李冰，劉健 （吉林建筑大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春 130000）

在21世紀(jì)初，隨著大量“方盒子”式的住宅席卷而來(lái)。但是近年來(lái)，居住區(qū)的建筑設(shè)計(jì)中主要還是以日照間距、消防疏散、綠化率等作為住宅建筑的硬性標(biāo)準(zhǔn)，缺少對(duì)于建筑風(fēng)環(huán)境的關(guān)注，以及如何提升住宅區(qū)的通風(fēng)效果，使夏季不至于通風(fēng)不暢，悶熱難耐，通過(guò)自然通風(fēng)，從而能夠進(jìn)一步減少相關(guān)用電設(shè)備的運(yùn)用，最終還能達(dá)到節(jié)能環(huán)保低碳的效果，冬季不至于冬季寒風(fēng)呼嘯，導(dǎo)致房間散熱增加，從而導(dǎo)致建筑能耗的增加，特別對(duì)于嚴(yán)寒地區(qū)來(lái)說(shuō)，人行走在其中由于風(fēng)速過(guò)快，導(dǎo)致人體的舒適度大大降低。因此，如何改善住區(qū)的風(fēng)環(huán)境，也是當(dāng)今建筑設(shè)計(jì)亟需解決的問(wèn)題之一。

1 風(fēng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

人體舒適度的最重要的因素就是人的感受，利用《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T50378-2014）相關(guān)的條例[1]大致有以下規(guī)則：首先是在冬季盛行風(fēng)條件下的風(fēng)速和風(fēng)向，建筑群體周邊的風(fēng)速低于5m/s，并且室外風(fēng)速放大系數(shù)低于2。其次是除了迎風(fēng)的第一排建筑群之外，建筑群前后迎風(fēng)面的風(fēng)壓差不大于5N/m2。春秋兩季與效應(yīng)夏季盛行風(fēng)條件下的風(fēng)向與風(fēng)速，范圍內(nèi)的人群活動(dòng)場(chǎng)地不出現(xiàn)無(wú)風(fēng)區(qū)與渦流區(qū)，百分之五十可開(kāi)啟外窗室內(nèi)外風(fēng)壓差不大于5N/m2。

2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

這些年來(lái)，住宅區(qū)風(fēng)環(huán)境也被各種專家學(xué)者用來(lái)進(jìn)行大量的研究，一種是通過(guò)對(duì)住宅的計(jì)算機(jī)模型，對(duì)不同建筑布局方案進(jìn)行比較性研究。例如胡春的基于風(fēng)環(huán)境模擬對(duì)于高層住區(qū)布局的優(yōu)化[2]。胡一東的上海地區(qū)住宅建筑布局對(duì)室外風(fēng)環(huán)境的影響分析是通過(guò)得到上海的氣象數(shù)據(jù)，然后通過(guò)運(yùn)用軟件建立模型，得到不同建筑形體風(fēng)環(huán)境的優(yōu)劣，從而能夠指導(dǎo)規(guī)劃設(shè)計(jì)[3]。另一種是對(duì)于一個(gè)實(shí)際存在的項(xiàng)目進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬分析，比如曹向明的基于風(fēng)環(huán)境的西安市高層建筑區(qū)規(guī)劃布局策略，以曲江新區(qū)為例，通過(guò)建立模型之后導(dǎo)入Phoenics，從而獲得曲江新區(qū)風(fēng)環(huán)境存在的問(wèn)題，提出相應(yīng)的解決方法[4]。

3 風(fēng)環(huán)境模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)寒地住區(qū)的分析

風(fēng)環(huán)境模擬是將實(shí)地測(cè)試的風(fēng)環(huán)境基本數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬出該地塊風(fēng)環(huán)境的優(yōu)劣，從而指導(dǎo)場(chǎng)地風(fēng)環(huán)境的改善，并進(jìn)行建筑的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3.1 Winair4軟件簡(jiǎn)介

