建筑群布局对室内外风环境的影响研究

    李静

    

    

    摘 要：现代住区规划设计中，建筑师往往将注意力集中在建筑总平面的功能布置、建筑的美观设计及空间的合理利用上，却忽略了对住区建筑群布局与建筑风环境的考虑，不恰当的建筑室外布局，带来室内外的风环境问题，会影响舒适性和室内自然通风效果。对并列式、斜列式、错列式和周边式4种建筑群布局下的风环境进行了模拟，探讨了建筑群布局对室内外风环境的影响。从形成良好风环境的角度，提出建筑群的布局规划建议。

    关键词：风环境;数值模拟;平面布局;自然通风

    文章编号：2095-4085（2020）04-0021-02

    0 前言

    建筑物室外空气流动情况对建筑室内的风环境微气候有着重要的影响，建筑室内自然通风的动力来自于室外的风环境。不同的建筑群布局下，形成了不同的室外风环境，建筑表面之间的压力差，导致了室内风环境的差异。现代住区规划设计中，建筑师往往将注意力集中在建筑总平面的功能布置、建筑的美观设计及空间的合理利用上，忽略了对住区布局与风环境的考虑，不恰当的建筑布局，带来室内外风环境问题，影响自然通风效果。

    近年来随着生活水平的提高，人们对居住建筑室内风环境的质量要求也越来越高，关于室内外风环境的相关研究越来越多。安娜等以济南市某住宅小区的规划设计为例，运用流体力学软件PHOENICS进行模拟分析，对小区风环境进行分析评价，并进行改進和优化，给小区规划设计提供一定的技术参考。张思瑶等以沈阳某住宅区为研究对象，建立了小区建筑的计算分析模型，利用Fluent软件，对小区夏、冬两季典型气候下的风环境进行了模拟分析研究。郑庆红等对西安某小区建筑进行了模拟分析，研究小区内建筑布局的规划对风环境的影响。刘祥等针对行列式、错列式、斜列式、点式4种典型的城市住宅小区布局形式，建立不同参数的数值模型后进行了三维流场模拟，分析参数对典型城市住宅小区风环境的影响。

    以上的相关研究为建筑群布局对室内风环境的影响研究提供了良好的基础，本文将以并列式、斜列式、错列式和周边式等4种典型的城市住宅小区板式建筑群布局形式为研究对象，采用fluent软件进行模拟，分析不同布局对室内外风环境的影响。

    1 模型概述

    1.1 建筑群布局简介

    建筑群平面布局有并列式、错列式、斜列式、围合式（周边式）、点式（自由式）等几种形式，本文重点研究前4种常见的布局形式。构建一个建筑群模型，建筑群由6栋形状、大小一样的单体建筑组成，单体建筑尺寸为40m×10m×20m。

    1.2 模拟工况参数及边界条件设定

    模拟各工况采用的行间距25m，列间距10m，模拟10m高度处户型。10m高度处风速设定为3.5m/s，沿高度方向Z m处服从VZ=3.5（Z/10）0.22的分布。来流风向垂直建筑正立面，计算域为350m×420m×120m，建筑群距计算区域边界有一定的距离，以保证流动充分。计算入口边界设置为速度入口，出口设置为自由出流边界条件，选用RNG k～ε湍流模型。模拟工况如表1所示。

    2 模拟情况分析

    2.1 各种模拟工况下的风压分布及分析

    当风吹向建筑物时，在迎风面形成正压区，气流绕过建筑物的侧面和背面，在背风面形成漩涡区是负压区。在压力差作用下，气流经由门窗洞口等开口由正压区向负压区流动。

    在四种工况下，第一排的建筑迎风面都形成了明显的正压区，压力基本都在8.0Pa以上，背后形成负压区，负压的大小在8.0Pa左右。并列式和斜列式情况下第一排建筑的迎风面和背风面之间形成了明显的压力差，有利于形成自然通风，第二排建筑的迎风面和背风面之间的压力差不大，且都是负压，对自然通风不利。斜列式与并列式布局风压分布特征基本接近，压力略有差别。模拟工况3，错列式布局下，气流在第一排建筑的迎风面形成明显的正压区，绕过侧面和背面后，在第二排建筑背风面形成漩涡，产生负压，气流进一步绕过第三排建筑侧面和中间通道，在背后形成了负压区，通风条件良好。模拟工况4，围合式布局下，除前排建筑正面和侧面明显处于正压区外，其他区域基本都是负压区，没有形成良好的通风条件。

    2.2 各种模拟工况下的风速分布及分析

    良好的室外风环境利于建筑通风和人员行走舒适。风速过低时，通风效果不佳，风速过大时，又会带来不舒适感，甚至造成危险。各种模拟工况下的风速分布如图1所示。模拟工况1和模拟工况2，在前排相邻建筑间的通道处，由于“狭管效应”，形成了峡谷风，风速较大，达到4.2m/s，这是因为当气流由开阔地带流入两个建筑间通道构成的峡谷时，由于空气质量不能大量堆积，于是加速流过峡谷，风速增大，当流出峡谷，空气流速又减缓。

    3 结 论

    通过对并列式、斜列式、错列式、围合式四种建筑布局的模拟分析，可以看出，不同的布局形式对建筑室内外风环境有不同的影响。总体而言，并列式布局和行列式布局的通风状况差别不大，前排建筑的通风优于后排，错列式布局的建筑通风状况良好，围合式布局不利于通风。另外，在建筑群布局中需要考虑"狭管效应"造成的局部风速放大问题，以免影响通风的舒适性。在建筑设计规划阶段，应对建筑群的布局进行优化设计，以充分利用自然通风，形成舒适的人居环境。

    参考文献：

    [1]安娜，王崇杰.住区室外风环境模拟分析及优化设计[J].建筑节能，2017，45（7）：32-35.

    [2]张思瑶，吴克，赵柳扬.基于CFD的沈阳某住宅区风环境研究[J].建筑节能，2015，43（7）：68-72.

    [3]郑庆红，白龙坤，皮李.西安某住宅小区风环境数值模拟分析[J].四川建筑科学，2015，41（9）：219-222.

    [4]刘祥，范旭红.某住宅小区风环境优化设计[J].河南科学，2019，37（6）：938-475.