張澤超，賈云鵬，林 鑫

(中建八局第四建設(shè)有限公司，山東 青島 266000)

建筑室外風(fēng)環(huán)境是城市微環(huán)境的重要組成部分[1]，能極大地影響行人的安全和舒適度[2]，已引起了人們的高度重視[3]。德國(guó)工程師協(xié)會(huì)于20世紀(jì)發(fā)布了標(biāo)準(zhǔn)VDI13787，提出了城市風(fēng)環(huán)境評(píng)估方法及策略[4]。日本建立了綜合評(píng)價(jià)體系CASBEE，將建筑通風(fēng)及城市通風(fēng)納入了評(píng)價(jià)體系[5]。我國(guó)對(duì)于建筑室外風(fēng)環(huán)境的研究起步較晚，暫無(wú)通用的風(fēng)環(huán)境統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。昝池[6]等對(duì)徐州市某小區(qū)進(jìn)行了冬季建筑風(fēng)環(huán)境評(píng)價(jià)，蔡麗蓉等[7]基于CFD技術(shù)進(jìn)行了贛南地區(qū)住宅風(fēng)環(huán)境模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究。

建筑室外風(fēng)環(huán)境的測(cè)評(píng)方法一般包括風(fēng)洞試驗(yàn)、模型試驗(yàn)及CFD數(shù)值模擬，其中風(fēng)洞試驗(yàn)和模型試驗(yàn)的成本較高，耗時(shí)較長(zhǎng)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算流體力學(xué)在建筑通風(fēng)模擬領(lǐng)域的應(yīng)用變得越來(lái)越廣泛，采用CFD數(shù)值模擬技術(shù)對(duì)建筑室外風(fēng)環(huán)境進(jìn)行測(cè)評(píng)可極大地降低測(cè)試成本，縮減評(píng)價(jià)周期。以濰坊市某常規(guī)板式住宅區(qū)為研究對(duì)象，采用CFD工具模擬計(jì)算其室外風(fēng)環(huán)境，依據(jù)綠建手冊(cè)進(jìn)行一定的評(píng)價(jià)。

1 研究?jī)?nèi)容

1.1 模型構(gòu)建

本項(xiàng)目位于濰坊市某小區(qū)，共有六棟26層住宅建筑，最高高度為80 m，容積率為2.5。從氣候分區(qū)來(lái)看，濰坊市屬于寒冷地區(qū)、溫帶季風(fēng)氣候。使用HYBPA2019軟件中的風(fēng)模塊進(jìn)行外部風(fēng)環(huán)境的模擬分析。進(jìn)行建筑模型建模時(shí)，在綜合考慮建模準(zhǔn)確性與計(jì)算時(shí)間耗時(shí)的前提下，僅進(jìn)行大體輪廓建模，保留建筑外部形體的凹凸變化。計(jì)算域方面，根據(jù)綠建計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)計(jì)算域設(shè)置的相關(guān)規(guī)定，來(lái)流區(qū)域設(shè)置為4 H距離，側(cè)流區(qū)域?yàn)? H距離，尾流區(qū)域?yàn)? H距離，頂部區(qū)域3 H距離，其中H為建筑群中最高建筑高度。

1.2 參數(shù)設(shè)置

來(lái)流梯度風(fēng)采用指數(shù)函數(shù)梯度風(fēng)；地面粗糙度指數(shù)取0.3；計(jì)算域兩側(cè)邊界與計(jì)算域頂部邊界均選定為為滑移邊界；湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn) k-ε模型；算法方面采用SIMPLE算法；壓力松弛因子為0.3，速度、湍動(dòng)能、湍動(dòng)能耗散率的松弛因子為0.7，空氣齡的松弛因子為1.0；迭代次數(shù)為2 000次。

