基于CFD模擬下群體建筑的通風(fēng)策略分析研究
——以圓山德國(guó)風(fēng)情小鎮(zhèn)商業(yè)街為例

劉惠芳，胡毅 （合肥學(xué)院建筑工程系，安徽 合肥 230601）

建筑形態(tài)和布局設(shè)計(jì)對(duì)建筑節(jié)能有非常重要的影響。群體建筑布局是影響室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境的關(guān)鍵因素。充分利用風(fēng)環(huán)境，能夠較好地解決自然通風(fēng)問(wèn)題。CFD模擬在小區(qū)域的風(fēng)環(huán)境分析研究較好，CFD模擬技術(shù)有著非常廣闊的應(yīng)用前景[1]。國(guó)外很多國(guó)家已經(jīng)較早開(kāi)始將CFD技術(shù)應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)中，如法國(guó)弗朗西斯·阿拉德采用CFD技術(shù)對(duì)建筑自然通風(fēng)相關(guān)領(lǐng)域做出許多基礎(chǔ)研究[2]；英國(guó)雷丁大學(xué)哈茲米·奧比研究了建筑通風(fēng)與人體舒適性、房間氣流組織設(shè)計(jì)等多個(gè)方面[3]。目前國(guó)內(nèi)也較多運(yùn)用研究。本文通過(guò)對(duì)圓山德國(guó)風(fēng)情小鎮(zhèn)商業(yè)街不同的建筑布局進(jìn)行風(fēng)環(huán)境模擬對(duì)比，探索從風(fēng)環(huán)境角度指導(dǎo)群體建筑的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 項(xiàng)目概況

圓山德國(guó)風(fēng)情小鎮(zhèn)建設(shè)地點(diǎn)在安徽省巢湖地區(qū)袁家山周邊，環(huán)巢湖大道兩側(cè)，規(guī)劃總用地面積157945m2，總建筑面積 205092m2，占地面積 15.8hm2。建設(shè)內(nèi)容主要為商業(yè)街及配套公建等，游艇碼頭商業(yè)街項(xiàng)目周邊現(xiàn)狀如圖1所示。

2 幾何模型

圖1 游艇碼頭商業(yè)街項(xiàng)目周邊現(xiàn)狀

模型外場(chǎng)尺寸選擇主要以不影響建筑群邊界氣流流動(dòng)為準(zhǔn)，根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)并做模擬試算后得出模型的計(jì)算區(qū)域設(shè)置。目標(biāo)建筑區(qū)域：441m×500m×12m（長(zhǎng)×寬×高）；模型的計(jì)算區(qū)域：1600 m×1600m×100m（長(zhǎng)×寬×高）。目標(biāo)建筑覆蓋區(qū)域小于整個(gè)計(jì)算區(qū)域面積4%∶1%=（2646000/256000000）<4%；目標(biāo)建筑為中心，半徑5H（建筑高度）范圍內(nèi)為水平計(jì)算區(qū)域：689m（10H+579m）<1600m；半徑 5H的范圍內(nèi)周邊建筑已建出，項(xiàng)目周邊狀況如圖2所示。在來(lái)流方向，建筑前方距離計(jì)算區(qū)域邊界大于2H，建筑后方到計(jì)算區(qū)域邊界大于6H。建筑Z軸計(jì)算區(qū)域高度為 100m（3H+64m）（H 建筑高度）：36m（3H）<100m，模型中沿Y軸正方向設(shè)置為北向。

3 模擬工況

根據(jù)《中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》可知合肥地區(qū)的冬季、夏季以及過(guò)渡季節(jié)在最多風(fēng)向條件下的風(fēng)速情況設(shè)定3個(gè)模擬工況，具體風(fēng)向及風(fēng)速如表1所示。

合肥市室外風(fēng)環(huán)境氣象參數(shù) 表1

《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50378-2014）的4.2.6條要求：“場(chǎng)地內(nèi)風(fēng)環(huán)境有利于室外行走、活動(dòng)舒適和建筑的自然通風(fēng)”。

工況1、2、3分別分析在夏季主導(dǎo)風(fēng)向的平均風(fēng)速條件下場(chǎng)地內(nèi)人活動(dòng)區(qū)是否有渦旋或者無(wú)風(fēng)區(qū)?；谏鲜龉r，利用軟件建立模型，圖2、圖3分別給出了模型1、2、3對(duì)應(yīng)的室外風(fēng)環(huán)境分析模型和網(wǎng)格模型，圖4給出了模型1、2、3建筑布局變化圖。

圖2 游艇碼頭商業(yè)街項(xiàng)目室外風(fēng)環(huán)境模擬分析模型

圖3 游艇碼頭商業(yè)街項(xiàng)目室外風(fēng)環(huán)境模擬分析網(wǎng)格模型

圖4 游艇碼頭商業(yè)街三種布局變化圖

4 商業(yè)街室外風(fēng)環(huán)境模擬分析

4.1 模型一分析（夏季）

模擬夏季平均風(fēng)速情況下建筑周邊流場(chǎng)分布狀況時(shí)，設(shè)定主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾，風(fēng)速為2.9m/s。截取1.5 m高度處流場(chǎng)、風(fēng)速進(jìn)行分析，主要說(shuō)明規(guī)劃區(qū)風(fēng)速大小及相對(duì)變化情況。

