熱力效應(yīng)下傳染病醫(yī)院污染物濃度變化試驗研究

汪闊　沈煉　韓艷　楊瑛　熊鷹　艾正濤

摘 要：與常規(guī)建筑不同，傳染病醫(yī)院的建設(shè)需嚴格控制其周邊風(fēng)環(huán)境與污染物濃度，而當(dāng)前對其研究還極其匱乏。以長沙市某在建傳染病醫(yī)院為研究背景，利用大尺寸風(fēng)洞10 m（寬）×3 m（高）對不同熱力效應(yīng)下醫(yī)療建筑風(fēng)環(huán)境和污染物擴散進行了詳細分析，探究了建筑布局和植被對病區(qū)氣懸污染物擴散的影響。研究結(jié)論表明：在-0.23<Rb<0范圍內(nèi)，熱力效應(yīng)對風(fēng)廓線影響主要集中在豎向分量，會較大程度影響流場分布的最大值;病區(qū)內(nèi)污染物濃度大小主要受風(fēng)速影響，當(dāng)風(fēng)速較大時，污染物濃度與當(dāng)?shù)責(zé)崃π?yīng)呈正比關(guān)系。而在低風(fēng)速時，污染物濃度與當(dāng)?shù)責(zé)崃π?yīng)呈先增長后下降關(guān)系，且在Rb=-0.16時達到最大值;改變建筑布局是改善污染物濃度的有效辦法，建筑朝向與主導(dǎo)風(fēng)向一致時有利于污染物的擴散。植被增設(shè)在建筑回流區(qū)對污染物擴散具有一定促進作用，增設(shè)在通風(fēng)廊道則不利于污染物擴散。

關(guān)鍵詞：風(fēng)洞試驗;風(fēng)環(huán)境;污染物擴散;熱力效應(yīng);傳染病醫(yī)院

中圖分類號：X511 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-6717（2022）04-0157-10

Experimental study on airborne pollutant diffusion in infectious disease hospital under thermal effect

WANG Kuo1， SHEN Lian1，2， HAN Yan1， YANG Ying3， XIONG Ying1， AI Zhengtao4

（1. School of Civil Engineering， Changsha University of Science and Technology， Changsha 410076， P. R. China; 2. School of Civil Engineering， Changsha College， Changsha 410022， P. R. China; 3. The Fifth Bureau of China State Construction Engineering Corporation， Changsha 410004， P. R. China; 4. School of Civil Engineering， Hunan University， Changsha 410082， P. R. China）

Abstract： Compared with conventional buildings， Construction of infectious disease hospitals needs to strictly control the surrounding wind environment and pollutant concentration， but the current research is highly scarce.This paper takes an infectious disease hospital under construction in Changsha as the case study. The

detailed analysis of wind environment and pollutant dispersion of medical buildings under different thermal effects was conducted by a 10 m （width） × 3 m （height） wind tunnel test. In the process， building layout and vegetation are considered.The results show that in the range of -0.23<Rb<0， the wind profile influenced by the thermal effect is mainly concentrated in the vertical component. However， the thermal effect will greatly affect the maximum value of flow field distribution. The absolute values of pollutant concentration are affected primarily by wind speed. The pollutant concentration is positively proportional to the local thermal effect with high wind speeds. In contrast， at low wind speeds the pollutant concentration increases first and then decreases with the local thermal effect and reaches the maximum value when Rb=-0.16. Changing the layout of the building is an effective way to improve the concentration of pollutants. When the direction of the building is consistent with the prevailing wind direction， it is most conducive to the emission of pollutant. The addition of vegetation in the building reverse flow area can promote the diffusion of pollutants， while the greenery in the ventilation corridor will inhibit the spread of contaminants.

Keywords：wind tunnel test; wind environment; pollutant dispersion;thermal effect; hospital for infectious diseases

隨著城市化進程的不斷推進，由工業(yè)廢氣、城市熱島、氣溶膠病毒等帶來的環(huán)境問題愈顯突出，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，學(xué)者們對其進行了大量研究[1-5]，獲取了許多寶貴結(jié)論。但現(xiàn)有研究對傳染病醫(yī)院的針對性分析還相對較少，作為疫情爆發(fā)后人員救治的主戰(zhàn)場，目前，傳染病醫(yī)院周邊風(fēng)環(huán)境與污染物擴散機理還尚不明確，其研究成果還難以在被動層面支撐醫(yī)院的設(shè)計與規(guī)劃。因此，亟需對傳染病醫(yī)院周邊風(fēng)環(huán)境與氣懸污染物展開研究，了解污染物隨風(fēng)擴散的遷移路徑與濃度分布規(guī)律，為日后傳染病醫(yī)院的建設(shè)與規(guī)劃提供理論支撐。

