劉增宏

南寧市建筑設計院

0 引言

隨著社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們在關注室內環(huán)境質量的同時，對所處室外環(huán)境也得到越來越多的關注，而項目從規(guī)劃階段開始，規(guī)劃師更多只是注重建筑的功能流線及園林景觀和空間利用，但實際上，建筑所處的室外風、熱、聲環(huán)境在很大程度上影響著建筑的室外舒適度[1]。因此，在綠色建筑大力發(fā)展的今天，項目從規(guī)劃開始可以利用建筑熱物理模擬技術對項目朝向、布局等的風、熱、聲等環(huán)境進行模擬分析設計，為優(yōu)化建筑設計及科學建設綠色建筑提供參考依據(jù)。

本文就建筑室外物理環(huán)境模擬技術在實際二星級綠色建筑中的貢獻及應用進行具體闡述。

1 工程概況

本項目為一棟建筑高度是89.8 m，建筑面積約4萬m2的公共建筑，主要功能為醫(yī)院住院樓，裙樓為門診功能。建筑模型如圖1 所示：

圖1 三維視圖

室外物理環(huán)境性能應包括室外風環(huán)境，熱島強度，環(huán)境噪聲，日照和室外幕墻光污染等[1]。本項目中應用的室外物理環(huán)境模擬項為：室外熱環(huán)境、室外聲環(huán)境、室外風環(huán)境。

2 室外熱環(huán)境模擬分析

室外熱環(huán)境的計算規(guī)定：《城市居住區(qū)熱環(huán)境設計標準》的指標體系包括必須滿足的強制性條文，在此基礎上采用規(guī)定性設計或評價性設計。本項目對建筑進行評價性設計，采用逐時濕球黑球溫度和平均熱島強度作為居住區(qū)熱環(huán)境設計指標，設計指標應符合下列規(guī)定：居住區(qū)夏季逐時濕球黑球溫度不應大于33 ℃。居住區(qū)夏季平均熱島強度不應大于1.5 ℃。

對建筑室外熱環(huán)境模擬分析結果如表1、2：

表1 建筑濕球黑球溫度

表2 平均熱島強度

《城市居住區(qū)熱環(huán)境設計標準》3.3.1 條規(guī)定居住區(qū)逐時濕球黑球溫度不應大于33 ℃，夏季平均熱島強度不應大于1.5 ℃。由表1 數(shù)據(jù)可知，該項目逐時濕球黑球溫度最大值為29.6 ℃，另根據(jù)表2 數(shù)據(jù)及《城市居住區(qū)熱環(huán)境設計標準》5.0.2 條公式計算可得該項目平均熱島強度為0.96 ℃。因此，本項目規(guī)劃布局合理，建筑所處的室外熱環(huán)境的逐時濕球黑球溫度及夏季平均熱島強度均能滿足《城市居住區(qū)熱環(huán)境設計標準》中的相關要求，本條為《綠色建筑評價標準》GB/T 50378-2019 中的控制項內容，該模擬報告充分證明了項目可以滿足綠色建筑標準的強制性要求，相當于為綠色建筑貢獻了10 分的分值。

3 室外風環(huán)境模擬分析

室外風環(huán)境評價依據(jù)為《綠色建筑評價標準》GB/T 50378-2019 中第8.2.8 條規(guī)定了室外風環(huán)境的條目要求。具體如下：場地內風環(huán)境有利于室外行走，活動舒適和建筑的自然通風。其評分規(guī)則為：

1）冬季典型風速和風向條件下，建筑物周圍人行區(qū)距地高1.5 m 處風速低于5 m/s，戶外休息區(qū)、兒童娛樂區(qū)風速小于2 m/s，且室外風速放大系數(shù)小于2，得3 分。除迎風第一排建筑外，建筑迎風面與背風面表面風壓差不超過5 Pa，得2 分。

2）過渡季、夏季典型風速和風向條件下，場地內人活動區(qū)不出現(xiàn)渦旋或無風區(qū)，得3 分。50%以上可開啟外窗室內外表面的風壓差大于0.5 Pa，得2 分[2]。

3.1 室外風環(huán)境冬季工況模擬結果

本項目冬季工況的入口邊界風速為2.20 m/s，風向為ESE，圖2、3 為冬季工況下計算區(qū)域的風速分布云圖，風速放大系數(shù)分布云圖，建筑迎風面與背風面風壓分布云圖：

