風(fēng)環(huán)境性能導(dǎo)向的寒冷地區(qū)商業(yè)建筑入口外部形式設(shè)計(jì)

關(guān)鍵詞：商業(yè)建筑；入口；空氣滲透

中圖分類(lèi)號(hào)：TU119+.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1000-582X（2025）01-054-12

寒冷地區(qū)采暖季較長(zhǎng)，溫度低且風(fēng)速大，公共建筑普遍存在入口冷風(fēng)滲透的問(wèn)題，導(dǎo)致室內(nèi)溫度分布不均勻，對(duì)建筑使用者的熱舒適度產(chǎn)生不利影響[1?2]。研究發(fā)現(xiàn)，空氣滲透是影響冬季室內(nèi)供暖負(fù)荷的重要因素[3?4]。公共建筑的主要空氣滲透來(lái)源是門(mén)和可開(kāi)啟窗扇[5]。由于商業(yè)建筑的窗扇可開(kāi)啟率較小，且開(kāi)啟頻率低，入口成為商業(yè)建筑冷風(fēng)入侵的主要途徑。相比辦公建筑入口使用時(shí)間集中的特性，商業(yè)建筑作為人員高流動(dòng)性的公共建筑，其入口難以保持關(guān)閉狀態(tài)，導(dǎo)致冷風(fēng)向室內(nèi)持續(xù)滲透?；谏鲜鲈?，降低入口的冷風(fēng)滲透對(duì)商業(yè)建筑節(jié)能和提升使用者熱舒適至關(guān)重要。已有研究限制入口冷風(fēng)滲透通常從優(yōu)化入口空間設(shè)計(jì)、布局以及附加防風(fēng)裝置入手。入口空間優(yōu)化的研究主要針對(duì)入口的朝向、位置、平面形式和圍護(hù)結(jié)構(gòu)提出設(shè)計(jì)策略，包括建筑主入口盡量規(guī)避冬季主導(dǎo)風(fēng)向、制造室內(nèi)外高差、提升外墻保溫性能以及設(shè)置多重門(mén)斗等方法[6?7]。然而，大型商業(yè)建筑不可避免地存在多入口現(xiàn)象，現(xiàn)有研究卻并未準(zhǔn)確定義“規(guī)避”的概念，也未提出無(wú)法規(guī)避冬季主導(dǎo)風(fēng)向時(shí)入口空間的相應(yīng)設(shè)計(jì)方法。此外，商業(yè)建筑以營(yíng)利為第一優(yōu)先級(jí)，為了鼓勵(lì)顧客進(jìn)入建筑，業(yè)主更傾向于在設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)中，使入口空間無(wú)遮擋、易于開(kāi)啟且流線(xiàn)簡(jiǎn)潔的入口設(shè)計(jì)方案。對(duì)于附加入口防風(fēng)裝置以阻擋冷風(fēng)滲透的研究，主要從風(fēng)幕和防風(fēng)簾兩方面展開(kāi)，探索了多種類(lèi)型的防滲透風(fēng)幕，并討論了風(fēng)幕的出風(fēng)溫度、出風(fēng)角度和人員流動(dòng)等因素對(duì)防風(fēng)性能以及能源效率的影響[8?9]。結(jié)果表明，當(dāng)風(fēng)速達(dá)到1.76 m/s時(shí)，頂送式熱風(fēng)幕的下部就會(huì)被侵入風(fēng)擊穿，導(dǎo)致風(fēng)幕對(duì)冷風(fēng)滲透的阻擋效果明顯降低[10]。筆者在實(shí)地調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，已有商業(yè)建筑存在采用側(cè)吹型熱風(fēng)幕以防止風(fēng)幕下部擊穿的情況，然而側(cè)吹型熱風(fēng)幕與人員距離過(guò)近時(shí)，高速熱風(fēng)對(duì)人員熱舒適度會(huì)產(chǎn)生較大的影響。為了保證空氣能夠高速?lài)姵?，無(wú)論何種熱風(fēng)幕均不設(shè)置過(guò)濾系統(tǒng)，送入的空氣攜帶大量室外污染物顆粒，對(duì)室內(nèi)空氣清潔和人員健康帶來(lái)不利影響。另一方面，入口防風(fēng)簾的使用在一定程度上影響了入口空間的視線(xiàn)通透性，造成磕碰等安全隱患，尤其對(duì)老年人和兒童有更高的風(fēng)險(xiǎn)，并且防風(fēng)簾與人體頻繁接觸也會(huì)帶來(lái)一定的公共衛(wèi)生隱患。

