建筑布局對高層住宅小區的室外風(fēng)環(huán)境影響論文

　　摘要：本文通過(guò)使用流體分析軟件建立高層住宅小區相關(guān)的流場(chǎng)分析模型，通過(guò)調整建筑布局對高層住宅小區的風(fēng)環(huán)境所產(chǎn)生的影響進(jìn)行闡述。同時(shí)，從實(shí)際工作出發(fā)，從冬夏兩季的建筑的布局對室外風(fēng)環(huán)境產(chǎn)生的影響分別進(jìn)行研究，旨在通過(guò)研究所得結論為今后利用建筑布局改善高層住宅小區的風(fēng)環(huán)境提供一個(gè)思考方向。

　　關(guān)鍵詞：高層住宅；風(fēng)環(huán)境；建筑布局；數值模擬

　　隨著(zhù)我國城市化水平的提高，建筑領(lǐng)域也在不斷的進(jìn)步，出現了眾多高層住宅建筑的住宅小區。這就加大了城市的建筑密度，并由此引發(fā)了許多關(guān)于風(fēng)環(huán)境的問(wèn)題。如建筑過(guò)于密集從而導致氣體污染物無(wú)法迅速擴散消失，這引起了人們的高度關(guān)注，許多建筑規劃和流體運動(dòng)研究人員也對此進(jìn)行了研究。國內一些研究機構開(kāi)展了對不同風(fēng)向時(shí)的空氣流場(chǎng)分布、矩形截面建筑的群體風(fēng)場(chǎng)、相鄰高層建筑擾流的風(fēng)流場(chǎng)的研究從中取得了一定的研究成果。國外的相關(guān)學(xué)者也對城市中不同的住宅小區的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了模擬和研究。本文以某嚴寒地區的高層住宅小區在冬、夏兩季不同風(fēng)向的風(fēng)環(huán)境情況進(jìn)行分析，得出了不同建筑物布局時(shí)的風(fēng)速場(chǎng)的分布，從而得知了調整迎風(fēng)面建筑的布局方式對高層住宅小區室外的風(fēng)場(chǎng)分布產(chǎn)生的影響最顯著(zhù)。

　　1室外風(fēng)場(chǎng)相關(guān)模型的建立與CFD的相關(guān)數值模擬

　　1.1模型的建立

　　我國東北某城市A位于氣候類(lèi)型I區，具有嚴寒地區的特點(diǎn)：冬季漫長(cháng)寒冷，夏季短促涼爽，季節溫差較大。如果室外風(fēng)速很大則會(huì )使得小區有很冷的感覺(jué)，導致環(huán)境舒適性下降。本文選取城市A的某高層小區B建立物理模型，通過(guò)冬季、夏季兩季室外的風(fēng)速場(chǎng)分布對此高層小區的影響進(jìn)行研究。小區B區域內共有十棟樓分布其中，1號樓至六號樓高度為60m，其余各棟樓高30m。建筑體型分為兩種：1號、2號樓及7號至10號樓為板式建筑模式，其余各樓為塔式建筑模式。住宅樓房北側為一主干道路。

　　夏季室外溫度取A城市夏季平均溫度24.6℃，室外風(fēng)速取夏季平均風(fēng)速3.0m/s，風(fēng)向大致為南向。冬季溫度取室外冬季平均溫度-23℃，風(fēng)速取冬季平均風(fēng)速3.2m/s，風(fēng)向大致為北向。計算域依據現實(shí)情況選取大約是小區3-4倍的寬度，背風(fēng)面選取大致為3-6倍小區的寬度，高度方向選取2-3倍的建筑高度。幾何建模及網(wǎng)格劃分使用Fluent的前置處理器Gambit。速度入口為計算域的來(lái)流風(fēng)，自由出流風(fēng)為出口，使用壓力耦合半隱法Simple來(lái)求解壓力與速度的耦合問(wèn)題，使用一階迎風(fēng)格式對壓力、動(dòng)量、紊流脈動(dòng)動(dòng)能和動(dòng)能耗散率進(jìn)行離散。

　　1.2CFD數值模擬

　　Fluent是一種主要用于對復雜的流體流動(dòng)及熱的傳導進(jìn)行模擬的計算機程序，是目前應用較為廣泛的一種流體力學(xué)計算軟件。由于其采用了多種算法和多重的網(wǎng)格加速收斂技術(shù)，所以Fluent的收斂速度和求解精度都是最佳的。此外Fluent也提供了下列湍流模型：Spalart-Allmaras模型、標準k-￡模型、重組化群RNGk-￡模型、可實(shí)現模型、雷諾應力模型RSM和大渦模擬模型LES。其中湍流模型的選取和許多因素有關(guān)，如流體物理、特定問(wèn)題的經(jīng)驗、精度級別和風(fēng)速的特定條件。在本文中，主要考慮人的主要在地面附近活動(dòng)，所以使用標準k-￡模型。

　　2模擬結果的分析

　　通過(guò)對夏季、冬季三種不同的建筑布局方式進(jìn)行模擬，得出了室外風(fēng)速場(chǎng)的相關(guān)分布，進(jìn)一步對三種形式的高層住宅小區室外風(fēng)環(huán)境進(jìn)行分析和對比。

