上海某綠色辦公大樓風環(huán)境分析與評價

潘峰 ，徐大為 ，尹琰琰 ，楊子明 ，勵志俊

（1.上海建工五建集團有限公司，上海 200063；2.譽德生態(tài)技術(shù)咨詢（上海）有限公司，上海 200040）

1 概述

1.1 工程概況

上海某辦公大樓項目（見圖1）位于上海市普陀區(qū)大渡河路金沙江路路口，緊鄰大渡河路地鐵站，總建筑面積為17 955.58m2。地上為12 層辦公樓，地下為3 層停車庫。

1.2 自然環(huán)境

由上海氣象資料得關(guān)鍵氣象數(shù)據(jù)：春季ESE 風向最多，頻率11.91%，平均風速3.8m/s；夏季ESE 風向最多，頻率14.96%，平均風速3.4m/s；秋季NNE 風向最多，頻率14.41%，平均風速3.8m/s；冬季NNE 風向最多，頻率14.24%，平均風速3.5m/s。

圖1 上海某辦公大樓項目鳥瞰圖

2 風環(huán)境的影響

對于室內(nèi)外風環(huán)境產(chǎn)生的舒適度影響，由調(diào)查統(tǒng)計得：對于建筑周圍行人區(qū)，風速均布、頻率＜10%、風速＜5m/s 時，舒適度為優(yōu)秀；風速均布、頻率＞10%且＜20%時，舒適度為良好；風速均布、頻率＞20%、風速＞5m/s 時，舒適度為不良；風速不均、2m 范圍內(nèi)平均風速變化達70%時，舒適度為不良。對于建筑室內(nèi)區(qū)，風速在0.15～2.0m/s 時，舒適度為優(yōu)秀【1～5】。

3 風環(huán)境評價流程

3.1 風環(huán)境模擬分析參考依據(jù)

風環(huán)境模擬分析參考依據(jù)見參考文獻【6～9】。

3.2 風環(huán)境評價標準

3.2.1 室外風評價標準

對于冬季：除迎風第一排建筑外，建筑迎風面與背風面表面風壓差不超過5Pa 時，得1 分；建筑物周圍人行區(qū)風速低于5m/s，且室外風速放大系數(shù)小于2 時，得2 分。

對于夏季、過渡季：50%以上可開啟外窗中室內(nèi)外表面風壓差大于0.5Pa 時，得1 分；場地內(nèi)人活動區(qū)不出現(xiàn)渦旋或無風區(qū)時，得2 分。

3.2.2 室內(nèi)風評價標準

過渡季節(jié)室內(nèi)自然通風評分規(guī)則根據(jù)面積比例RR 來確定。當 60%≤RR＜65%時，得 6 分；65%≤RR＜70%時，得 7 分；70%≤RR＜75%時，得 8 分；75%≤RR＜80%時，得 9 分；80%≤RR＜85%時，得 10 分；85%≤RR＜90%時，得 11 分；90%≤RR＜95%時，得 12 分；RR≥95%時，得 13 分。

4 風環(huán)境模擬分析

4.1 室外風模擬分析

4.1.1 幾何模型

本項目采用斯維爾Vent2016 軟件進行數(shù)據(jù)模擬分析，室外風場尺寸的確定依據(jù)參考文獻【7】。

4.1.2 參數(shù)設(shè)置

數(shù)值模擬計算的必要條件是邊界條件的確定。入口邊界需要對入口風設(shè)置及梯度風選用，出口邊界需要對空氣出流考慮及設(shè)置，邊界條件則需選自由出口方式。

4.1.3 模擬工況

本項目典型的夏季、冬季和過渡季工況是通過上海市全年的氣象參數(shù)來確定。工況1 為夏季典型工況，ESE(東南偏東112.5°)為主導(dǎo)風向，平均風速3.4m/s；工況2 為冬季典型工況，NNE（東北偏北22.5°）為主導(dǎo)風向，平均風速 3.5m/s；工況3 為過渡季秋季典型工況，NNE（東北偏北22.5°）為主導(dǎo)風向，平均風速3.8m/s；工況4 為過渡季春季典型工況，ESE（東南偏東112.5°）為主導(dǎo)風向，平均風速 3.8m/s。

4.1.4 模擬結(jié)果分析

1）工況1（夏季典型工況）

由圖2 的數(shù)據(jù)可知：人行高度處的風速大致處于合理區(qū)間（0.5～5m/s），弱風區(qū)較少，人們在該區(qū)域活動可以獲得極好得舒適度，屬于良好的室外風環(huán)境。模擬結(jié)構(gòu)圖中等值線間距約為 0.05m/s（下同）。

圖2 夏季的人行高度處風速云圖

分析建筑表面迎風側(cè)及背風側(cè)壓力的分布情況，由圖2的數(shù)據(jù)可知：迎風側(cè)的前后表面靜壓差都處于5Pa 以上，門窗內(nèi)外風壓遠大于0.5Pa，夏季室內(nèi)自然通風得到保證。