對建筑群污染物擴散的研究手段主要包括風(fēng)洞試驗、數(shù)值模擬和現(xiàn)場實測[6-9]。如Liu等[10]對荷蘭園小區(qū)進行了現(xiàn)場試驗研究，詳細分析了溫度對小區(qū)風(fēng)環(huán)境的影響;Nardecchia等[11]利用數(shù)值模擬方法研究了不同溫差對建筑流場的影響;Xie[12]研究了太陽輻射對城市街谷污染物擴散的影響;苗超等[13]采用CFD技術(shù)對廠房工作區(qū)熱環(huán)境及污染物濃度分布進行了分析。近年來，隨著試驗技術(shù)的快速發(fā)展，風(fēng)環(huán)境風(fēng)洞試驗研究取得了重大進展，試驗規(guī)模也從早期的單體建筑模型向?qū)嶋H小區(qū)模型過渡。如歐陽琰等[14]采用環(huán)境風(fēng)洞對城市小區(qū)的流場和污染物擴散進行了研究，發(fā)現(xiàn)污染物濃度分布主要受來流風(fēng)速影響;Hajra等[15-16]對面積為1.8 m2的邊界層風(fēng)洞進行了試驗，發(fā)現(xiàn)下游建筑高度是影響污染物擴散的關(guān)鍵參數(shù);Gousseau等[17]以加拿大蒙特利爾某小區(qū)為研究背景，使用1.8 m（寬）×1.8 m（高）的風(fēng)洞詳細分析了小區(qū)近地面污染物擴散規(guī)律;Liu等[18]利用風(fēng)洞試驗對香港某典型建筑樓層進行了污染物擴散研究，分析了開窗對污染物擴散的影響;Zhang等[19]以Liu等[18]的試驗對象為研究背景，獲取了建筑物迎風(fēng)面和背風(fēng)面污染物擴散路徑;Chao等[20]也利用風(fēng)洞試驗研究了浮力對氣體擴散的影響，指出了高浮力可有效減少建筑物背風(fēng)側(cè)污染物濃度。

當(dāng)前研究對傳染病醫(yī)院的針對性分析還相對較少，特別是考慮熱力條件下污染物擴散的試驗研究還十分匱乏，其作用機理和流場分布尚不明確。以往研究主要是利用單一變量分析污染物濃度的擴散，對多因素作用下污染物濃度的影響分析及措施研究還未見其報道。筆者以長沙市某在建傳染病醫(yī)院為研究背景，在考慮熱力效應(yīng)后對建筑布局和植被影響下的傳染病醫(yī)院污染物濃度進行定量研究，揭示了污染物濃度分布規(guī)律，提出相關(guān)的濃度控制措施。

1 風(fēng)洞試驗

1.1 風(fēng)洞簡介

試驗在長沙理工大學(xué)風(fēng)工程與風(fēng)環(huán)境研究中心進行，該風(fēng)洞采用回/直流雙試驗段結(jié)構(gòu)，包括水平回流高風(fēng)速試驗段和直流低風(fēng)速試驗段，如圖1所示。其試驗段尺寸為21 m（長）×10 m（寬）×3 m（高），轉(zhuǎn)盤直徑為5.0 m，風(fēng)速范圍在1.0～18.0 m/s，安裝了三維移測架，采用變角度風(fēng)機葉片控制系統(tǒng)，確保低速風(fēng)的穩(wěn)定。

1.2 風(fēng)速測量裝置

水平方向采用歐文探針測量人行高度風(fēng)場，如圖2（a）所示，A端風(fēng)速與A、B端的壓差成正比關(guān)系。

式中：Δp為探頭兩端的壓差;a、b為探頭的標(biāo)定系數(shù);u為A端的風(fēng)速。

試驗前對探針進行標(biāo)定，采用眼鏡蛇風(fēng)速儀同步測量探頭頂部風(fēng)速，得到的標(biāo)定擬合系數(shù)如圖2（b）所示，擬合系數(shù)均方根大于0.99，說明風(fēng)速與壓差具有很好的線性關(guān)系。測試過程中采用PSI DTC Initium型電子壓力掃描閥測量風(fēng)壓，頻率350 Hz，試驗過程中采樣時間為1 min。風(fēng)廓線測量采用眼鏡蛇風(fēng)速儀，該風(fēng)速儀能夠同時測量u、v、w 3個方向的風(fēng)速，采樣頻率為512 Hz，采樣時間為1 min。