綜上所述，目前入口設(shè)計(jì)缺乏量化明確的指導(dǎo)策略，防風(fēng)裝置存在固有弊端。因此，具體的入口空間設(shè)計(jì)策略缺失是亟待解決的問(wèn)題。商業(yè)建筑的入口位置受到人流來(lái)向、街區(qū)方位和地塊形狀的限制，通常無(wú)法完全避開(kāi)當(dāng)?shù)囟局鲗?dǎo)風(fēng)向。同時(shí)，出于人流疏散的要求，商業(yè)建筑在多個(gè)方向分散布置多個(gè)入口，實(shí)際項(xiàng)目中難以達(dá)到所有入口都避開(kāi)主導(dǎo)風(fēng)向的理想效果。為了使入口界面風(fēng)速更小，需要分析不同來(lái)流方向下入口外部形式的選擇和優(yōu)化方法。考慮不同來(lái)流方向下的入口外部形式對(duì)入口界面風(fēng)速的影響，即當(dāng)入口與冬季主導(dǎo)風(fēng)向呈某種角度時(shí)，提供該入口的空間形式優(yōu)選策略，避免可能出現(xiàn)的設(shè)計(jì)缺陷，在滿(mǎn)足設(shè)計(jì)靈活度的前提下，提升建筑抵抗入口冷風(fēng)滲透的空間屬性，充分發(fā)揮建筑空間性能的潛力。

1研究方法

1.1典型模型提取

為了提升研究結(jié)果的泛化性，筆者通過(guò)實(shí)地調(diào)研和圖紙梳理，對(duì)寒冷地區(qū)24棟商業(yè)建筑的75個(gè)入口外部形式進(jìn)行了特征提取，總結(jié)出商業(yè)建筑入口的4個(gè)典型模型，包括平入口、凹入口、半凸近入口和半凸遠(yuǎn)入口。由于凸入口形式會(huì)使整個(gè)建筑主體后移，壓縮了功能空間，實(shí)際工程中應(yīng)用較少[7]，文中不予討論。針對(duì)上述4種入口類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)統(tǒng)計(jì)，各入口形式納入統(tǒng)計(jì)范圍的空間參數(shù)如圖1 所示，對(duì)已提取的空間參數(shù)在各自維度的均值±標(biāo)準(zhǔn)差范圍內(nèi)取平均值[11]，以獲得典型空間參量，建立寒冷地區(qū)商業(yè)建筑四類(lèi)入口的典型模型，入口的開(kāi)啟扇和雨棚的尺寸為固定值?；谝延形墨I(xiàn)的寒冷地區(qū)商業(yè)建筑典型模型[12]，選取既有存量最多的，即1：2矩形平面的典型模型作為入口典型模型的主體建筑載體，建筑尺寸為150m×100m×23m。整合后的入口典型模型如圖1所示，其中標(biāo)注的尺寸數(shù)據(jù)如表1所示。

