阜陽(yáng)某住宅小區(qū)室外風(fēng)環(huán)境模擬分析

張 舉 程海峰 趙曉康

(安徽建筑大學(xué)，安徽 合肥 230022)

0 引言

對(duì)于居住小區(qū)，合理的單體設(shè)計(jì)和群體布局可以形成良好的室外風(fēng)環(huán)境。由于不同地區(qū)氣候條件不同，其風(fēng)環(huán)境也不同；本文針對(duì)阜陽(yáng)地區(qū)某住宅小區(qū)的室外風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬研究，為住區(qū)風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)、規(guī)劃方案建筑布局、景觀綠化布置提供設(shè)計(jì)依據(jù)。

1 工程概況

本工程位于安徽省阜陽(yáng)市阜南縣，西靠于集鄉(xiāng)，南隔往流鎮(zhèn)、王家壩鎮(zhèn)，東鄰曹集鎮(zhèn)，北接王化鎮(zhèn)，淮河北岸，處于南北分界線處。本工程總用地面積為26 806.06 m2，總建筑面積為39 690 m2，容積率為1.255，綠化率為35%，建筑密度24.5%。根據(jù)GB/T 50378—2014綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[1]中第4.2.6 條的評(píng)價(jià)方法對(duì)本小區(qū)室外風(fēng)環(huán)境進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 模擬分析

2.1 模型與網(wǎng)格劃分

根據(jù)建筑總平面圖以及其他相關(guān)資料建立小區(qū)的室外風(fēng)環(huán)境模型，見(jiàn)圖1。

2.2 氣象參數(shù)

根據(jù)中國(guó)氣象環(huán)境數(shù)據(jù)集1981年—2010年的氣象數(shù)據(jù)[2]可得到阜陽(yáng)地區(qū)各個(gè)季節(jié)室外氣象參數(shù)(主要包括風(fēng)速、風(fēng)向以及風(fēng)頻等)如表1所示。

表1 阜陽(yáng)地區(qū)室外氣象參數(shù)

2.3 數(shù)學(xué)模型

采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型對(duì)該項(xiàng)目的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬。

空氣的湍流流動(dòng)可用能量方程、動(dòng)量方程、連續(xù)性方程、組分方程和k-ε方程共同來(lái)描述。這些方程都有共同的形式：

其中，四項(xiàng)分別為時(shí)間項(xiàng)、對(duì)流項(xiàng)、擴(kuò)散項(xiàng)和源項(xiàng)；φ為通用變量；Γ為擴(kuò)散系數(shù)。具體方程見(jiàn)表2。

表2 三維場(chǎng)模型控制方程組

表2中的常數(shù)如下：

ρ2=ρ1/[1+β(t1-t2)]。

其中，β為膨脹系數(shù)。

2.4 網(wǎng)格設(shè)置

網(wǎng)格參數(shù)對(duì)網(wǎng)格劃分的精度和效果起決定性作用。

網(wǎng)格太密會(huì)導(dǎo)致計(jì)算速度下降并浪費(fèi)計(jì)算資源；網(wǎng)格太疏導(dǎo)致計(jì)算精度不足結(jié)果不夠準(zhǔn)確，合理的網(wǎng)格方案需要考慮對(duì)計(jì)算域中不同的部分采用不同的網(wǎng)格方案。

Vent2014充分考慮以下影響網(wǎng)格劃分和網(wǎng)格質(zhì)量的因素：

1)建筑附近或者遠(yuǎn)離建筑的區(qū)域：前者要求網(wǎng)格較密，后者網(wǎng)格密度可以適當(dāng)減小；

2)貼近地面的區(qū)域：網(wǎng)格需要加密以捕捉地面摩擦力對(duì)近地面層風(fēng)場(chǎng)的影響；

3)貼近建筑的區(qū)域：網(wǎng)格需要加密以捕捉建筑表面摩擦力對(duì)靠近建筑表面風(fēng)場(chǎng)的影響；

4)有明顯局部特征的建筑物輪廓：如較大尺寸的尖角、凹槽、凸起，網(wǎng)格需要加密捕捉局部特征對(duì)風(fēng)場(chǎng)的影響。

2.5 邊界條件

本項(xiàng)目位于安徽省阜陽(yáng)市，其室外氣象參數(shù)，在計(jì)算模擬中，對(duì)風(fēng)向和基準(zhǔn)高度風(fēng)速的設(shè)置如圖2所示。

