溫雅俊 ，王燕飛 （河南科技大學(xué)建筑學(xué)院，河南 洛陽 471000）

0 前言

自上世紀(jì)90年代開始，中國的城市化建設(shè)飛速發(fā)展并逐年加速。時至2017年，國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)顯示我國城鎮(zhèn)化率（城鎮(zhèn)人口占總?cè)丝诒戎兀┻_(dá)58.52%。城市規(guī)模的迅速膨脹帶來了生產(chǎn)生活活動的大量增加，也給城市環(huán)境帶來了巨大的壓力，引發(fā)了諸如霧霾、熱島效應(yīng)、溫室效應(yīng)等一系列城市氣候問題。根據(jù)住區(qū)環(huán)境評價因素及人體舒適度性分析，影響居住區(qū)微氣候環(huán)境好壞主要因子有熱度、濕度、通風(fēng)、日照等，其中日照因子是有規(guī)律可循并且相關(guān)研究較為成熟的可控因素，而通風(fēng)因子間接決定了住區(qū)的熱度、濕度情況[2]。另外城市中產(chǎn)生的大氣顆粒物污染、熱島效應(yīng)等問題也都與風(fēng)場有著直接或間接的關(guān)聯(lián)。因此住區(qū)通風(fēng)對于營造良好的居住區(qū)微氣候起到了至關(guān)重要的作用。

1 國外研究動態(tài)

國際上從20世紀(jì)60年代便已經(jīng)展開了對風(fēng)環(huán)境的研究，并取得了豐碩的理論成果和實踐成果。很多國家設(shè)立了專門的風(fēng)環(huán)境研究機(jī)構(gòu)，如澳大利亞、日本、英國、加拿大等等。W.D.Baines[7]在1965年進(jìn)行了風(fēng)洞實驗及實地考察，參加了名為“建筑構(gòu)造物與其產(chǎn)生的風(fēng)效應(yīng)”的國際會議，并在會議上提出了實驗結(jié)論：處于自然風(fēng)中的高樓會把高處能量較高的氣流引導(dǎo)至能量較低的下方，從而使得地面風(fēng)速增大，同時高樓周圍的低層建筑會受到強(qiáng)氣流的影響。隨后，各個研究中心及相關(guān)學(xué)者開始對建筑周圍風(fēng)環(huán)境的預(yù)測、評價及優(yōu)化進(jìn)行定量的分析，如：W.H.Melbourne[8]對穿堂風(fēng)進(jìn)行了實驗研究，發(fā)現(xiàn)了穿堂風(fēng)和建筑物高度成正比例關(guān)系，即穿堂風(fēng)的風(fēng)速會隨建筑物的增高而增大。1995年，To AP與Lam KM[9]在構(gòu)建了一系列相同尺度的建筑物模型，并探討了這些建筑物的排列布局方式對風(fēng)環(huán)境的影響，最后得出如下結(jié)論：風(fēng)速的方向與建筑朝向垂直時，迎風(fēng)面建筑會對風(fēng)的流動形成較大阻礙，進(jìn)而影響了后排建筑的風(fēng)環(huán)境，即形成了風(fēng)渦流；當(dāng)風(fēng)速的方向與建筑朝向平行時，兩棟建筑之間產(chǎn)生局部高風(fēng)速的現(xiàn)象，形成風(fēng)通道即“狹道風(fēng)”現(xiàn)象。近年來，一些國外的專家提出，在進(jìn)行居住區(qū)設(shè)計規(guī)劃時要考慮小區(qū)的微氣候變化，研究的重點主要是小區(qū)室外風(fēng)環(huán)境與建筑之間相互影響的關(guān)系[3]。比如 B.Blocken,T.van Hooff以Eindhoven大學(xué)校園為研究對象，運(yùn)用CFD模擬軟件對其進(jìn)行了數(shù)值模擬，分析了人行高度1.5m處的風(fēng)環(huán)境的舒適度。

2 國內(nèi)研究動態(tài)

相比國外對風(fēng)環(huán)境的研究，我國的相關(guān)研究起步較晚。但是，在我國古代，不同地域的人們都知道結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀簧鷳B(tài)環(huán)境，布置村落建設(shè)住宅，從而形成最有利的自然通風(fēng)，因此也形成了個各具特色的地域民居。例如北京的四合院、南方的天井等。這些建筑形式不論是在平面布局還是空間組織上都對住宅的自然通風(fēng)起到了巨大的作用，這對我們進(jìn)行現(xiàn)代住宅風(fēng)環(huán)境的設(shè)計也有重要的指導(dǎo)意義。李曉峰[10]等人在2003年研究了最不利于自然通風(fēng)的圍合式布局的住宅小區(qū)的微氣候，并提出了改進(jìn)策略，即采用合理的建筑構(gòu)造（如架空結(jié)構(gòu)）和開口位置從而達(dá)到強(qiáng)化通風(fēng)和降低區(qū)域溫差的良好效果。2009年陳飛[11]出版了著作——《建筑風(fēng)環(huán)境：夏熱冬冷氣候區(qū)風(fēng)環(huán)境研究與建筑節(jié)能設(shè)計》一書，主要討論了氣候?qū)ㄖ挠绊?，特別是風(fēng)環(huán)境對不同建筑類型、不同建筑特點的影響，并且還建立了夏熱冬冷地區(qū)的風(fēng)環(huán)境評價標(biāo)準(zhǔn)。2013年，楊麗[13]利用CFD技術(shù)模擬了居住區(qū)內(nèi)的風(fēng)環(huán)境，研究結(jié)果表明，運(yùn)用CFD技術(shù)對居住區(qū)的大氣流場進(jìn)行模擬分析，具有實際的應(yīng)用價值，并且對基于風(fēng)環(huán)境模擬的居住區(qū)規(guī)劃具有科學(xué)的指導(dǎo)意義。2014年龔晨等針對行列式、錯列式、斜列式、混合式4種典型的城市住宅小區(qū)布局形式，運(yùn)用ANSYS-CFX軟件建立了76種不同參數(shù)的數(shù)值模型，并對數(shù)值模型進(jìn)行了三維風(fēng)場模擬，分析結(jié)果表明：微風(fēng)環(huán)境下，當(dāng)來流風(fēng)呈垂直建筑長度方向進(jìn)入小區(qū)時其內(nèi)部風(fēng)速增幅最大；不同工況下人行高度（離地1.5m）處風(fēng)速較高的地方主要為小區(qū)過道入口；建筑物長度比建筑物寬度對小區(qū)風(fēng)環(huán)境的影響更為顯著，當(dāng)建筑尺寸長寬度比L/B=3∶1即采用斜列式布局能夠有效改善小區(qū)內(nèi)風(fēng)環(huán)境狀況[12]。2017年，胡春景等人探討了行列式、錯列式和點群式三種不同的建筑形態(tài)與布局對居住區(qū)微氣候的影響，并得出塔式建筑的風(fēng)場優(yōu)于板式建筑的結(jié)論[16]。