1.2風(fēng)環(huán)境性能模擬

文中采用計(jì)算流體力學(xué)方法（computational fluid dynamics， CFD）對(duì)提取的典型模型進(jìn)行室外風(fēng)環(huán)境仿真計(jì)算，依據(jù)Gambit 和Fluent 仿真平臺(tái)進(jìn)行網(wǎng)格模型建立和數(shù)值模擬，所有模擬均采用相同的模型網(wǎng)格精度、計(jì)算精度、仿真物理模型以及仿真數(shù)學(xué)模型。參照目前通用的室外流場(chǎng)模擬計(jì)算域設(shè)定方法建立計(jì)算域，如圖2 所示[13]，仿真模型網(wǎng)格精度為0.1m，所有模擬模型的網(wǎng)格質(zhì)量指標(biāo)EquiSize Skew 在0～0.4 范圍內(nèi)的比例均大于90%。仿真方法為有限體積法，模擬類(lèi)別為定常流動(dòng)的牛頓流體穩(wěn)態(tài)模擬，考慮流體黏性。模擬計(jì)算精度為二階迎風(fēng)，迭代次數(shù)1000 次且達(dá)到收斂閾值。仿真數(shù)學(xué)模型選用對(duì)墻體周邊加強(qiáng)處理的k-ε標(biāo)準(zhǔn)湍流模型以及discrete ordinates輻射模型[14?15]，考慮了太陽(yáng)輻射和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。此外，仿真物理模型采用boussinesq氣體假設(shè)（初場(chǎng)與來(lái)流的溫差和熱膨脹系數(shù)的乘積遠(yuǎn)小于1）[16]，通過(guò)湍流模型中k 和ε 的計(jì)算結(jié)果求解湍流黏度，獲得雷諾應(yīng)力計(jì)算結(jié)果[17]。文中對(duì)寒冷地區(qū)風(fēng)環(huán)境邊界條件的設(shè)置以寒冷地區(qū)典型城市——天津的氣象參數(shù)為例，依據(jù)《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50736-2012）中典型年的室外氣象參數(shù)，選取冬季最多頻次風(fēng)向（北向）距地面10m高度處的平均風(fēng)速4.8m/s，即距地面1.5m人行高度處平均風(fēng)速3.04 m/s 作為室外來(lái)流邊界條件，冬季平均風(fēng)溫為-3.65 ℃，計(jì)算域初場(chǎng)溫度為冬季空氣調(diào)節(jié)室外計(jì)算溫度-9.6 ℃。仿真模型北側(cè)邊界設(shè)置為velocity-inlet，其余方向設(shè)置為pressure-outlet，內(nèi)部建筑體塊設(shè)置為Wall。室外來(lái)流采用城市梯度風(fēng)模型，由于商業(yè)建筑多在市區(qū)內(nèi)且周邊通常存在既有建筑，所以地面粗糙系數(shù)n 取值0.24 [18]。來(lái)流風(fēng)向以30°為步長(zhǎng)，對(duì)360°風(fēng)向偏轉(zhuǎn)角度共12 個(gè)風(fēng)向進(jìn)行模擬計(jì)算，如圖3所示。

式中：V_h為高度為h米處的室外風(fēng)速，m/s；V₀為基準(zhǔn)高度h₀米處的風(fēng)速，m/s，通常取10m高度處風(fēng)速；n為地面粗糙系數(shù)。

為排除室內(nèi)環(huán)境因素對(duì)入口風(fēng)速的影響，將入口界面設(shè)置為實(shí)體以規(guī)避室內(nèi)外連通模擬導(dǎo)致的誤差，入口界面網(wǎng)格分布已通過(guò)網(wǎng)格質(zhì)量檢驗(yàn)（面和體網(wǎng)格的扭曲度＜0.97）[19]。入口界面風(fēng)速源于外部風(fēng)速條件和建筑室內(nèi)外壓差的共同作用，而入口載流截面因模擬設(shè)置的實(shí)體界面阻擋導(dǎo)致室外來(lái)流的部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為壓力勢(shì)能。遵循能量守恒及轉(zhuǎn)換定律，壓力勢(shì)能與動(dòng)能可相互轉(zhuǎn)化，同時(shí)考慮因溫度改變導(dǎo)致的空氣重度變化和全壓在數(shù)值上與動(dòng)壓相等的理想條件（靜壓為0Pa），可將靜壓能等效轉(zhuǎn)化的動(dòng)能附加于入口界面氣流速度進(jìn)行綜合計(jì)算 [20]，所得結(jié)果即為排除室內(nèi)影響的入口載流截面風(fēng)速。

