部項(xiàng)目周圍距地1.5m高度處風(fēng)速云圖，等值線間距為0.3125m/s。由圖可見：該項(xiàng)目風(fēng)速較小，基本在0.625～3.125m/s之間。其中最大風(fēng)速為4.009m/s，來流風(fēng)速為2.622m/s，經(jīng)計(jì)算，風(fēng)速放大系數(shù)為1.528，項(xiàng)目參評(píng)區(qū)域周圍人行高度風(fēng)速基本在5.0m/s以內(nèi)，有利于本項(xiàng)目的行人活動(dòng)，營造良好的室外風(fēng)環(huán)境。

圖5 距地1.5m處風(fēng)速矢量圖

圖6 距地1.5m處風(fēng)速云圖

圖7距地1.5m處來流風(fēng)速云圖

圖8 、9為冬季主導(dǎo)風(fēng)向E（東風(fēng)）條件下建筑立面風(fēng)壓分布狀況圖，室外平均風(fēng)速3.0m/s條件下，項(xiàng)目周邊距1.5m高度處風(fēng)壓云圖，等值線間距為1.0Pa。圖中可見：建筑迎風(fēng)面第一排建筑的壓力基本在3～4Pa左右，背風(fēng)面的壓力在-1～0Pa；除迎風(fēng)第一排建筑外，其他建筑前后風(fēng)壓差較小，基本在2～3Pa左右。

圖8 建筑背面風(fēng)側(cè)壓力分布圖

圖9 建筑正風(fēng)側(cè)壓力分布圖

工況1下，在冬季典型風(fēng)向E（東風(fēng)），典型風(fēng)速3.0m/s下，流場(chǎng)：本項(xiàng)目建筑前后通風(fēng)順暢，來流風(fēng)從建筑北面經(jīng)建筑遮擋，整體未出現(xiàn)大范圍無風(fēng)區(qū)及漩渦區(qū)。風(fēng)速：區(qū)域周圍人行高度風(fēng)速基本在5.0m/s以內(nèi)，有利于廣場(chǎng)的行人活動(dòng)，經(jīng)計(jì)算，風(fēng)速放大系數(shù)為1.528。風(fēng)壓：本項(xiàng)目迎風(fēng)面建筑前后壓力差較大，迎風(fēng)面建筑前后最大風(fēng)壓差為5Pa左右，除迎風(fēng)面其余風(fēng)壓較小，均在5Pa以下。

3.4.2 工況1（過渡季、夏季主導(dǎo)風(fēng)向）

圖10 距地1.5m風(fēng)速矢量圖

圖11 距地1.5m處風(fēng)速云圖

圖12距地1.5m處來流風(fēng)速云圖

圖10 為夏季、過渡季典型風(fēng)向SES（東南）、典型風(fēng)速3.5m/s時(shí)，徐州高鐵站區(qū)企業(yè)區(qū)域總部項(xiàng)目內(nèi)距地1.5m高度處流場(chǎng)分布情況。圖中可見：本項(xiàng)目內(nèi)流場(chǎng)分布都比較均勻，通風(fēng)效果較好，整個(gè)場(chǎng)地?zé)o明顯的渦旋，整體未出現(xiàn)大范圍無風(fēng)區(qū)，有利于小區(qū)內(nèi)的熱量及污染物的擴(kuò)散。

圖11、12為夏季、過渡季典型風(fēng)向ESE（東南東風(fēng)），典型風(fēng)速3.5m/s時(shí)，本項(xiàng)目周圍距地面1.5m高度處風(fēng)速云圖，等值線間距為0.375m/s。圖中可見：本項(xiàng)目的平均風(fēng)速為3.055m/s，大部分區(qū)域的風(fēng)速位于1.125～3.75m/s之間；最大風(fēng)速為4.733m/s，來流風(fēng)速為3.192m/s，經(jīng)計(jì)算，風(fēng)速放大系數(shù)為1.482，有利于本項(xiàng)目內(nèi)行人活動(dòng)，營造良好的室外風(fēng)環(huán)境。

圖13 建筑迎風(fēng)正面風(fēng)壓圖（夏季、過渡季）

圖14建筑迎風(fēng)背面風(fēng)壓圖（夏季、過渡季）

圖13 、14顯示的是在夏季、過渡季典型風(fēng)向ESE（東南東風(fēng)）情況下，典型風(fēng)速3.5m/s下，本項(xiàng)目東立面最大風(fēng)壓為4～5Pa左右，建筑東立面的風(fēng)壓值也普遍高于西立面，東西立面的壓差范圍在3～4Pa左右，有利用建筑室內(nèi)的自然通風(fēng)。

工況2下，在夏季和過渡季典型風(fēng)向ESE（東南東風(fēng)），典型風(fēng)速3.5m/s下，流場(chǎng)：整個(gè)區(qū)域內(nèi)流場(chǎng)分布都比較均勻，未出現(xiàn)大范圍無風(fēng)區(qū)、渦流區(qū)，空氣品質(zhì)較好。風(fēng)速：整個(gè)區(qū)域內(nèi)風(fēng)速較穩(wěn)定，周邊人行區(qū)域1.5m高度處風(fēng)速均在5m/s以下，風(fēng)速放大系數(shù)約為1.482，小于2，有利于本項(xiàng)目內(nèi)行人活動(dòng)，營造良好的室外風(fēng)環(huán)境。風(fēng)壓：區(qū)域內(nèi)所有參評(píng)建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面風(fēng)壓差均大于0.5Pa，有利于夏季和過渡季節(jié)室內(nèi)自然通風(fēng)，帶走室內(nèi)熱量和污濁物。

4 結(jié)論

本項(xiàng)目進(jìn)行了2種工況模擬評(píng)價(jià)，在工況1下，建筑物周圍人行區(qū)距地1.5m高處，風(fēng)速V小于5m/s；且室外風(fēng)速放大系數(shù)＜2，對(duì)小區(qū)風(fēng)環(huán)境影響較小，滿足要求；冬季除迎風(fēng)第一排建筑外，建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面表面風(fēng)壓差不＞5Pa，滿足要求；工況2下，場(chǎng)地內(nèi)人員活動(dòng)區(qū)不出現(xiàn)渦流或無風(fēng)區(qū)；50%以上建筑的可開啟外窗表面的風(fēng)壓差大于0.5Pa[3～4]。

綜上所述，本項(xiàng)目整體滿足《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2014）第4.2.6條“場(chǎng)地內(nèi)風(fēng)環(huán)境有利于室外行走、活動(dòng)舒適和建筑的自然通風(fēng)”。

2017年徐州市綠色建筑示范城市科技支撐項(xiàng)目。