3 小結(jié)

綜上，國內(nèi)外關(guān)于居住區(qū)室外風(fēng)環(huán)境的研究范疇主要是風(fēng)與建筑之間的相互影響，包括不同的建筑布局、不同的建筑物的形狀以及不同建筑物的尺度等對風(fēng)環(huán)境產(chǎn)生的不同的影響。

目前國內(nèi)外關(guān)于分析風(fēng)環(huán)境的方法主要有現(xiàn)場實測、風(fēng)洞實驗和計算機(jī)數(shù)值模擬三種。在這之中現(xiàn)場實測法雖然數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性能夠得到保證但應(yīng)用面比較窄，因為其不能在規(guī)劃設(shè)計階段進(jìn)行分析，而只能運(yùn)用于已經(jīng)建成的場所，并且現(xiàn)場實測法需要耗費(fèi)巨大的人力物力，也無法對優(yōu)化的結(jié)果進(jìn)行檢驗；風(fēng)洞試驗法解決了現(xiàn)場監(jiān)測方法在區(qū)域風(fēng)環(huán)境整體上把握不足的問題，但是僅可以了解到比較典型的建筑群的風(fēng)環(huán)境的規(guī)律及特點，并且其周期很長還要花費(fèi)巨大的財力，因此很難在實際項目中廣泛推廣[14]。隨著計算機(jī)的發(fā)展與成熟，計算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)開始應(yīng)用于風(fēng)環(huán)境的分析中，并且也成為了目前相對較為普遍的方法，其中 CFD（Computational Fluid Dynamics）即計算流體力學(xué)運(yùn)用最為廣泛。CFD是近代流體力學(xué)、數(shù)值數(shù)學(xué)和計算機(jī)科學(xué)相互結(jié)合的交叉科學(xué)，其模擬方法具有很多優(yōu)點，比如成本低廉、操作方便、模擬成果直觀易懂等，并且能將三維流場進(jìn)行可視化，因此目前被廣泛地用來模擬風(fēng)環(huán)境。而基于CFD技術(shù)的模擬軟件有很多種，目前比較成熟且運(yùn)用較多的主要有 PHOENICSCFX、Fluent、Star—CD、NUMECA 等等。

4 展望

影響居住區(qū)室外風(fēng)環(huán)境的因素是多方面的，除了受到城市上空大氣環(huán)境、居住區(qū)周圍的環(huán)境、建筑布局、建筑形態(tài)及材料、下墊面屬性等因素影響外，園林綠化對居住區(qū)室外風(fēng)環(huán)境的影響起到了重要作用，如居住區(qū)內(nèi)的綠化形式、綠地布局、噴泉水景、景觀設(shè)施等都會影響室外微氣候的優(yōu)劣。比如，我國學(xué)者涂逢祥在其著作中說明在夏季，植物可以通過喬木的遮陽減少太陽輻射，降低建筑物表面和其他下墊面的溫度，從而改善居住區(qū)室外熱環(huán)境；在冬季，綠化植物構(gòu)成的防風(fēng)林可以有效緩解建筑小區(qū)外的風(fēng)速，為小區(qū)居民的工作、生活提供舒適的室外風(fēng)環(huán)境[15]。

但是傳統(tǒng)的居住區(qū)風(fēng)環(huán)境評估通過改變建筑的布局、建筑覆蓋率等因子以改善室外風(fēng)環(huán)境，而關(guān)于園林綠化對風(fēng)環(huán)境影響的評價還很少，并且居住區(qū)景觀設(shè)計導(dǎo)則中涉及定量指導(dǎo)植被設(shè)計改善居住區(qū)室外微氣候的導(dǎo)則和標(biāo)準(zhǔn)也很少。因此，未來分析探討園林綠化對室外微氣候的影響，尤其是對風(fēng)環(huán)境的影響，從改善室外微氣候的角度對居住區(qū)室外綠化設(shè)計提出科學(xué)的優(yōu)化設(shè)計方法，對今后的居住區(qū)景觀設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。同時這也是低成本建設(shè)生態(tài)宜居城市以及舒適的人居環(huán)境的要求。