1.3 加熱裝置

利用碳纖維電熱板模擬不同地面溫度，如圖3所示。模擬前首先對碳纖維電熱板進行溫度標(biāo)定，其中，溫度在0～60 ℃范圍內(nèi)可調(diào)，測溫精度為±1 ℃，最大功率為180 W/m2。

1.4 污染物濃度測量裝置

采用甲烷（CH4）作為示蹤氣體，首先利用氣體混合器控制甲烷和空氣的混合比，待氣體充分混合后在建筑群前端發(fā)射，利用低功率負壓氣泵對污染物氣體進行采集，然后利用氣相色譜分析其濃度。其中，體積混合比為1∶9，污染源放置于建筑物模型前方1 m位置，試驗流程圖如圖4所示。

1.5 風(fēng)洞實驗相似條件

通過縮尺模型研究污染物擴散時，描述空氣流動、傳熱和污染物擴散的物理參數(shù)包括雷諾數(shù)Re、羅斯貝數(shù)Ro、佩克萊數(shù)Pe、弗勞德數(shù)Fr和施密特數(shù)Sc，只有滿足這5個無量綱參數(shù)，才能保證風(fēng)洞試驗?zāi)M值與原型真實值嚴格相似。其中，當(dāng)模擬區(qū)域長度小于5 km時，可忽略Ro數(shù)，模型和原型的流動都使用空氣，可以忽略Pe數(shù)和Sc數(shù)，雷諾數(shù)作為主要相似數(shù)，其定義式為

式中：Re為雷諾數(shù);u為來流速度，m/s;L為目標(biāo)建筑特征尺寸，m;μ為空氣的黏性系數(shù)，15 ℃時其值為1.789×10-5 Pa·s。使用1∶100～1∶1 000的模型，建筑物典型斷面多為矩形，本文Re約為2×105，超過了臨界雷諾數(shù)，可近似認為流場不受雷諾數(shù)影響。

考慮地面熱力效應(yīng)對流場的影響，采用理查遜數(shù)Rb代替密度弗勞德數(shù)Fr，其定義為

式中：g為重力加速度，m/s2;h0為模型高度，m;ΔT為實際溫度與環(huán)境溫度的差值，℃;u0為高度h0處的風(fēng)速，m/s。

1.6 模型測點和試驗工況

以長沙某在建傳染病醫(yī)院為研究對象，考慮堵塞效應(yīng)、壁面效應(yīng)以及風(fēng)洞轉(zhuǎn)盤大小，最終確定縮尺比為1∶200。西風(fēng)作為主導(dǎo)風(fēng)向，綜合考慮濃度場和風(fēng)場的測量精度后，采用1.2 m/s均勻風(fēng)速作為入口來流，利用110個歐文探針捕捉了人行高度2 m位置處平均風(fēng)速，并采用Croba風(fēng)速儀對典型測點風(fēng)廓線進行了詳細監(jiān)測，監(jiān)測點如圖5所示。試驗過程中，風(fēng)洞試驗環(huán)境參數(shù)為：溫度20 ℃、濕度60%、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，通過改變碳纖維加熱板的溫度，模擬了Rb=0.00、-0.10、-0.16和-0.23共4種不同熱力效應(yīng)下的建筑群流場分布。同時，對不同建筑朝向和不同植被覆蓋下的流場和污染物濃度場進行了詳細分析，具體工況如表1所示。

2 熱力效應(yīng)下的醫(yī)療建筑群風(fēng)環(huán)境分析

2.1 整體風(fēng)場分布

研究顯示[21]，在對應(yīng)某一風(fēng)向下建筑物周圍流場的無量綱是相對固定的，定義風(fēng)速比MVR為行人高度處風(fēng)速與來流風(fēng)速之比，即