2）工況2（冬季典型工況）

由圖3 的數(shù)據(jù)可知：人行高度處的風速（0.5～5m/s）大致處于合理區(qū)間?；谌梭w舒適度目標，可以不采取太多的防風措施。

圖3 冬季的人行高度處風速云圖

分析建筑表面迎風側(cè)及背風側(cè)壓力的分布情況，由圖3的數(shù)據(jù)可知：迎風側(cè)的前后表面靜壓差都處于5Pa 以內(nèi)，迎風面風壓超過5Pa。

3）工況3（過渡季中春季典型工況）

由圖4 的數(shù)據(jù)可知：弱風區(qū)大部分在南側(cè)之外，人行高度處的風速大部分都分布在0.5～5m/s 區(qū)間，滿足標準規(guī)范中的要求。

圖4 春季的人行高度處風速云圖

分析建筑表面迎風側(cè)及背風側(cè)壓力的分布情況，由圖4的數(shù)據(jù)可知：迎風側(cè)前后表面靜壓差較大，都是處于5Pa 以上，門窗內(nèi)外壓差大于0.5Pa，對過渡季室內(nèi)自然通風極為有利。

4）工況4（過渡季中秋季典型工況）

由圖5 的數(shù)據(jù)可知：建筑風環(huán)境中的弱風區(qū)存在于南側(cè)之外，人行高度處的風速大部分都分布在0.25～4m/s 區(qū)間，滿足標準規(guī)范中的要求。

圖5 秋季的人行高度處風速云圖

分析建筑表面迎風側(cè)及背風側(cè)壓力的分布情況，可以得到：由于迎合過渡季主導(dǎo)風向建筑較多，建筑前后表面靜壓差較大，均在5Pa 以上，門窗內(nèi)外壓差都大于0.5Pa，對過渡季室內(nèi)自然通風極為有利。

4.2 室內(nèi)風模擬分析

4.2.1 幾何模型

本項目室內(nèi)自然通風模型如圖6 所示。

4.2.2 模擬分析結(jié)果

依據(jù)綠建標準，室內(nèi)通風關(guān)注室內(nèi)某個水平或者垂直剖面上氣流組織分布是否合理，通風開口面積與地面面積比以及換氣次數(shù)。對于房間通風換氣的次數(shù)要求，根據(jù)GB/T 50378—2019《綠色建筑評價標準》，由軟件計算可知，本工程通風換氣次數(shù)高于2 次/h 的面積為8 615.7m2，通風換氣總面積9 573.5m2，通風換氣面積比例達90.03%。

圖6 本項目幾何模型

4.3 氣流組織分析

4.3.1 人行高度處風速流線分析

分析結(jié)果：迎風側(cè)房間氣流組織分布表現(xiàn)良好；背風側(cè)房間的氣流表現(xiàn)較緩且無渦流產(chǎn)生，房間的整體通風良好。需要注意的是：圖7 中5F 的內(nèi)區(qū)會議室流場較弱。

圖7 5F 人行高度處風速矢量圖

4.3.2 人行高度處風速分析

風速云分析表明絕大部分的房間是可以由迎風側(cè)的進風氣流帶來有效氣流。各不利樓層的風速分布為：1 層風速分布在 0.12～2.0m/s 范圍，2 層與 3 層風速分布在 0.5～2.0m/s 范圍，5層與11 層風速分布在0.3～2.5m/s 范圍，12 層風速分布在0.5～2.5m/s 范圍。各不利樓層人體舒適度均滿足要求。

4.3.3 人行高度處風空氣齡分析

各不利樓層人行高度處的空氣齡云分析結(jié)果表明各樓層整體氣流空氣齡及局部突出部位空氣齡分布，各不利樓層風空氣齡整體分布、局部突出部位及通風情況如表1 所示。

表1 人行高度處的風空氣齡云圖信息表

5 結(jié)語

本項目對室外風環(huán)境完成了4 種工況下的模擬分析與評價。在面對冬季風的情況下，人行高度處的風速表現(xiàn)為0.5～5.0m/s（小于 5m/s），風速的放大系數(shù)表現(xiàn)為 1.25～1.98（小于2）。建筑的北側(cè)風壓表現(xiàn)較高，建筑表面風壓差高于5Pa，需注意冬季防風，使整體達到較好的舒適度。在面對夏季和過渡季風情況下，建筑前后風壓差大部分表現(xiàn)為5Pa 以上，無渦旋出現(xiàn)或無風區(qū)形成，有利于用自然通風來優(yōu)化室內(nèi)熱環(huán)境。

室內(nèi)風環(huán)境方面，迎風側(cè)因有較大的面積開口，使得大部分的功能房間能夠通過建筑迎風側(cè)的進風氣流產(chǎn)生有效氣流，其對應(yīng)的風速分布是0.15～2.0m/s，符合人體舒適度的要求；背風側(cè)局部區(qū)域風速較小。主要功能房間通風表現(xiàn)良好，換氣次數(shù)要求標準對于90.03%主要功能房間都滿足。