文中基于氣體流量計(jì)算原理構(gòu)建入口風(fēng)環(huán)境性能評(píng)價(jià)指標(biāo)[21?23]，推導(dǎo)過(guò)程如下：

式中：Q 為氣體流量，m3/s；Q′為經(jīng)壓力和溫度工況修正后的氣體流量，m3/s；F為載流截面面積，m²；V 為入口綜合速度，m/s；P為氣體在載流截面處的壓力，MPa；T為絕對(duì)溫度，273.15 K；t 為氣體在載流截面處的實(shí)際溫度，K。

入口綜合速度Ve的相關(guān)計(jì)算參數(shù)取自CFD 模擬結(jié)果，計(jì)算得到Ve的數(shù)值可用于入口風(fēng)環(huán)境性能評(píng)判，指導(dǎo)入口外部形式選型。通過(guò)對(duì)比不同工況下Ve的數(shù)值浮動(dòng)，對(duì)4 種不同入口形式的“薄弱環(huán)節(jié)”進(jìn)行挖掘。針對(duì)Ve激增的工況，結(jié)合入口形式的空間特點(diǎn)進(jìn)行三維矢量分析，依據(jù)氣流運(yùn)動(dòng)路徑和特征運(yùn)動(dòng)模式探究極端工況產(chǎn)生的原因及規(guī)律，提出入口外部形式的空間優(yōu)化方法，并模擬驗(yàn)證。在入口形式優(yōu)選的基礎(chǔ)上規(guī)避不利的設(shè)計(jì)要素并提出具體的優(yōu)化策略，進(jìn)一步提升入口風(fēng)環(huán)境性能。

2風(fēng)環(huán)境性能分析

2.1入口形式對(duì)入口綜合速度的影響

為獲得不同入口形式對(duì)入口綜合速度V_e的影響關(guān)系，對(duì)不同入口形式的模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，如圖4和表2 所示。結(jié)果表明，在不同風(fēng)向條件下平入口的入口綜合速度Ve波動(dòng)最大，極差可達(dá)7.8 m/s。平入口的Ve 最大工況并非發(fā)生在風(fēng)向角180°的條件下，而是當(dāng)風(fēng)向角為120°和240°時(shí)，平入口具有最大入口綜合速度。對(duì)比半凸近入口和半凸遠(yuǎn)入口，二者的區(qū)別只在于入口與墻的距離。2種入口形式在來(lái)流風(fēng)向角180°～210°范圍內(nèi)的入口綜合速度數(shù)值接近，其原因?yàn)槿肟谔幱趬w遮蔽范圍內(nèi)，墻體可對(duì)這一范圍內(nèi)的來(lái)流進(jìn)行有效阻擋。但在其他風(fēng)向角條件下，半凸近入口和半凸遠(yuǎn)入口的入口綜合速度存在較大差異，說(shuō)明墻與入口的距離對(duì)入口抵抗冷風(fēng)滲透的性能有較大影響，其差異不僅表現(xiàn)在數(shù)值，還表現(xiàn)在隨風(fēng)向偏轉(zhuǎn)角度變化的趨勢(shì)上，入口背風(fēng)時(shí)，二者風(fēng)速的變化趨勢(shì)相反。半凸近入口的入口綜合速度Ve的標(biāo)準(zhǔn)差最小，表明其受風(fēng)向影響波動(dòng)最小，風(fēng)速相對(duì)穩(wěn)定。凹入口隨風(fēng)向角變化產(chǎn)生的風(fēng)速波動(dòng)同樣較小，風(fēng)速變化區(qū)間與半凸近入口相近，但凹入口的入口綜合速度平均值為4類(lèi)入口形式最低，說(shuō)明凹入口的風(fēng)環(huán)境性能略?xún)?yōu)于半凸近入口。綜合考慮4種入口形式，凹入口在各風(fēng)向條件下的入口綜合速度平均值最小，平入口的最大。