其中：Vh為高度為h時(shí)的風(fēng)速，m/s；Vo為基準(zhǔn)高度處的風(fēng)速，m/s，一般以10 m為基準(zhǔn)高度；n為指數(shù)，市區(qū)一般在0.2～0.5之間，空曠或臨海地區(qū)一般取值為0.16。

本項(xiàng)目在縣城區(qū)，因此在計(jì)算模擬中n值選取為0.16。

3 模擬結(jié)果分析

3.1 冬季模擬結(jié)果

由圖3,圖4模擬結(jié)果可知，冬季在1.5 m高度處人員活動(dòng)區(qū)域風(fēng)速在0.16 m/s～2.54 m/s之間，同時(shí)風(fēng)場(chǎng)流暢；場(chǎng)地內(nèi)最大風(fēng)速為2.54 m/s，風(fēng)速放大系數(shù)為1.29。

根據(jù)圖5，圖6可知，不考慮迎風(fēng)第一排建筑外，項(xiàng)目中建筑迎背風(fēng)面風(fēng)壓差在0 Pa～5 Pa范圍內(nèi)。

3.2 夏季模擬結(jié)果

由圖7模擬結(jié)果可知，夏季在1.5 m高度處，風(fēng)速在0.16 m/s～2.50 m/s之間，最大風(fēng)速為2.50 m/s，人員活動(dòng)區(qū)域風(fēng)場(chǎng)流暢，無(wú)渦流和死角出現(xiàn)。

根據(jù)圖8，圖9可以看出，夏季本項(xiàng)目建筑可開(kāi)啟外窗絕大部分的風(fēng)壓差約為0.51 Pa～8.93 Pa，滿(mǎn)足GB/T 50378—2014綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中的要求。

3.3 過(guò)渡季模擬結(jié)果

在過(guò)渡季主導(dǎo)風(fēng)作用下，風(fēng)速在0.17 m/s～2.66 m/s之間，最大風(fēng)速為2.66 m/s，人員活動(dòng)區(qū)域未出現(xiàn)渦流和死角，風(fēng)場(chǎng)較為流暢(見(jiàn)圖10)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)阜陽(yáng)某住宅小區(qū)項(xiàng)目室外風(fēng)環(huán)境模擬分析可知：

1)在冬季主導(dǎo)風(fēng)向和風(fēng)速下，項(xiàng)目場(chǎng)地人員活動(dòng)區(qū)域風(fēng)速均小于5 m/s，風(fēng)速放大系數(shù)不大于2；滿(mǎn)足除迎風(fēng)第一排建筑外，建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面表面風(fēng)壓差不大于5 Pa；

2)在過(guò)渡季、夏季主導(dǎo)風(fēng)向和風(fēng)速下，本項(xiàng)目場(chǎng)地風(fēng)速均小于5 m/s，絕大部分可開(kāi)啟外窗室內(nèi)外表面的風(fēng)壓差約為0.6 Pa以上；同時(shí)場(chǎng)地內(nèi)人活動(dòng)區(qū)未出現(xiàn)渦旋區(qū)。

因此，阜陽(yáng)某住宅小區(qū)項(xiàng)目滿(mǎn)足GB/T 50378—2014綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中條目1.3.6的要求，滿(mǎn)足人們對(duì)室外主要活動(dòng)區(qū)域的風(fēng)環(huán)境要求。