MVR=uiu0（4）

式中：ui為i號測點行人高度風(fēng)速大小;u0為入口對應(yīng)高度的參考風(fēng)速。

通過試驗得到主導(dǎo)風(fēng)向下人行高度風(fēng)速比分布，如圖6所示。由圖6可知，4種熱力條件下，醫(yī)院建筑物與山體之間的流場分布大致相同，在1號建筑右側(cè)形成了很明顯的加速效應(yīng)，主要原因是建筑物與山體之間間距很小，行成了“峽谷”效應(yīng)，對不同熱力效應(yīng)下風(fēng)場最大值進行分析，發(fā)現(xiàn)不同工況的加速效應(yīng)有所不同，4種熱力效應(yīng)下風(fēng)速的最大值分別是為1.25、1.86、1.87和1.91。其中，當(dāng)Rb=-0.23時，加速效應(yīng)最為明顯，說明熱力效應(yīng)在一定程度上影響了流場分布的最大值，同時也說明在不穩(wěn)定熱力條件下近地面風(fēng)速在局部位置出現(xiàn)了加速效應(yīng)。

將人行高度風(fēng)速匯總，并進行兩兩對比，如圖7所示，在主導(dǎo)風(fēng)下，風(fēng)速比受到熱力效應(yīng)的影響主要集中在0.6h0 （h0為建筑高度）以下，對圖7中0.6h0高度以下風(fēng)速進行分析，發(fā)現(xiàn)風(fēng)速均方根分別為0.784、0.769和0.771;當(dāng)高于0.6h0時，風(fēng)速均方根分別為0.481、0.453和0.468，說明當(dāng)風(fēng)速比大于0.6h0以后，熱力效應(yīng)對風(fēng)場影響相對較小。

2.2 風(fēng)速剖面分布

為揭示溫度對建筑群風(fēng)廓線的影響，沿高度方向?qū)︶t(yī)院內(nèi)部16號測點風(fēng)剖面進行了詳細分析，得到了該點順風(fēng)向風(fēng)剖面無量綱風(fēng)速分布，如圖8所示。其中：h=h/h0，h=u/u0，h0=0.5 m，u0為高度h0處的風(fēng)速。從圖8中可知，高度在0.5以下，順風(fēng)向風(fēng)速變化很小，相對入口來流風(fēng)速整體偏低，平均值為0.2u，高度在[0.5，0.8]時，速度急劇增加，超過0.8之后，風(fēng)速趨于穩(wěn)定，與入口來流保持一致?？傮w來說，Rb對順風(fēng)向風(fēng)速的影響較小，主要原因是受到風(fēng)洞試驗條件的限制，模擬的Rb數(shù)范圍為（-0.23， 0），大氣不穩(wěn)定程度相對較低，從而使得風(fēng)速變化不明顯。

圖9為16號測點剪切應(yīng)力垂直分布圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在屋面高度位置剪切應(yīng)力發(fā)生了突變，在Rb=0時，剪切應(yīng)力為負值。從中還可發(fā)現(xiàn)，高度在0.5h以下時，剪切應(yīng)力變化很小;而高度在[0.5h，0.8h]時，剪切應(yīng)力呈先減少后增加趨勢;當(dāng)高度超過0.8h后，剪切應(yīng)力逐漸趨于穩(wěn)定。

3 熱力效應(yīng)下建筑群污染物濃度分析

以甲烷為示蹤氣體，在濃度檢測前，先通過“針筒稀釋法”配制出不同濃度的甲烷標(biāo)氣。利用氣相色譜儀測出甲烷標(biāo)樣的出峰時間和出峰面積，根據(jù)最小二乘法對甲烷濃度值與出峰面積進行標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合，然后通過測點的出峰面積反算試驗測點甲烷濃度值。