2.2來(lái)流方向?qū)θ肟诰C合速度的影響

室外來(lái)流方向?qū)θ肟诰C合速度的影響在部分風(fēng)向角下存在特定的作用規(guī)律。對(duì)模擬結(jié)果繪制雷達(dá)圖，如圖5所示，由圖可知，來(lái)流偏轉(zhuǎn)角度在0°～30°的范圍，以及180°的條件下，各入口形式的入口綜合速度V_e普遍較其他來(lái)流方向更小。除半凸遠(yuǎn)入口外，各入口形式均在180°風(fēng)向角的條件下獲得最低的入口綜合速度，而半凸遠(yuǎn)入口的V_e也降至了較低的水平。來(lái)流風(fēng)向角為120°、210°、240°和300°的條件下，入口綜合速度V_e呈現(xiàn)較大的數(shù)值。值得注意的是，處于背風(fēng)條件下的入口雖然位于風(fēng)影區(qū)，此時(shí)4 種入口形式的入口綜合速度均值為1.78 m/s。因此，入口即使處于背風(fēng)條件下仍需要考慮入口外部形式的防風(fēng)設(shè)計(jì)。整體分析CFD模擬結(jié)果可知，入口綜合速度V_e的最大值為8.87m/s，最小值為0.45m/s，極差可達(dá)8.42m/s。因此，在實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用過(guò)程中，結(jié)合入口外部形式和特定來(lái)流方向的作用規(guī)律進(jìn)行入口形式優(yōu)選，可挖掘入口抵抗冷風(fēng)滲透性能的潛力。

2.3入口外部形式選型策略

基于不同入口形式和來(lái)流方向的綜合對(duì)比，依據(jù)Lawson 行人風(fēng)舒適性評(píng)估指標(biāo)[24]，提出商業(yè)建筑入口外部形式選型策略，圖6所示為每30°步長(zhǎng)范圍內(nèi)，入口風(fēng)環(huán)境性能前2位的入口形式。除圖6所示的入口外部形式選型策略外，在主導(dǎo)風(fēng)向不典型（風(fēng)向多變）的氣象條件下，不同來(lái)流方向的風(fēng)對(duì)平入口的入口綜合速度V_e影響較大，平均值明顯高于其他入口形式，在特定角度下會(huì)產(chǎn)生極端工況，不宜選擇平入口。凹入口的入口綜合速度平均值和標(biāo)準(zhǔn)差明顯小于其余入口形式，所以風(fēng)向多變的條件下選用凹入口會(huì)獲得明顯的性能增益。當(dāng)入口處于背風(fēng)條件下，分析圖5 可知，半凸近入口是以風(fēng)環(huán)境性能為目標(biāo)的最優(yōu)選擇，凹入口次之，平入口再次，但半凸遠(yuǎn)入口在330°風(fēng)向角條件下具有明顯風(fēng)環(huán)境缺陷，應(yīng)進(jìn)行合理規(guī)避。當(dāng)入口處于迎風(fēng)條件下，凹入口是最優(yōu)選擇，半凸近入口次之，半凸遠(yuǎn)入口再次，但是半凸遠(yuǎn)入口在120°的偏轉(zhuǎn)角度下會(huì)出現(xiàn)風(fēng)環(huán)境缺陷，同樣應(yīng)當(dāng)規(guī)避。值得注意的是，凹入口的典型模型為非對(duì)稱(chēng)形式，在風(fēng)向角210°～240°范圍內(nèi)會(huì)出現(xiàn)較為不利的風(fēng)速。此外，4種入口形式在來(lái)流偏轉(zhuǎn)角度為90°、180°和270°的條件下無(wú)明顯風(fēng)環(huán)境性能差別，可任意選擇。