Ecotect是一個(gè)微環(huán)境生態(tài)模擬軟件，Winair4是計(jì)算CFD（Computational Fluid Dynamics)流體力學(xué)的主流計(jì)算平臺(tái)之一，本文運(yùn)用該軟件對(duì)沈陽(yáng)市大東區(qū)萬(wàn)科金色家園住區(qū)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，從而提出優(yōu)化設(shè)計(jì)策略。

Winair4相比較其他軟件而言，對(duì)各種軟件的建模方式更加兼容，操作更加的方便，速度相比較其他的軟件較快，缺點(diǎn)就是對(duì)比于其他的CFD模擬軟件精準(zhǔn)度不夠。適用于建筑學(xué)專業(yè)用來(lái)測(cè)試建筑的風(fēng)環(huán)境改善，風(fēng)環(huán)境對(duì)建筑設(shè)計(jì)的不利影響，從而進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。圖1所示為各種風(fēng)環(huán)境的軟件特征及功能。

圖1 不同風(fēng)環(huán)境軟件對(duì)比圖

3.2 沈陽(yáng)市大東區(qū)氣候狀況分析

沈陽(yáng)市屬于嚴(yán)寒地區(qū)，沈陽(yáng)市的年平均氣溫基本維持在6.1℃～9.8℃之間，夏季溫暖時(shí)間就比較短，并且雨量充沛，春季、秋季持續(xù)時(shí)間較短，溫差變化較大且多風(fēng)，夏季盛行東南風(fēng)，冬季盛行西北風(fēng)。

3.3 萬(wàn)科金色家園區(qū)位分析

本次模擬的地塊是萬(wàn)科金色家園，位于遼寧省沈陽(yáng)市較為重要的干道東、西快速干道及聯(lián)合路之間，緊鄰沈陽(yáng)大學(xué)。

現(xiàn)有的住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)為行列錯(cuò)落式布局，布局比較規(guī)整，如圖2所示，東側(cè)除臨街的一層商業(yè)裙房外，大部分為六層的住宅區(qū)，西側(cè)為十二層與十八層的高層住宅區(qū)。

圖2 地塊現(xiàn)狀圖

3.4 軟件模擬方法

軟件模擬的求解過(guò)程如下。

導(dǎo)入萬(wàn)科金色家園的地形圖，進(jìn)行檢查文件，設(shè)置地面等信息。進(jìn)行計(jì)算之后顯示計(jì)算結(jié)果，保存數(shù)據(jù)，并且分析計(jì)算結(jié)果，如圖3所示。

圖3 Winair4軟件界面、計(jì)算界面

3.5 萬(wàn)科金色家園現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量

通過(guò)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和實(shí)地測(cè)量得出沈陽(yáng)詳細(xì)的溫度、濕度、風(fēng)速風(fēng)向等相關(guān)的需要參數(shù)，如圖4所示。

圖4 沈陽(yáng)市風(fēng)速風(fēng)向、溫度等示意圖

3.6 萬(wàn)科金色家園現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量

通過(guò)測(cè)量所得的數(shù)據(jù)輸入winair4進(jìn)行模擬。然后通過(guò)軟件模擬得出相應(yīng)住宅區(qū)的大致風(fēng)環(huán)境，見(jiàn)圖5、6所示。

圖5 原有建筑冬季、夏季風(fēng)環(huán)境風(fēng)速分析

圖6 原有建筑風(fēng)環(huán)境冬季、夏季風(fēng)向分析

3.7 萬(wàn)科金色家園風(fēng)環(huán)境存在的問(wèn)題

由圖5、6中分析可知，原有住宅區(qū)風(fēng)環(huán)境存在的問(wèn)題如下。

①角隅效應(yīng)：風(fēng)吹向建筑時(shí)，在風(fēng)繞過(guò)建筑到達(dá)建筑兩側(cè)時(shí)形成原有風(fēng)力2-3倍的強(qiáng)風(fēng)，而且強(qiáng)風(fēng)區(qū)對(duì)行人的舒適度影響極大，如圖7所示。