圖5 距地1.5m高度風(fēng)速云圖、風(fēng)速放大系數(shù)云圖和風(fēng)速矢量圖（夏季）

圖5可知在2.9m/s的S風(fēng)場(chǎng)下，項(xiàng)目周邊人行區(qū)域流場(chǎng)分布均勻，基本無(wú)渦流形成，但在a、b兩處風(fēng)速相對(duì)較低，從而導(dǎo)致部分區(qū)域空氣流通較差，易形成無(wú)風(fēng)區(qū)或渦流區(qū)。建筑周邊人行區(qū)域的最大風(fēng)速接近3.0m/s，風(fēng)速放大系數(shù)最大值為1.03，基本滿足《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50378-2014“場(chǎng)地內(nèi)人活動(dòng)區(qū)不出現(xiàn)渦旋或無(wú)風(fēng)區(qū)”的規(guī)定。

4.2 模擬二分析（夏季）

模型二商業(yè)街建筑布局進(jìn)行局部調(diào)整，主要為圖4模型二1、2、3處進(jìn)行體塊切割。模擬夏季平均風(fēng)速情況下建筑周邊流場(chǎng)分布狀況時(shí)，設(shè)定主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾，風(fēng)速為2.9m/s。截取1.5 m高度處流場(chǎng)、風(fēng)速進(jìn)行分析，主要說(shuō)明規(guī)劃區(qū)風(fēng)速大小及相對(duì)變化情況。

圖6 距地1.5m高度風(fēng)速云圖、風(fēng)速放大系數(shù)云圖和風(fēng)速矢量圖（夏季）

由圖6可知在2.9m/s的S風(fēng)場(chǎng)下，項(xiàng)目周邊人行區(qū)域流場(chǎng)分布均勻，基本無(wú)渦流形成，整體通風(fēng)狀況良好。但是在d處風(fēng)速較低，易形成無(wú)風(fēng)區(qū)或渦流區(qū)，不利于夏季的通風(fēng)。建筑周邊人行區(qū)域的最大風(fēng)速接近3.2m/s，風(fēng)速放大系數(shù)最大值為1.10，基本滿足《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50378-2014“場(chǎng)地內(nèi)人活動(dòng)區(qū)不出現(xiàn)渦旋或無(wú)風(fēng)區(qū)”的規(guī)定。

4.3 模擬三分析（夏季）

模型三主要針對(duì)模型二風(fēng)環(huán)境問(wèn)題，建筑布局進(jìn)行調(diào)整，主要為在圖4模型三的4、5兩處進(jìn)行體塊切割。模擬夏季平均風(fēng)速情況下建筑周邊流場(chǎng)分布狀況時(shí)，設(shè)定主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾，風(fēng)速為2.9m/s。截取1.5 m高度處流場(chǎng)、風(fēng)速進(jìn)行分析，主要說(shuō)明規(guī)劃區(qū)風(fēng)速大小及相對(duì)變化情況。

圖7 距地1.5m高度風(fēng)速云圖、風(fēng)速放大系數(shù)云圖和風(fēng)速矢量圖（夏季）

圖7可知在2.9m/s的S風(fēng)場(chǎng)下，項(xiàng)目周邊人行區(qū)域流場(chǎng)分布均勻，無(wú)渦流形成，整體通風(fēng)狀況好。建筑周邊人行區(qū)域的最大風(fēng)速接近3.6m/s，風(fēng)速放大系數(shù)最大值為1.24，滿足《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB 50378-2014“場(chǎng)地內(nèi)人活動(dòng)區(qū)不出現(xiàn)渦旋或無(wú)風(fēng)區(qū)”的規(guī)定。因此，在2.9m/s的S風(fēng)場(chǎng)下，建筑的室外風(fēng)環(huán)境符合舒適度要求。

5 結(jié)論與建議

模型一、二、三均滿足《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50378-2014第4.2.6條“場(chǎng)地內(nèi)風(fēng)環(huán)境有利于室外行走、活動(dòng)舒適和建筑的自然通風(fēng)”的標(biāo)準(zhǔn)要求，但三種模型存在不同之處。

模型一在夏季工況下，a、b兩個(gè)區(qū)域風(fēng)速較低，不利于夏季空氣流通，易形成渦流區(qū)。模型二在夏季工況下，d區(qū)域風(fēng)速較低，不利于夏季空氣流通，易形成渦流區(qū)。模型三無(wú)明顯渦流區(qū)，通風(fēng)狀況好。模型三相對(duì)模型一、二的群體建筑布局，主要通過(guò)局部體塊切割處理，形成舒適的風(fēng)環(huán)境。模型三群體建筑形態(tài)布局合理，有利于群體建筑的風(fēng)環(huán)境，增強(qiáng)人的舒適性。

為了更好地營(yíng)造建筑、氣候與使用者三者之間的關(guān)系，從人體舒適性著手，探索群體建筑通風(fēng)策略，建議建筑群體組合時(shí)可以通過(guò)體塊分散、切口，有利于群體建筑周邊和內(nèi)庭（院）的氣流組織，提高舒適度。