圖2 -1.5 m 高度水平面風速云圖-冬季

圖3 1.5 m 高處風速放大系數(shù)云圖-冬季

綜合上述，建筑計算域中，冬季工況風場中風速無大于5 m/s 的風速超限區(qū)，但是風速放大系數(shù)出現(xiàn)超過2 的超限區(qū)域。同時建筑迎風面與背風面風壓差匯總如表3：

表3 建筑迎風和背風面風壓差結論匯總表

綜上所述，建筑冬季工況的迎風面與背風面壓差滿足不大于5 Pa 的要求。

3.2 室外風環(huán)境夏季、過渡季工況模擬結果

本項目夏季工況的入口邊界風速為2.00 m/s，風向為ESE。通過該項標準指導設計確保合理的建筑布局，在夏季形成有效的巷道風，優(yōu)化街區(qū)自然通風環(huán)境，避免夏季人行區(qū)有明顯的氣流旋渦和無風區(qū)，從而造成悶熱不適感[3]。

圖4、5 為夏季工況下計算區(qū)域風速分布云圖，風速矢量圖，建筑迎風面與背風面外窗表面風壓云圖：

圖4 -1.5 m 高度水平面風速云圖-夏季

圖5 計算域內-1.5 m 高度水平面風速矢量圖

綜合上述，建筑計算域中，夏季工況風場中未出現(xiàn)無風區(qū)（通常當人行區(qū)域風速≤0.2 m/s 時，該區(qū)域風向標處于靜止狀態(tài)，此區(qū)域活動的人會有明顯的無風感，則該區(qū)域為無風區(qū)）及旋渦區(qū)。

同時，夏季工況建筑室內外表面風壓差大于0.5 Pa 的建筑表面積20403.60 m2，占地上建筑面積35000 m2的比例為58.3%，滿足“50%以上可開啟外窗室內外表面的風壓差大于0.5Pa”的要求。

對建筑室外風環(huán)境模擬分析結果如表4、5：

表4 冬季工況達標判斷表

表5 過渡季、夏季工況達標判斷表

綜上所述，通過對建筑室外風環(huán)境的模擬分析計算，為綠色建筑貢獻了7 分的分值。

4 室外聲環(huán)境模擬分析

《聲環(huán)境質量標準》GB3096-2008 中規(guī)定了五類聲環(huán)境功能區(qū)的環(huán)境噪聲限值，如表6 所述：

表6 環(huán)境噪聲限值

本項目為醫(yī)院建筑，屬于1 類聲環(huán)境功能區(qū)，因此，項目在規(guī)劃設計時，通過綠化、聲屏障等手段控制建筑室外聲環(huán)境能滿足規(guī)范的相關要求。

本項目場地噪聲分布鳥瞰圖如圖6、7 所示：

圖6 場地噪聲分布俯瞰圖（晝間）

圖7 場地噪聲分布俯瞰圖（夜間）

通過模擬得到本項目晝間與夜間建筑場地噪聲分布情況，噪聲最大值如表7 所示：

表7 環(huán)境噪聲綜合得分表

綜上，本項目建筑所處的場地噪聲滿足了1 類聲功能區(qū)的噪聲要求，同時也可為綠色建筑貢獻10 分的分值。

5 結語

項目按照《綠色建筑評價標準》GB/T50378-2019二星級標準進行設計，本項目應用的室外物理環(huán)境模擬項及得分情況如表8：

表8 項目應用的室外物理環(huán)境模擬技術條文及得分情況

室外物理環(huán)境性能模擬項總分為30 分，項目對各模擬項進行計算分析，實際為綠色建筑貢獻的分值為27 分，占比達到90%。同時，本項目正是借助了室外物理環(huán)境模擬技術手段，在項目前期規(guī)劃階段，為規(guī)劃師提供了寶貴的意見，使整個建筑在滿足規(guī)劃要求的使用功能流線、消防、景觀等各要求的前提下，也滿足了人們對室外物理環(huán)境舒適性的要求。因此，室外物理環(huán)境模擬技術不僅應當被廣泛的應用到綠色建筑中去，更應當被廣泛應用到項目前期規(guī)劃中去[4]。