3.1 人行高度處甲烷濃度

試驗過程中，對傳染病醫(yī)院內(nèi)關(guān)鍵位置污染物濃度進行監(jiān)測，通過分析發(fā)現(xiàn)，2、3、4號點靠近來流方向，風(fēng)速未受到地表障礙物阻擋，濃度值相對較大，在同一Rb數(shù)下，建筑迎風(fēng)面和背風(fēng)面甲烷濃度值相差較大，主要原因是建筑背風(fēng)面的漩渦區(qū)污染物不易擴散[22]。對2、3、4三點在不同Rb數(shù)下的濃度進行分析發(fā)現(xiàn)，甲烷濃度隨著Rb數(shù)增大而增大，其增長值呈線性分布。圖10（b）為7～11號測點的甲烷濃度值，測點7和測點9甲烷濃度值相對較小，主要原因是7和9號點處于廊道區(qū)域，風(fēng)速出現(xiàn)了加速效應(yīng)。相反的是，8、10和11號點在山體附近，通風(fēng)不暢，污染物在這些地方出現(xiàn)了嚴重積聚現(xiàn)象。圖10（c）為12、13和14號點的濃度分布，從中發(fā)現(xiàn)，該區(qū)域污染物濃度要顯著大于2、3和4號測點，主要是這些測點受地表障礙物影響，風(fēng)速相對較低，而13號測點甲烷濃度要低于12號和14號測點，原因在于13號點位于建筑通風(fēng)廊道處，風(fēng)場加速后有利于污染物擴散。對低風(fēng)速不同熱力條件下的風(fēng)場進行分析發(fā)現(xiàn)，甲烷濃度值隨著Rb數(shù)增大呈先增大后減小的趨勢，主要原因是在低風(fēng)速區(qū)域，污染物擴散受熱力效應(yīng)影響占比較大，特別是當(dāng)Rb=-0.16時，污染物出現(xiàn)了積聚現(xiàn)象，相比于Rb=0，測點13甲烷濃度增加了一倍?？傊ㄟ^對建筑群人行高度污染物濃度場分析發(fā)現(xiàn)，污染物濃度的絕對值主要受風(fēng)速影響，風(fēng)速愈大其污染物濃度越低。在-0.23<Rb<0范圍內(nèi)，試驗顯示風(fēng)速較大時，隨著地表溫度的升高，污染物濃度依次遞增。而風(fēng)速較低時，污染物濃度受風(fēng)速與溫度的耦合影響，呈先增大后減小的趨勢。通過分析建筑群內(nèi)部污染物濃度發(fā)現(xiàn)，在熱力條件下的濃度分布規(guī)律與常規(guī)的大氣不穩(wěn)定狀態(tài)有所不同，說明建筑群復(fù)雜的地表形態(tài)改變了流場和溫度場的近地面分布，其作用機理更為復(fù)雜。

3.2 甲烷濃度剖面分布

圖10揭示了不同Rb數(shù)作用下污染物濃度的水平分布，圖11對16號點的豎向污染物濃度進行了分析，其中：href=h/h0，Cref=C/C0，h0為建筑物頂面高度，C0為建筑物頂面甲烷濃度。從圖中可以發(fā)現(xiàn)，在同一Rb數(shù)下近地面位置甲烷濃度相對較高，且隨著高度增加，濃度依次降低，當(dāng)高度達到建筑高度后濃度接近于0，主要原因是建筑物上方的新鮮空氣稀釋了污染物濃度。對不同溫度下的污染物濃度剖面進行分析發(fā)現(xiàn)，在[0.65href， 1.2href]高度處，甲烷污染物濃度值隨著Rb升高變化不明顯，而當(dāng)高度低于0.65href時，隨著Rb增大，污染物濃度呈先增大后減小的趨勢，其規(guī)律與圖10（b）、（c）一致，當(dāng)Rb=-0.16時，污染物濃度達到最大值。同時，對不同高度位置不同熱力條件下的污染物濃度進行分析，其結(jié)果如圖12所示，從圖中可以明顯發(fā)現(xiàn)，在近地面低風(fēng)速區(qū)域，污染物濃度在Rb=-0.16時達到最大值。通過分析發(fā)現(xiàn)，隨著Rb數(shù)的增加，污染物濃度并不是呈單調(diào)變化，主要原因是監(jiān)測點位于建筑群內(nèi)，地表風(fēng)場紊亂，污染物濃度受地表風(fēng)場與熱力效應(yīng)的耦合作用，常規(guī)的大氣穩(wěn)定理論在復(fù)雜建筑群近地表區(qū)域并不適用。

4 醫(yī)療建筑群污染物控制措施分析

4.1 建筑布局對醫(yī)院氣懸污染物擴散影響

良好的建筑布局可有效調(diào)節(jié)城市住宅區(qū)的風(fēng)環(huán)境[23-24]。為分析不同建筑布局對污染物濃度的影響，研究過程中對建筑3進行了0°、45°、90°和135° 4種不同朝向的分析，試驗工況如圖13所示。通過分析得到了不同工況下建筑3周邊污染物的濃度分布，如圖14所示。從圖13中可以發(fā)現(xiàn)，在水平方向，14號測點風(fēng)速相對較小，污染物濃度絕對值最大，13號和14號測點在方位角為45°時，污染物濃度相對較低。圖15顯示了測點17沿豎直方向的污染物濃度分布，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，隨著高度的增大，污染物濃度依次減小，在0°、90°和135°工況下，甲烷變化趨勢相同，而在45°工況下，污染物濃度降低速度最快，其主要原因與建筑朝向有關(guān)，此時建筑朝向與主導(dǎo)風(fēng)向一致，有利于污染物的擴散。對比圖14和圖15可以發(fā)現(xiàn)，建筑在90°朝向時，最不利于污染物擴散，135°次之，45°則最有利于污染物擴散，建議在建筑規(guī)劃時采用此種建筑布局。