　　2.1夏季室外風(fēng)速場(chǎng)分析

　　根據高層住宅小區布局一，即1號樓至六號樓，樓高60m.7號樓至10號樓，樓高30m對夏季室外風(fēng)速場(chǎng)進(jìn)行相關(guān)模擬。夏季風(fēng)向大致為南風(fēng)，距地距離大致為1.5m出速度分布參見(jiàn)圖1。由圖可知，夏季迎風(fēng)向，氣流從南側建筑之間垂直進(jìn)入小區，風(fēng)速在入口處最大為3.23m/s，并且風(fēng)主要在建筑物間南北向流動(dòng)，形成一個(gè)導風(fēng)巷，風(fēng)速可到2.24m/s。每個(gè)樓房間有巷道風(fēng)效應的存在，并且每個(gè)樓的背風(fēng)側形成了一個(gè)漩渦死角。其中，由于1號樓和2號樓擋風(fēng)部分較大，樓房的南向風(fēng)速大致為2.23m/s，在樓后形成了一個(gè)負壓區。

　　由圖1可知，小區風(fēng)速很高，改變建筑物布局，降低了小區1號樓房和2號樓房的高度再進(jìn)行對比分析，此時(shí)1號樓和2號樓樓高均為30m，其余各樓高度不變。小區地面高度1.5m處夏季風(fēng)場(chǎng)分布參見(jiàn)圖3，據此可知，夏季迎風(fēng)方向，整個(gè)小區內風(fēng)速無(wú)變化，但是改變1號樓和2號樓的高度后二者背風(fēng)側風(fēng)速驟然降至1.4m/s，這說(shuō)明建筑物的布局的改變對風(fēng)速場(chǎng)會(huì )產(chǎn)生影響。

　　圖2進(jìn)一步驗證了建筑的布局方式對室外風(fēng)環(huán)境會(huì )產(chǎn)生影響。接下來(lái)進(jìn)一步對建筑布局進(jìn)行改變，此時(shí)設定此小區1號樓至6號樓高度為30m，其余各樓高度設定為15m。最高建筑高度降為30m時(shí)，距地面高度1.5m高度夏季風(fēng)場(chǎng)分布參見(jiàn)圖3。由圖可知，建筑物高度降低的同時(shí)，夏季迎風(fēng)方向前排建筑間通道內風(fēng)速減小，最大風(fēng)速降至2.62m/s，各樓之間的風(fēng)速降至1.57m/s。氣流自南向北形成一個(gè)導風(fēng)巷，而且風(fēng)速從入口到出口處遞減。1號樓和2號樓在迎風(fēng)面的風(fēng)速降低，風(fēng)速降至1.05m/s，樓后的負壓區域減小。

　　2.2冬季室外風(fēng)速場(chǎng)分析

　　冬季風(fēng)向大致為北風(fēng)，建筑布局一距離地面高度為1.5m處的風(fēng)速分布參見(jiàn)圖4。

　　圖4布局方式一冬季距地面1.5m室外風(fēng)速場(chǎng)速度矢量圖

　　由圖可知氣流由北側建筑垂直進(jìn)入小區，由北向南流動(dòng)。氣流的流速受1號樓與2號樓的阻隔，小區內風(fēng)速較低，但是可看出，由于小區樓高度較高且入口狹小，入口處風(fēng)速最大可至3.72m/s，使出入小區時(shí)感到不舒適，并且形成較大的漩渦區，風(fēng)速為1.99m/s，因此污染物會(huì )聚集于此，而不消散。建筑物的拐角處迎風(fēng)面有一個(gè)較大的風(fēng)速區，風(fēng)速達到4.38m/s，使人感到特別寒冷。值得一提的是在建筑物的背風(fēng)面會(huì )形成渦流區，而導致漂浮物殘留。

　　建筑以布局方式二時(shí)，氣流向南流動(dòng)，由于建筑物布局改變，入口處風(fēng)速降至2.98m/s，降幅達0.74m/s，在1號樓和2號樓的迎風(fēng)拐角處風(fēng)速發(fā)生改變，降至3.40m/s。但由于其他樓高度未發(fā)生變化，所以風(fēng)速場(chǎng)沒(méi)有任何的改善。

　　建筑布局以方式三時(shí)，可以知道，隨著(zhù)樓高度的改變，小區內風(fēng)速場(chǎng)發(fā)生明顯變化。由此可知，建筑物布局的改變可以改善小區的風(fēng)流場(chǎng)，使居住更加適宜。

　　3結語(yǔ)

　　從相關(guān)模擬結果可以看出，位于寒冷地區的住宅小區，夏季時(shí)，建筑物之間風(fēng)速較大，利于建筑物散熱；在冬季時(shí)，小區建筑物之間的風(fēng)速很大，這樣必然導致冬季采暖的不利。同時(shí)住宅小區局部風(fēng)速過(guò)大會(huì )產(chǎn)生渦流，影響相關(guān)區域的衛生。通過(guò)對小區出入口和主干道上建筑物的高度進(jìn)行調整及布局，可以對室外風(fēng)環(huán)境進(jìn)行改善。由此可知，調整建筑物的布局方式對小區的室外風(fēng)環(huán)境的影響很大。

　　參考文獻

　　[1]張培紅，成鳳，董清明等.建筑布局對高層住宅小區的流場(chǎng)影響分析[J].沈陽(yáng)建筑大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，28（4）.

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