建筑室外風(fēng)環(huán)境評(píng)估方法研究

建筑室外風(fēng)環(huán)境評(píng)估方法研究

主要研究建筑技術(shù)科學(xué)。

孫睿珩

(北京天華北方建筑設(shè)計(jì)有限公司，北京 100044)

摘要：從風(fēng)環(huán)境對(duì)人行為和人體舒適度的影響出發(fā)，歸納了現(xiàn)階段應(yīng)用廣泛的3種不同的建筑室外風(fēng)環(huán)境評(píng)估方法，定性和定量地總結(jié)出每種評(píng)估方法的內(nèi)容、使用方法和步驟，為建筑室外風(fēng)環(huán)境實(shí)際設(shè)計(jì)和研究提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：建筑；室外風(fēng)環(huán)境；人體舒適度；評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

隨著人們生活品質(zhì)的不斷提高，人居環(huán)境的舒適性問(wèn)題越來(lái)越引起人們的關(guān)注。建筑室外風(fēng)環(huán)境作為人居環(huán)境的重要組成部分也更多地得到人們特別是建筑從業(yè)者的重視，隨著“綠色生態(tài)建筑”的提出，使建筑在達(dá)到基本功能的同時(shí)，也要實(shí)現(xiàn)周邊環(huán)境的舒適、健康、節(jié)能、環(huán)保。對(duì)風(fēng)環(huán)境進(jìn)行評(píng)估是建筑室外風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)的前提，通過(guò)對(duì)風(fēng)環(huán)境的評(píng)估，可以對(duì)改善和提高室外風(fēng)環(huán)境提供依據(jù)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)建筑室外風(fēng)環(huán)境的評(píng)估方法主要有以下3種：即風(fēng)速比評(píng)估方法、風(fēng)速概率統(tǒng)計(jì)評(píng)估方法、相對(duì)舒適度評(píng)估方法。

1風(fēng)速比評(píng)估方法

在風(fēng)環(huán)境的評(píng)估過(guò)程中，人行高度處的氣流是不停變化的，風(fēng)速大小和風(fēng)的方向是不確定的。這種現(xiàn)實(shí)中的不確定因素，會(huì)影響評(píng)估的正確性。而現(xiàn)階段的風(fēng)環(huán)境研究方式，無(wú)論是風(fēng)洞試驗(yàn)，還是計(jì)算機(jī)的數(shù)值模擬技術(shù)，所使用的風(fēng)速值都只是一個(gè)瞬時(shí)，所以，其分析結(jié)果在指導(dǎo)實(shí)際工程實(shí)踐應(yīng)用的過(guò)程中并不能滿足需求。所以，在實(shí)際應(yīng)用中，采用風(fēng)速比Ri作為建筑周圍風(fēng)環(huán)境舒適性的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，用來(lái)反映在建筑物的影響下，風(fēng)速的變化程度。其計(jì)算公式為[1]：

Ri=Vi/V0，

(1)

式中：Ri為i點(diǎn)處的風(fēng)速比率；Vi為流場(chǎng)中i點(diǎn)人行高度處的平均風(fēng)速(m/s)；V0為人行高度處來(lái)流平均風(fēng)速，一般為初始風(fēng)速(m/s)。

在實(shí)際建筑物、風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)、計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬體系中，對(duì)應(yīng)相對(duì)的某一個(gè)方面，在一定風(fēng)速的范圍內(nèi)，建筑區(qū)域周圍的風(fēng)場(chǎng)環(huán)境相對(duì)固定，這就意味著風(fēng)速比Ri一般不會(huì)隨著來(lái)流方向的改變而改變[1]。所以，在實(shí)際計(jì)算中，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出風(fēng)速比Ri的值，同時(shí)得出在1 500 mm高度處(即人行高度)處的現(xiàn)實(shí)初始風(fēng)速值V1 500這樣2個(gè)已知量，根據(jù)公式(1)，可以計(jì)算出實(shí)際某點(diǎn)的1 500 mm(即人行高度)處的現(xiàn)實(shí)風(fēng)速值Vi1 500。

在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，還需要風(fēng)玫瑰圖和區(qū)域風(fēng)速比分布圖作為評(píng)價(jià)的依據(jù)，如在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)此區(qū)域人行高度處產(chǎn)生較大的風(fēng)速且該風(fēng)向與風(fēng)玫瑰圖中風(fēng)頻較大的風(fēng)向相對(duì)應(yīng)，這樣就能確認(rèn)該區(qū)域風(fēng)環(huán)境質(zhì)量較差。

2風(fēng)速概率統(tǒng)計(jì)評(píng)估方法

影響風(fēng)環(huán)境質(zhì)量的變量和影響因素有很多，風(fēng)速、風(fēng)向是風(fēng)的基本變量，同時(shí)還受到諸如天氣、下墊面、時(shí)間等因素的影響。因此，對(duì)風(fēng)環(huán)境進(jìn)行評(píng)估，一般都需要對(duì)風(fēng)的頻率進(jìn)行研究。

