建筑布局對住宅小區(qū)風(fēng)環(huán)境的影響探究

文/趙偉杰 萊蕪鋼鐵集團(tuán)金鼎實業(yè)有限公司 山東萊蕪 271104

在《健康住宅評價標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，城市住宅小區(qū)設(shè)計新風(fēng)量不得低于30m3/（h·人），由此可見，建筑布局是影響住宅小區(qū)風(fēng)環(huán)境的重要因素。近年來，住宅小區(qū)的自然通風(fēng)狀況已成為城市居民普遍關(guān)注的焦點問題，通過狀況良好，才能體現(xiàn)住宅的舒適度。雖然城市住宅小區(qū)在設(shè)計階段，將南北通透、板樓樣式作為良好通風(fēng)效果的標(biāo)配，但是實際使用效果卻差強(qiáng)人意。這主要對建筑布局的形式、建筑尺寸、地形地貌、自然風(fēng)向等因素并未進(jìn)行綜合考量，只有將這些影響住宅風(fēng)環(huán)境的因素整合到一起，才能滿足人們對住宅自然通風(fēng)的需求。

1、住宅小區(qū)風(fēng)環(huán)境數(shù)值模型構(gòu)建

城市建筑布局主要劃分為行列式、錯列式、斜列式以及混合式四種典型布局模式。下面以城市某小區(qū)的規(guī)劃設(shè)計布局為例，以該小區(qū)的防火間距、容積率以及日照間距等參數(shù)為依據(jù)，構(gòu)建一個數(shù)值幾何模型。該小區(qū)每棟建筑的長高分為24m、8m、33m，每層高3m，一共有11層，幾何模型參數(shù)如表1所示。

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以表1中的行列式為例，流域采用了足夠大的尺寸，即30H×12H×5H，這樣能夠使每一個出流面的邊界條件不能影響建筑物周圍流場的分布。流域內(nèi)的網(wǎng)格類型屬于四面體非結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，最小網(wǎng)格尺寸是0.016 H，應(yīng)用這種設(shè)計方法，能夠保證最終的計算精度，同時運算速度也相對較快[1]。

2、住宅小區(qū)風(fēng)環(huán)境參數(shù)的分析研究

2.1 布局形式的影響

以下涉及到的風(fēng)環(huán)境均屬于微風(fēng)環(huán)境，當(dāng)來流風(fēng)速垂直于建筑進(jìn)行住宅小區(qū)，此時的風(fēng)速增變幅度處于最大值，而發(fā)生區(qū)域往往是在小區(qū)的過道入口處及周邊區(qū)域。分析研究表明：在過道入口處的中心位置，如果采用以上四種建筑布局，風(fēng)速均大于1.65m/s，究其原因是由于過道入口處過于狹窄，狹道風(fēng)效應(yīng)與建筑物之間相互干擾，無形當(dāng)中放大了來流風(fēng)速，每秒風(fēng)流量較大。經(jīng)過測定可知，如果采用斜列式布局，過道入口的最小風(fēng)速為2.05m/s，受來流風(fēng)速的影響最小，因為斜列式布局所處的迎風(fēng)面積較小，加之在迎風(fēng)面內(nèi)部，各個建筑物之間的距離拉大，這就是狹道風(fēng)效應(yīng)變小，二者間的干擾作用也相對降低。斜列式布局的過道中心位置與出口處之間的區(qū)域，風(fēng)流速都很小。這就表明該小區(qū)的后半部分區(qū)域風(fēng)速逐漸降下來，甚至局部區(qū)域出現(xiàn)零風(fēng)速的情況。這也證實了，當(dāng)風(fēng)向角為南向時，采用這四種建筑布局，小區(qū)的風(fēng)環(huán)境狀況欠佳。而在這四種建筑布局當(dāng)中，斜列式布局既不會產(chǎn)生較大的對流風(fēng)，也不會存在風(fēng)速為零的死角區(qū)，因此，這種布局能夠為住宅小區(qū)提供一個良好的風(fēng)環(huán)境。住宅小區(qū)過道風(fēng)速對比數(shù)據(jù)如表2所示。