3入口風(fēng)環(huán)境缺陷影響機(jī)理與優(yōu)化方法

3.1平入口極端工況分析

平入口的極端工況發(fā)生在120°～150°和210°～240° 2個(gè)風(fēng)向角度范圍內(nèi)。由于平入口的中軸對(duì)稱(chēng)性，僅針對(duì)120°～150°的風(fēng)向角區(qū)間進(jìn)行分析，風(fēng)向偏轉(zhuǎn)角度為120°和150°的平入口風(fēng)速矢量結(jié)果，如圖7所示。風(fēng)向角為120°時(shí)的入口綜合速度Ve激增是由于來(lái)流被主體建筑的邊角劈開(kāi)，形成2 股邊角強(qiáng)風(fēng)，其中1股風(fēng)沿建筑形成貼附射流并逐漸加速，最終流入入口。偏轉(zhuǎn)角度為150°的來(lái)流因平行于入口界面的速度分量較小，其形成的貼附射流速度明顯小于風(fēng)向角120°工況，此時(shí)，垂直于入口界面的速度分量較大，受到建筑下沖風(fēng)的影響而偏轉(zhuǎn)加速，使得150°風(fēng)向角條件下的入口綜合速度V_e仍具有明顯的速度增量。通常來(lái)說(shuō)，當(dāng)建筑迎風(fēng)時(shí)，來(lái)流受到壁面阻礙后形成向下反射風(fēng)，即下沖風(fēng)。這一規(guī)律也可對(duì)風(fēng)向偏轉(zhuǎn)角度為180°時(shí)4種入口形式的入口綜合速度V_e均處于較低水平做出解釋?zhuān)河捎谠擄L(fēng)向條件下無(wú)平行于入口界面的速度分量，從而下沖風(fēng)的大部分動(dòng)能只能沖擊至雨棚，不會(huì)對(duì)入口界面的V_e產(chǎn)生影響，該條件下V_e數(shù)值普遍較小。

在外部條件允許的前提下，應(yīng)首先考慮在上述偏轉(zhuǎn)角度范圍內(nèi)盡量避免選擇平入口形式。若外部條件有所限制，平入口雖然無(wú)可優(yōu)化的特征空間參數(shù)，但可以通過(guò)鈍化建筑的轉(zhuǎn)角，提高建筑表面粗糙度等措施加以改善。

3.2凹入口極端工況分析

凹入口的極端工況發(fā)生在風(fēng)向角為60°、240°和300°的來(lái)流條件下。對(duì)于凹入口在240°風(fēng)向角條件下風(fēng)速激增的問(wèn)題，通過(guò)對(duì)比120°和240°風(fēng)向條件下的矢量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，凹入口的特征空間變量對(duì)其風(fēng)環(huán)境性能有顯著影響。提取凹入口的特征空間變量，如圖8中標(biāo)注位置所示，分別記作“a”“b”“c”。由于空間參量“b”在調(diào)研和圖紙統(tǒng)計(jì)中的數(shù)據(jù)集中性良好，考慮其與建筑的柱網(wǎng)排布和柱距緊密關(guān)聯(lián)，不易對(duì)參量“b”進(jìn)行變動(dòng)。為了驗(yàn)證“a”“c”的尺寸對(duì)風(fēng)環(huán)境性能的影響，通過(guò)調(diào)整空間參量“a”和“c”的比例關(guān)系進(jìn)行模擬對(duì)比分析。在凹入口典型模型a：c 比值2.7：1 的基礎(chǔ)上，增加1：2.7、1：1.8、1：1、1.8：14種a：c比例關(guān)系的工況，進(jìn)行模擬結(jié)果對(duì)比，入口綜合速度V_e的結(jié)果如圖9所示。