②垂直渦旋：由于建筑物高度比較高，導(dǎo)致風(fēng)吹向建筑物時(shí)會(huì)導(dǎo)致風(fēng)的反刮，因此會(huì)形成自上到下的渦旋區(qū)，如圖8所示。

圖7 金色家園建筑角隅效應(yīng)示意圖

圖8 金色家園建筑垂直渦旋示意圖

③狹管效應(yīng)：當(dāng)兩座高層建筑相鄰較近時(shí)，通過(guò)的風(fēng)會(huì)形成高速的氣流，如果建筑布局與自然風(fēng)向平行時(shí)會(huì)加劇這種效應(yīng)的影響，如圖9所示。

圖9 金色家園建筑狹管效應(yīng)示意圖

④角流風(fēng)效應(yīng)：由于前排建筑較高擋住來(lái)風(fēng)而存在的角流風(fēng)現(xiàn)象，并且在前排建筑頂部形成氣流凝滯點(diǎn)，氣流凝滯點(diǎn)上部的氣流繞過(guò)前排較高的建筑向后運(yùn)動(dòng)，氣流凝滯點(diǎn)下部的氣流沿著前排較高的建筑向下運(yùn)動(dòng)，由于下沖風(fēng)從而加速渦旋風(fēng)的強(qiáng)度，塵土飛揚(yáng)的程度也會(huì)加大，如果地面有垃圾，會(huì)導(dǎo)致垃圾滿天飛的現(xiàn)象，如圖10所示。

圖10 金色家園西部建筑群角流風(fēng)示意圖

⑤渦流風(fēng)：萬(wàn)科金色家園西北角處，由于前后建筑高度過(guò)高，建筑群采用半圍合布局，從而導(dǎo)致西北角處建筑群內(nèi)渦流風(fēng)速度過(guò)快，導(dǎo)致行人在此環(huán)境舒適度大大的降低，如圖11所示。

圖11 金色家園西北部高層建筑群渦流風(fēng)示意圖

3.8 優(yōu)化設(shè)計(jì)策略

通過(guò)上述模擬實(shí)驗(yàn)分析得出，萬(wàn)科金色家園住宅區(qū)風(fēng)環(huán)境存在幾種問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)對(duì)住宅區(qū)組團(tuán)進(jìn)行優(yōu)化。

①由于建筑物高度比較高，導(dǎo)致風(fēng)的反刮，通過(guò)高低的植物配置，一方面弱化風(fēng)的風(fēng)力，一方面調(diào)整風(fēng)的方向。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，草坪冬季能降低風(fēng)速5%～10%，夏季能降低15%～18%，如果園林中構(gòu)成喬灌草組合的綠色屏障，冬季能夠降低20%左右，夏季更是能夠降低60%左右，可以大大地提升防風(fēng)能力。

②萬(wàn)科金色家園西側(cè)高層建筑轉(zhuǎn)角處風(fēng)速過(guò)大，因此要加強(qiáng)這部分結(jié)構(gòu)和保溫的性能，減少不必要的突出物構(gòu)件及裝飾物，減少本身的體型系數(shù)，避免因風(fēng)速過(guò)大，導(dǎo)致墜落。

③在環(huán)境布置上應(yīng)該設(shè)置擋風(fēng)屏障，減緩風(fēng)對(duì)行人的影響。

④作為住宅區(qū)首先要考慮冬季防風(fēng)的問(wèn)題，應(yīng)當(dāng)在西側(cè)建筑表面增設(shè)導(dǎo)風(fēng)板等外在的輔助設(shè)施，建筑的入口一般都設(shè)置在北側(cè)，建議在入口處設(shè)置擋風(fēng)屏障和樹(shù)木。