4.2 植被對醫(yī)院氣懸污染物擴散的影響

為分析地表植被對污染物濃度的影響，在建筑布局為0°時，獲取了無植被、小樹和大樹3種工況下相關(guān)測點的污染物濃度。對矩形建筑而言，氣流流至建筑時，會在建筑尾流區(qū)或建筑側(cè)邊形成回流區(qū)，如圖16所示，污染物容易在回流區(qū)積聚[25]。試驗過程中，采用2 cm×1 cm和4 cm×3 cm兩種植被尺寸對流場進行了分析，對應(yīng)的實際高度分別為4 m和8 m，植被與測點示意圖如圖17所示。從圖18可以發(fā)現(xiàn)，3、4、10號點分別位于建筑物回流區(qū)，通過分析污染物濃度發(fā)現(xiàn)，在添加植被后污染物濃度值均有一定程度的減小趨勢，說明在建筑物回流區(qū)增設(shè)植被促進了污染物的擴散。測點5和測點9位于廊道處，位置相對狹窄，增設(shè)植被后發(fā)現(xiàn)污染物濃度有增大趨勢，其主要原因為植被降低了廊道通風(fēng)率，致使測點風(fēng)速減小，甲烷濃度升高。測點13位于建筑內(nèi)部，植被對其影響相對較小。

5 結(jié)論

以長沙市某傳染病醫(yī)院為研究對象，在考慮熱力效應(yīng)后對醫(yī)院建筑群室外風(fēng)環(huán)境和污染物擴散進行了風(fēng)洞試驗分析，獲取了不同工況下醫(yī)院風(fēng)環(huán)境與污染物濃度分布的一般規(guī)律，同時探究了不同建筑布局和植被對醫(yī)院污染物擴散的影響，得到了以下結(jié)論：

1）在-0.23<Rb<0范圍內(nèi)，熱力效應(yīng)對醫(yī)院內(nèi)風(fēng)廓線的順風(fēng)向分量和人行高度風(fēng)場的整體影響較小，但在局部地區(qū)出現(xiàn)了一定的加速效應(yīng)。

2）風(fēng)洞試驗顯示，污染物濃度的絕對值取決于當(dāng)?shù)仫L(fēng)速大小，在高風(fēng)速時，污染物濃度與當(dāng)?shù)責(zé)崃π?yīng)呈正比關(guān)系，而在低風(fēng)速時，污染物濃度與當(dāng)?shù)責(zé)崃π?yīng)呈先增長后下降關(guān)系，且在Rb=-0.16時達到最大值。

3）對圍合建筑而言，其內(nèi)部風(fēng)速相對較低，污染物濃度容易積聚，濃度在近地面位置達到最大值，且隨著高度增長依次降低，熱力效應(yīng)對污染物濃度的影響主要集中在0.6建筑高度以下，當(dāng)高度大于1倍建筑高度后，污染物濃度趨于0。

4）改變建筑布局和添加植被是改善污染物濃度的有效辦法，建筑規(guī)劃時需考慮建筑形態(tài)與當(dāng)?shù)仫L(fēng)速風(fēng)向的耦合效應(yīng)，當(dāng)建筑朝向與主導(dǎo)風(fēng)向一致時最利于污染物濃度的排放，植被增設(shè)在建筑回流區(qū)對氣懸污染物擴散具有促進作用，增設(shè)在通風(fēng)廊道則不利于污染物擴散。

利用風(fēng)洞試驗進行污染物擴散研究時，由于試驗條件限制，很難獲取較大跨度范圍Rb數(shù)對濃度的影響，后續(xù)仍需用數(shù)值模擬對其進行機理分析。

參考文獻：

[1]? WANG H Q， HUANG C H， LIU D， et al. Fume transports in a high rise industrial welding hall with displacement ventilation system and individual ventilation units [J]. Building and Environment， 2012， 52： 119-128.

