張澤超，賈云鵬，林 鑫

(中建八局第四建設有限公司，山東 青島 266000)

建筑室外風環(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]。德國工程師協(xié)會于20世紀發(fā)布了標準VDI13787，提出了城市風環(huán)境評估方法及策略[4]。日本建立了綜合評價體系CASBEE，將建筑通風及城市通風納入了評價體系[5]。我國對于建筑室外風環(huán)境的研究起步較晚，暫無通用的風環(huán)境統(tǒng)一標準。昝池[6]等對徐州市某小區(qū)進行了冬季建筑風環(huán)境評價，蔡麗蓉等[7]基于CFD技術進行了贛南地區(qū)住宅風環(huán)境模擬系統(tǒng)設計研究。

建筑室外風環(huán)境的測評方法一般包括風洞試驗、模型試驗及CFD數(shù)值模擬，其中風洞試驗和模型試驗的成本較高，耗時較長。隨著計算機技術的發(fā)展，計算流體力學在建筑通風模擬領域的應用變得越來越廣泛，采用CFD數(shù)值模擬技術對建筑室外風環(huán)境進行測評可極大地降低測試成本，縮減評價周期。以濰坊市某常規(guī)板式住宅區(qū)為研究對象，采用CFD工具模擬計算其室外風環(huán)境，依據(jù)綠建手冊進行一定的評價。

1 研究內(nèi)容

1.1 模型構建

本項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)來看，濰坊市屬于寒冷地區(qū)、溫帶季風氣候。使用HYBPA2019軟件中的風模塊進行外部風環(huán)境的模擬分析。進行建筑模型建模時，在綜合考慮建模準確性與計算時間耗時的前提下，僅進行大體輪廓建模，保留建筑外部形體的凹凸變化。計算域方面，根據(jù)綠建計算標準中對計算域設置的相關規(guī)定，來流區(qū)域設置為4 H距離，側流區(qū)域為2 H距離，尾流區(qū)域為6 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)設置

來流梯度風采用指數(shù)函數(shù)梯度風；地面粗糙度指數(shù)取0.3；計算域兩側邊界與計算域頂部邊界均選定為為滑移邊界；湍流模型采用標準 k-ε模型；算法方面采用SIMPLE算法；壓力松弛因子為0.3，速度、湍動能、湍動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 模擬結果分析

2.1 夏季模擬結果

軟件計算完成后，輸出所有報表，圖片中由藍到紅表示數(shù)值逐漸增大。

夏季1.5 m高度處風速云圖及風速放大系數(shù)圖如圖1、圖2所示。依據(jù)《綠色建筑評價標準》GB/T 50378-2019，在濰坊市典型風速和風向參數(shù)條件下，從云圖上可以看出，Z=1.5 m人行高度區(qū)域風速在 0.00～4.43 m/s，風速小于5 m/s區(qū)域占比100%，不會影響室外正?；顒?，無風區(qū)域很少，有利于污染物的擴散，其風速放大系數(shù)均小于2，依據(jù)綠建標準可評分為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，在一定程度上減少了空調(diào)能耗，依據(jù)綠建標準，可評分為2分；從圖4上可以看出，空氣齡數(shù)值良好，空氣無明顯的滯留，夏季通風狀況良好；匯總所有建筑的迎背風面風壓分布，如圖5、6，依據(jù)綠建標準進行達標判斷，總體風壓分布達標率為98.71%，僅有極少數(shù)的位置風壓差未達標，總體上的結果基本符合《綠色建筑評價標準》中對于風壓差的規(guī)定。

圖1 風速云圖

圖2 風速放大系數(shù)圖

圖3 風壓云圖

圖4 空氣齡圖

圖5 迎風面壓力分布

圖6 背風面壓力分布

2.2 冬季模擬結果

從云圖7、8可得，1.5 m人行高度處風速在 0.00～7.22 m/s，約有7%的區(qū)域出現(xiàn)了風速大于5 m/s的情況，多集中于樓體邊角處，形成邊角大風現(xiàn)象，風速過大，會影響人的室外正?；顒?；風速放大系數(shù)最大值為2.4，從圖中可知，約有10%的區(qū)域出現(xiàn)了風速放大系數(shù)大于2的情況，依據(jù)綠建標準，評分為1.5分左右；從云圖9上可以看出，除建筑迎風面第一排建筑外，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，評分為0.5分；從云圖10上則可以看出，除建筑背風面受尾流影響，空氣齡數(shù)值較大外，其余地點空氣齡分布較為平緩，空氣無明顯滯留，通風效果良好；匯總所有建筑的迎背風面風壓分布，如圖11、12，依據(jù)綠建標準進行達標判斷，總體風壓分布達標率為37.65%，小區(qū)冬季風壓達標結果很差，需要采取相關措施進行改善。

圖7 風速云圖

圖8 風速放大系數(shù)圖

圖9 風壓云圖

圖10 空氣齡圖

圖11 迎風面壓力分布

圖12 背風面壓力分布

3 結語

使用數(shù)值模擬方式，對濰坊市的一傳統(tǒng)板式布局方式住宅建筑小區(qū)進行了模擬分析及評價，從實驗結果可以看出，該小區(qū)夏季風環(huán)境狀況比較優(yōu)秀，基本符合綠建標準相關要求，但冬季風環(huán)境狀況很差，必須采取措施來進行冬季的防風處理，依據(jù)標準，該小區(qū)評分為7分。

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

受實驗條件限制，未進行實地實測實量驗證、受真實氣候等因素影響，模擬結果必然存在一定的偏差。此方面的研究仍可進一步深化，本研究得出的結論及CFD實驗方法可為相似研究提供一定的參考。