通過(guò)以上的相關(guān)措施，在Ecotect軟件模型中進(jìn)行相應(yīng)修改的參數(shù)，得到模擬結(jié)果，見(jiàn)圖12、13。

圖12 建筑風(fēng)環(huán)境冬季、夏季風(fēng)速分析對(duì)比（原建筑上圖、改良下圖）

圖13 建筑風(fēng)環(huán)境冬季、夏季風(fēng)向分析對(duì)比（原建筑上圖、改良下圖）

3.9 驗(yàn)證設(shè)計(jì)策略

從改良的圖中和原有建筑風(fēng)環(huán)境圖的對(duì)比可以看出，冬季西側(cè)高層較改良之前風(fēng)速明顯下降，板式高層之間的狹管效應(yīng)也明顯減弱，風(fēng)速的明顯下降可以直接增強(qiáng)居民冬季戶外活動(dòng)的舒適度，夏季較改良之前，風(fēng)速略微提高，更加有利于住戶室內(nèi)污染物的排出與室內(nèi)良好的通風(fēng)環(huán)境。但是東側(cè)裙房之間風(fēng)環(huán)境變化不明顯，住區(qū)業(yè)主入口處不論夏季和冬季風(fēng)速都較大，可以設(shè)置擋風(fēng)墻或布置園林景觀來(lái)減弱風(fēng)速給人們帶來(lái)的不適感。

4 結(jié)論及措施

通過(guò)對(duì)萬(wàn)科金色家園的實(shí)測(cè)與模擬分析得出以下結(jié)論：

①該住宅區(qū)北部角隅效應(yīng)較為嚴(yán)重；

②該住宅區(qū)臨街面高層建筑垂直渦旋較為嚴(yán)重；

③該住宅區(qū)西部高層與多層建筑之間狹管效應(yīng)較為嚴(yán)重；

④該住宅區(qū)高層建筑角流風(fēng)效應(yīng)較為嚴(yán)重；

⑤該住宅區(qū)西北部建筑群渦流風(fēng)效應(yīng)較為嚴(yán)重。

通過(guò)相應(yīng)的問(wèn)題提出相應(yīng)的解決辦法，因?yàn)槭且呀ǔ尚^(qū)，無(wú)法通過(guò)建筑布局、朝向等改善風(fēng)環(huán)境，因此主要措施有：

①通過(guò)喬灌草形成階梯式綠化的園林景觀布局能有效減弱冷風(fēng)滲透；

②對(duì)于風(fēng)速較強(qiáng)地段可以通過(guò)布置擋風(fēng)墻、擋風(fēng)屏障等相關(guān)措施；

③通過(guò)加強(qiáng)冬季主導(dǎo)風(fēng)向一側(cè)保溫、結(jié)構(gòu)的性能；

④通過(guò)減少冬季主導(dǎo)風(fēng)向一側(cè)不必要裝飾物，減少體型系數(shù)；

⑤通過(guò)設(shè)置導(dǎo)風(fēng)板來(lái)引導(dǎo)風(fēng)的走向，減少冬季的冷風(fēng)滲透，增強(qiáng)夏季的污染物排出。

5 展望

本文以已建成的沈陽(yáng)市大東區(qū)萬(wàn)科金色家園為例，通過(guò)該住宅的實(shí)地調(diào)研與軟件模擬，得出該住宅區(qū)風(fēng)環(huán)境存在的問(wèn)題，通過(guò)優(yōu)化措施加以改正，并且再次通過(guò)軟件驗(yàn)證優(yōu)化措施的可行性，從而得出相應(yīng)的風(fēng)環(huán)境優(yōu)化措施。

當(dāng)然本文僅僅從風(fēng)環(huán)境角度針對(duì)住宅區(qū)進(jìn)行探討，由于模擬軟件和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的誤差，本文研究存在一定局限性，希望能夠拋磚引玉，使得建筑的風(fēng)環(huán)境研究進(jìn)一步深化。