2 模擬結(jié)果分析

2.1 夏季模擬結(jié)果

軟件計(jì)算完成后，輸出所有報(bào)表，圖片中由藍(lán)到紅表示數(shù)值逐漸增大。

夏季1.5 m高度處風(fēng)速云圖及風(fēng)速放大系數(shù)圖如圖1、圖2所示。依據(jù)《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50378-2019，在濰坊市典型風(fēng)速和風(fēng)向參數(shù)條件下，從云圖上可以看出，Z=1.5 m人行高度區(qū)域風(fēng)速在 0.00～4.43 m/s，風(fēng)速小于5 m/s區(qū)域占比100%，不會(huì)影響室外正?；顒?dòng)，無(wú)風(fēng)區(qū)域很少，有利于污染物的擴(kuò)散，其風(fēng)速放大系數(shù)均小于2，依據(jù)綠建標(biāo)準(zhǔn)可評(píng)分為3分；從云圖3上可以看出，夏季所有建筑前后表面靜壓差均在0.5 Pa以上，符合綠建規(guī)范，有利于室內(nèi)良好的自然通風(fēng)，在一定程度上減少了空調(diào)能耗，依據(jù)綠建標(biāo)準(zhǔn)，可評(píng)分為2分；從圖4上可以看出，空氣齡數(shù)值良好，空氣無(wú)明顯的滯留，夏季通風(fēng)狀況良好；匯總所有建筑的迎背風(fēng)面風(fēng)壓分布，如圖5、6，依據(jù)綠建標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行達(dá)標(biāo)判斷，總體風(fēng)壓分布達(dá)標(biāo)率為98.71%，僅有極少數(shù)的位置風(fēng)壓差未達(dá)標(biāo)，總體上的結(jié)果基本符合《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)于風(fēng)壓差的規(guī)定。

圖1 風(fēng)速云圖

圖2 風(fēng)速放大系數(shù)圖

圖3 風(fēng)壓云圖

圖4 空氣齡圖

圖5 迎風(fēng)面壓力分布

圖6 背風(fēng)面壓力分布

2.2 冬季模擬結(jié)果

從云圖7、8可得，1.5 m人行高度處風(fēng)速在 0.00～7.22 m/s，約有7%的區(qū)域出現(xiàn)了風(fēng)速大于5 m/s的情況，多集中于樓體邊角處，形成邊角大風(fēng)現(xiàn)象，風(fēng)速過(guò)大，會(huì)影響人的室外正?；顒?dòng)；風(fēng)速放大系數(shù)最大值為2.4，從圖中可知，約有10%的區(qū)域出現(xiàn)了風(fēng)速放大系數(shù)大于2的情況，依據(jù)綠建標(biāo)準(zhǔn)，評(píng)分為1.5分左右；從云圖9上可以看出，除建筑迎風(fēng)面第一排建筑外，其余建筑前后表面靜壓差也有大面積大于5 Pa的現(xiàn)象，影響居民的居住舒適度，加大采暖能源的消耗，評(píng)分為0.5分；從云圖10上則可以看出，除建筑背風(fēng)面受尾流影響，空氣齡數(shù)值較大外，其余地點(diǎn)空氣齡分布較為平緩，空氣無(wú)明顯滯留，通風(fēng)效果良好；匯總所有建筑的迎背風(fēng)面風(fēng)壓分布，如圖11、12，依據(jù)綠建標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行達(dá)標(biāo)判斷，總體風(fēng)壓分布達(dá)標(biāo)率為37.65%，小區(qū)冬季風(fēng)壓達(dá)標(biāo)結(jié)果很差，需要采取相關(guān)措施進(jìn)行改善。

圖7 風(fēng)速云圖

圖8 風(fēng)速放大系數(shù)圖

圖9 風(fēng)壓云圖

圖10 空氣齡圖

圖11 迎風(fēng)面壓力分布

圖12 背風(fēng)面壓力分布

3 結(jié)語(yǔ)

使用數(shù)值模擬方式，對(duì)濰坊市的一傳統(tǒng)板式布局方式住宅建筑小區(qū)進(jìn)行了模擬分析及評(píng)價(jià)，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，該小區(qū)夏季風(fēng)環(huán)境狀況比較優(yōu)秀，基本符合綠建標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求，但冬季風(fēng)環(huán)境狀況很差，必須采取措施來(lái)進(jìn)行冬季的防風(fēng)處理，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，該小區(qū)評(píng)分為7分。

在綜合考量夏季通風(fēng)與冬季防冷風(fēng)的前提下，可在小區(qū)四周種植大量的樹(shù)，以形成天然屏障，減少冬季冷風(fēng)對(duì)于街道行人區(qū)的影響，降低進(jìn)入小區(qū)的風(fēng)速，改善小區(qū)風(fēng)環(huán)境。最有效的方法是調(diào)整建筑布局，但此方法無(wú)法用于已成型的建筑群，可見(jiàn)在小區(qū)規(guī)劃建設(shè)之初進(jìn)行風(fēng)環(huán)境分析的重要性。

受實(shí)驗(yàn)條件限制，未進(jìn)行實(shí)地實(shí)測(cè)實(shí)量驗(yàn)證、受真實(shí)氣候等因素影響，模擬結(jié)果必然存在一定的偏差。此方面的研究仍可進(jìn)一步深化，本研究得出的結(jié)論及CFD實(shí)驗(yàn)方法可為相似研究提供一定的參考。