EmllSimiu和Robert.H.Scanlan在其著作《風(fēng)對(duì)結(jié)構(gòu)的作用：風(fēng)工程導(dǎo)論》[1]中闡述了舒適感與風(fēng)速之間比較具體的定量關(guān)系，見表1所示。當(dāng)平均風(fēng)速V>5 m/s的出現(xiàn)頻率小于10%時(shí)，人們會(huì)感到很舒適；如果頻率增加，當(dāng)頻率數(shù)值在10%～20%范圍時(shí)，人們會(huì)感到不適并同時(shí)伴有反感的情緒出現(xiàn)；如果頻率繼續(xù)增大，數(shù)值達(dá)到20%的時(shí)候，人們將無(wú)法忍受，此時(shí)應(yīng)該采取相應(yīng)措施來(lái)減低風(fēng)速。除了風(fēng)的頻率對(duì)人體的舒適度有影響之外，在一定的區(qū)域內(nèi)，如果風(fēng)的分布情況不均勻時(shí)，同樣也會(huì)引起人體的不適。Murakami.S.通過(guò)研究表明，在2 m2范圍內(nèi)，如果風(fēng)速的變化率達(dá)到或超過(guò)70%，人體就會(huì)感覺到風(fēng)環(huán)境的變化。

S.Murakami和K.Deguchi在對(duì)風(fēng)環(huán)境的判定依據(jù)指出[2]：坐著時(shí)，風(fēng)速V<5.7 m/s(界限風(fēng)速)；站立時(shí)，風(fēng)速V<9.3 m/s；行走時(shí)，風(fēng)速V<13.6 m/s。當(dāng)有80%的時(shí)間滿足上列風(fēng)速條件，同時(shí)每年風(fēng)速超過(guò)26.4 m/s的次數(shù)不超過(guò)3次，這樣就分別滿足坐、立、行舒適性以及安全性條件。

根據(jù)風(fēng)環(huán)境判定依據(jù)，要判斷某處是否滿足舒適性要求，分3步：1)通過(guò)風(fēng)洞試驗(yàn)得出各風(fēng)向下舒適性界限風(fēng)速；2)根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料給出50 a重現(xiàn)期的風(fēng)速、風(fēng)向概率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)；3)將風(fēng)洞試驗(yàn)中得出的舒適性分速和根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料得出的風(fēng)速、風(fēng)向概率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)，從而判定是否分別滿足坐、立、行舒適性要求。

3相對(duì)舒適度評(píng)估方法

存在于自然環(huán)境中的建筑群體，有著各種各樣不同的空間布局形式，當(dāng)流體流經(jīng)建筑實(shí)體時(shí)，會(huì)受到建筑的阻隔，從而在建筑周圍引起局部區(qū)域氣流狀況的改變，這樣就形成了建筑周圍的風(fēng)環(huán)境。建筑周圍風(fēng)環(huán)境的變化對(duì)在建筑周圍活動(dòng)的人體會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響，這就形成了風(fēng)環(huán)境“舒適度”的概念。行走在建筑周圍的行人，對(duì)建筑周圍的風(fēng)環(huán)境的感覺，可以有“舒適”與“不舒適”之分，而更具意義的是對(duì)給人“無(wú)法接受的不舒適”這樣感覺的風(fēng)環(huán)境的研究。風(fēng)環(huán)境由于發(fā)生頻率增加，可以導(dǎo)致對(duì)人體不同程度的不舒適感，如果發(fā)生的頻率過(guò)高，超過(guò)了人體承受的范圍，那么人們就會(huì)認(rèn)為這種風(fēng)環(huán)境的“不舒適”是“無(wú)法接受”的。而我們通常所說(shuō)的“室外風(fēng)環(huán)境的舒適性評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)”，就是用來(lái)界定這個(gè)不等程度的不舒適性的最高可接受的發(fā)生頻率[3]。行人高度處風(fēng)環(huán)境的評(píng)估可參照表2～3[3]：

表2　人行高度的Beaufort指數(shù)的定義　m/s

注：表中風(fēng)速是指空曠地面上10m高度的平均風(fēng)速。

表3　人行高度處風(fēng)環(huán)境舒適度標(biāo)準(zhǔn)　次數(shù)

注：相對(duì)舒適性標(biāo)準(zhǔn)由蒲氏風(fēng)力等級(jí)表示。

針對(duì)人行高度風(fēng)環(huán)境對(duì)人的影響，Lawson和Penwarden在經(jīng)典的Beaufort蒲福風(fēng)力級(jí)定義的基礎(chǔ)上提出了一個(gè)擴(kuò)展的“陸地蒲福風(fēng)級(jí)”(ExtendedLand Beaufort Scale)，顯示了不同級(jí)的風(fēng)效應(yīng)[4]。具體方法見表4所示。

表4　擴(kuò)展的陸地蒲福風(fēng)級(jí)對(duì)人的影響

4結(jié)語(yǔ)

綜合分析對(duì)風(fēng)環(huán)境進(jìn)行評(píng)估的3種方法，各自從不同角度和側(cè)面反映室外場(chǎng)地的風(fēng)環(huán)境問(wèn)題，在風(fēng)環(huán)境研究中均被廣泛應(yīng)用。研究者應(yīng)從自身研究的特點(diǎn)和需要出發(fā)選擇適合的風(fēng)環(huán)境評(píng)估方法，從而為建筑室外風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)和研究提供更加科學(xué)的依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2015.02.020

收稿日期：2015-05-28

作者簡(jiǎn)介：孫睿珩(1987-)，男(漢)，長(zhǎng)春，碩士

中圖分類號(hào)：TU834

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1009-8984(2015)02-0074-03

The research on evaluation method of outdoor wind environment

SUN Rui—heng

(BeijingTianhuaNorthernArchitecturePlanning&EngineeringCo.，Ltd.，Beijing100044，China)

Abstract：This article summarizes three different kinds of building outdoor wind environment evaluation criteria currently applied from the wind environment to people behavior and the influence to human body comfort.The qualitative and quantitative summaries have been made to the content of each evaluation criteria，using methods and steps，to provide a reference for the actual design and study on building outdoor wind environment.

Key words：architecture；outdoor wind environment；human comfort；evaluation criteria