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2.2 風(fēng)向角的影響

在微風(fēng)環(huán)境下，四種建筑布局的住宅小區(qū)中，最大風(fēng)速發(fā)生區(qū)域的變化幾乎相差無幾，因風(fēng)向角的改變，最大風(fēng)速區(qū)也開始發(fā)生移動，由小區(qū)的過道處逐步向小區(qū)的橫向通道移進(jìn)，與來流風(fēng)速相比，此時的最大風(fēng)速值提高比率達(dá)到200%以上，這就表明，無論采用哪一種建筑布局，風(fēng)向角都會對來流風(fēng)速起到放大作用，而且放大比率較大。在行列式、錯列式、斜列式建筑布局中，當(dāng)風(fēng)向角處于南向時，住宅小區(qū)過道入口附近是最大風(fēng)速的主發(fā)區(qū)，而且來流風(fēng)速的增量也是三種風(fēng)向角中增幅最大的，而小區(qū)過道入口，通常情況下，是居民出行最為密集的區(qū)域[2]。因此，對該區(qū)域的風(fēng)環(huán)境要求也較高，而如果采取混合式的建筑布局，最大風(fēng)速值與最小風(fēng)速值之間僅僅相差不到4%。當(dāng)小區(qū)的風(fēng)向角處于東向時，自然風(fēng)能夠穿過整個小區(qū)，風(fēng)區(qū)面積擴(kuò)大，就使高風(fēng)速區(qū)面積縮小，此時，小區(qū)風(fēng)環(huán)境狀況良好。當(dāng)小區(qū)風(fēng)向角處于東南向時，小區(qū)風(fēng)速值介于東向與南向之間。

2.3 建筑尺寸的影響

同樣在微風(fēng)環(huán)境下，若采用行列式、錯列式及混合式建筑布局，風(fēng)速比呈現(xiàn)出線性遞增趨勢，尤其當(dāng)小區(qū)建筑布局為錯列式布局時，風(fēng)速比的最大值以及增速均為最大值。當(dāng)小區(qū)為斜列式布局時，風(fēng)速比曲線就等同于一條直線，而且風(fēng)速比呈現(xiàn)出遞減趨勢，這就表明，斜列式布局對小區(qū)過道入口中心位置的風(fēng)速不會造成較大影響，而來流風(fēng)速的增加幅度也相對較小。當(dāng)小區(qū)為斜列式布局時，風(fēng)速比依然在一個較小的區(qū)域內(nèi)徘徊，這就表明這種建筑布局改變了建筑物的長度，對小區(qū)過道入口處的中心位置風(fēng)速產(chǎn)生一定影響，但是影響效果與其它三種建筑布局相比，相對弱化。

2.4 過道入口深度的影響

為了深入了解小區(qū)過道入口風(fēng)環(huán)境狀況，下面引入過道入口深度參數(shù)，即x（0≤x≤B），根據(jù)這一參數(shù)的設(shè)定，能夠清晰直觀的掌握過道入口中心位置的風(fēng)速變化趨勢。

首先以過道入口寬度作為研究參數(shù)，在微風(fēng)環(huán)境下，除斜列式建筑布局外，其它三種布局的風(fēng)速比順著過道入口深度的增加，呈現(xiàn)出先增后減的趨勢。在錯列式布局時，工況（30）在x/B=0.37時風(fēng)速比最大值為2.03，工況（34）在x/B=1.0時風(fēng)速比達(dá)到最小值為1.20，而行列式與混合式布局均在最大與最小值之間來回波動。而斜列式建筑布局所有工況的最大風(fēng)速比僅為1.49，最小風(fēng)速比為1.14，這就表明，在這種布局形式之下，來流風(fēng)速的增幅相對較小。接下來以過道入口長度作為研究參數(shù)，同樣在微風(fēng)環(huán)境下，四種建筑布局在過道入口隨著深度的延長，風(fēng)速比呈現(xiàn)出線性遞增趨勢。除斜列式布局外，其它三種建筑布局的風(fēng)速比都在1.15與2.05之間來回波動。其中斜列式布局的風(fēng)速比最小值僅為1.67。

結(jié)語：

綜上，根據(jù)以上構(gòu)建的住宅小區(qū)數(shù)值模型，當(dāng)風(fēng)速統(tǒng)一為微風(fēng)狀態(tài)時，結(jié)合不同的建筑布局以及相關(guān)參數(shù)，對風(fēng)速變化與風(fēng)速比增幅進(jìn)行了模擬分析和研究，最終研究結(jié)果表明，采取斜列式的建筑布局，在各個工況條件下，住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境狀況均較好，通風(fēng)效果能夠滿足人們的居住與生活需要。因此，對于城市住宅小區(qū)來說，應(yīng)多以斜列式布局為主，在為人們提供舒適宜居環(huán)境的同時，進(jìn)一步提升住宅小區(qū)的檔次與品味。