[2] 郭飛. 基于WRF的城市熱島效應(yīng)高分辨率評估方法[J]. 土木建筑與環(huán)境工程， 2017， 39（1）： 13-19.

GUO F. Assessment method of urban heat island high resolution based on WRF [J]. Journal of Civil， Architectural & Environmental Engineering， 2017， 39（1）： 13-19. （in Chinese）

[3] DWIVEDI A， KHIRE M V. Application of split- window algorithm to study Urban Heat Island effect in Mumbai through land surface temperature approach [J]. Sustainable Cities and Society， 2018， 41： 865-877.

[4] HO C K. Modeling airborne pathogen transport and transmission risks of SARS-CoV-2 [J]. Applied Mathematical Modelling， 2021， 95： 297-319.

[5] LI Z T， ZHANG H， WEN C Y， et al. The effects of lateral entrainment on pollutant dispersion inside a street canyon and the corresponding optimal urban design strategies [J]. Building and Environment， 2021， 195： 107740.

[6] 黃遠東， 王守生， 金鑫， 等. 城市街道峽谷內(nèi)污染物擴散模擬中不同湍流模型的比較研究[J]. 水動力學(xué)研究與進展A輯， 2008， 23（2）： 189-195.

HUANG Y D， WANG S S， JIN X， et al. A comparative study of various turbulence models for simulating pollutant dispersion within an urban street canyon [J]. Journal of Hydrodynamics， 2008， 23（2）： 189-195. （in Chinese）

[7] 史瑞豐， 崔桂香， 王志石， 等. 城市小區(qū)空氣流動與交通污染的大渦數(shù)值模擬[J]. 自然科學(xué)進展， 2009， 19（2）： 212-221.

SHI R F， CUI G X， WANG Z S， et al.Large eddy numerical simulation of urban residential area， air flow and traffic pollution [J]. Progress in Natural Science， 2009， 19（2）： 212-221. （in Chinese）

[8] FERNANDO H J S， ZAJIC D， DI SABATINO S， et al. Flow， turbulence， and pollutant dispersion in urban atmospheres [J]. Physics of Fluids， 2010， 22（5）： 051301.

[9] 金玲， 趙立華， 孟慶林， 等. 廣東地區(qū)農(nóng)村住宅室內(nèi)熱環(huán)境優(yōu)化研究[J]. 土木建筑與環(huán)境工程， 2015， 37（3）： 116-126.

JIN L， ZHAO L H， MENG Q L， et al. Optimization analysis on indoor thermal environment of rural residential buildings in Guangdong Province [J]. Journal of Civil， Architectural & Environmental Engineering， 2015， 37（3）： 116-126. （in Chinese）

[10] LIU Y S， CUI G X， WANG Z S， et al. Large eddy simulation of wind field and pollutant dispersion in downtown Macao [J]. Atmospheric Environment， 2011， 45（17）： 2849-2859.

[11] NARDECCHIA F， GUGLIERMETTI F， BISEGNA F. How temperature affects the airflow around a single-block isolated building [J]. Energy and Buildings， 2016， 118： 142-151.

[12] XIE X M， LIU C H， LEUNG D Y C， et al.Characteristics of air exchange in a street canyon with ground heating [J]. Atmospheric Environment， 2006， 40（33）： 6396-6409.

[13] 苗超， 蘇亞欣. 工業(yè)廠房自然通風(fēng)熱環(huán)境的數(shù)值研究[J]. 土木建筑與環(huán)境工程， 2012， 34（Sup1）： 54-57.

MIAO C， SU Y X. Numerical simulation of natural ventilation and thermal environment in industrial plant with heat source [J]. Journal of Civil， Architectural & Environmental Engineering， 2012， 34（Sup1）： 54-57. （in Chinese）

[14] 歐陽琰， 蔣維楣， 胡非， 等. 城市小區(qū)環(huán)境流場及污染物擴散的風(fēng)洞實驗研究[J]. 南京大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版）， 2003， 39（6）： 770-780.

OUYANG Y， JIANG W M， HU F， et al. Experimental study in wind tunnel in the field of air flows and pollutant dispersion in the urban sub-domain [J]. Journal of Nanjing University （Natural Sciences）， 2003， 39（6）： 770-780. （in Chinese）

[15] HAJRA B， STATHOPOULOS T， BAHLOUL A. A wind tunnel study of the effects of adjacent buildings on near-field pollutant dispersion from rooftop emissions in an urban environment [J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics， 2013， 119： 133-145.

[16] HAJRA B， STATHOPOULOS T. A wind tunnel study of the effect of downstream buildings on near-field pollutant dispersion [J]. Building and Environment， 2012， 52： 19-31.

[17] GOUSSEAU P， BLOCKEN B， STATHOPOULOS T， et al. CFD simulation of near-field pollutant dispersion on a high-resolution grid： A case study by LES and RANS for a building group in downtown Montreal [J]. Atmospheric Environment， 2011， 45（2）： 428-438.

[18] LIU X P， NIU J L， KWOK K C S， et al. Investigation of indoor air pollutant dispersion and cross-contamination around a typical high-rise residential building： Wind tunnel tests [J]. Building and Environment， 2010， 45（8）： 1769-1778.

[19] ZHANG Y， KWOK K C S， LIU X P， et al. Characteristics of air pollutant dispersion around a high-rise building [J]. Environmental Pollution， 2015， 204： 280-288.

[20] LIN C， OOKA R， KIKUMOTO H， et al. Wind tunnel experiment on high-buoyancy gas dispersion around isolated cubic building [J]. Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics， 2020， 202： 104226.

[21] 沈煉， 韓艷， 唐春朝， 等. 多因素作用下小區(qū)風(fēng)環(huán)境風(fēng)洞試驗研究 [J]. 工程力學(xué)， 2021， 38（5）： 88-97.

SHEN L， HAN Y， TANG C C， et al. Study on wind tunnel test of wind environment under the influence of multiple factors [J]. Engineering Mechanics， 2021， 38（5）： 88-97. （in Chinese）

[22] 李海鋒， 王博斌， 崔桂香， 等. 現(xiàn)代城區(qū)熱環(huán)境與污染物擴散的大渦模擬研究 [J]. 中國科學(xué)： 物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué)， 2015， 45（10）： 66-82.

LI H F， WANG B B， CUI G X， et al. Study on thermal environment and pollutant dispersion in real urban area by Large Eddy Simulation [J]. Scientia Sinica （Physica， Mechanica & Astronomica）， 2015， 45（10）： 66-82. （in Chinese）

[23] KESHAVARZIAN E， JIN R Z， DONG K J， et al. Effect of building cross-section shape on air pollutant dispersion around buildings [J]. Building and Environment， 2021， 197： 107861.

[24] MITTAL H， SHARMA A， GAIROLA A. Pedestrian level wind characteristics around tall buildings： Effect of building shape and wind direction [C]//9th Asia-Pacific Conference on Wind Engineering， Auckland， New Zealand， 2017.

[25] LIU Z Q， LI W P， SHEN L， et al. Numerical study of stable stratification effects on the wind over simplified tall building models using large-eddy simulations [J]. Building and Environment， 2021， 193： 107625.

（編輯 胡玲）

收稿日期：2021-04-30

基金項目：國家自然科學(xué)基金（51808059）;湖南省自然科學(xué)基金（2018JJ1027、2019JJ50688）;長沙市杰出青年創(chuàng)新培育計劃（kq195004）;湖南省教育廳優(yōu)秀青年基金（19B054）;長沙理工大學(xué)研究生實踐創(chuàng)新與創(chuàng)業(yè)能力提升項目（SJCX202016）

作者簡介：汪闊（1994- ），男，主要從事建筑風(fēng)環(huán)境與污染物擴散研究，E-mail：1178226400@qq.com。

沈煉（通信作者），男，副教授，博士，E-mail：shenlian.lcz@163.com。

Received：2021-04-30

Foundation items：National Natural Science Foundation of China（No. 51808059）; Natural Science Foundation of Hunan Province（No. 2018JJ1027， 2019JJ50688）; Changsha Outstanding Youth Innovation Cultivation Program （No. kq195004）; Outstanding Youth Fund of Hunan Education Department （No. 19B054）; Changsha University of Science and Technology Postgraduate Practical Innovation and Entrepreneurship Enhancement Project （No. SJCX202016）

Author brief：WANG Kuo （1994- ）， main research interests： building wind environment and pollutant diffusion， E-mail： 1178226400@qq.com.

SHEN Lian （corresponding author）， associate professor， PhD， E-mail： shenlian.lcz@163.com.