分析可知，臨近來(lái)流一側(cè)墻體較短時(shí)，來(lái)流受到對(duì)側(cè)較長(zhǎng)墻體的阻擋，大部分氣流離開(kāi)入口區(qū)域，少部分氣流進(jìn)入入口所在的內(nèi)凹空間，進(jìn)而受到加速渦流作用，使入口綜合速度增大；當(dāng)臨近來(lái)流一側(cè)墻體較長(zhǎng)時(shí)，來(lái)流因墻體阻擋產(chǎn)生局部氣壓變化而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，大部分氣流進(jìn)入內(nèi)凹空間受到局部渦流的加速作用，從而導(dǎo)致入口綜合速度Ve比臨近來(lái)流一側(cè)墻體較短時(shí)更大；兩側(cè)墻體等長(zhǎng)時(shí)，進(jìn)入內(nèi)凹空間的氣流由于空間圍蔽性的增強(qiáng)而無(wú)法離開(kāi)，導(dǎo)致氣流持續(xù)受到加速渦流的影響，產(chǎn)生較其他形式更大的入口綜合速度，此時(shí)入口風(fēng)環(huán)境性能最差。因此，臨近來(lái)流方向一側(cè)的墻體尺寸應(yīng)短于另一側(cè)，在合理的比例關(guān)系范圍內(nèi)兩側(cè)墻體尺寸差異越大，風(fēng)環(huán)境性能越好。

此外，凹入口處于60°和300°風(fēng)向角的條件時(shí)（見(jiàn)圖10），受建筑形體和背風(fēng)面負(fù)壓區(qū)的影響，氣流在邊角處發(fā)生彎折偏轉(zhuǎn)，進(jìn)入入口的內(nèi)凹空間形成渦旋，導(dǎo)致入口綜合速度Ve的增大。通過(guò)對(duì)比二者的矢量結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2種來(lái)流條件下氣流的運(yùn)動(dòng)路徑近似對(duì)稱(chēng)，入口綜合速度Ve的數(shù)值差異較小。不難看出，凹入口在背風(fēng)條件下，入口空間特征參量對(duì)其風(fēng)環(huán)境性能無(wú)明顯影響。

3.3半凸近入口和半凸遠(yuǎn)入口的極端工況分析

半凸遠(yuǎn)入口典型模型東側(cè)與平入口的空間形式相同，并且二者在120°來(lái)流條件下均受到建筑主體邊角的影響而產(chǎn)生V_e突增的不利工況，由于半凸遠(yuǎn)入口在風(fēng)的運(yùn)動(dòng)路徑上存在具有引導(dǎo)氣流作用的墻體，產(chǎn)生局部風(fēng)壓變化而導(dǎo)致貼附射流發(fā)生偏轉(zhuǎn)，使半凸遠(yuǎn)入口在120°來(lái)流條件下的V_e值明顯小于平入口（見(jiàn)圖7）。半凸近入口與半凸遠(yuǎn)入口的區(qū)別僅在入口和外凸墻體之間的距離差異，但二者在風(fēng)向角為120°和330°條件下的入口綜合速度V_e存在明顯差異。對(duì)比半凸近入口和半凸遠(yuǎn)入口在風(fēng)向角120°條件下的的矢量結(jié)果發(fā)現(xiàn)（見(jiàn)圖11），二者的氣流運(yùn)動(dòng)路徑相同，均受建筑形體的影響而發(fā)生偏轉(zhuǎn)，但半凸遠(yuǎn)入口的入口界面位于存在貼附射流的區(qū)域，而半凸近入口的入口位置則靠近凸出的墻體，處于氣流偏轉(zhuǎn)形成的死流區(qū)。根據(jù)矢量圖中氣流運(yùn)動(dòng)路徑推論，風(fēng)向角為120°的條件下，半凸入口與墻體之間的距離不大于墻體外凸的長(zhǎng)度時(shí)，入口綜合速度Ve較?。ㄒ?jiàn)圖12）。

對(duì)比半凸遠(yuǎn)入口和半凸近入口在風(fēng)向角為330°條件下的矢量結(jié)果可知，二者的氣流運(yùn)動(dòng)路徑與前述規(guī)律相同。此時(shí)，半凸近入口仍位于死流區(qū)內(nèi)，使其入口綜合速度V_e明顯小于半凸遠(yuǎn)入口（見(jiàn)圖13）。綜合考慮迎風(fēng)和背風(fēng)2種情況，若選用半凸入口形式，應(yīng)加強(qiáng)關(guān)注入口與墻體的位置關(guān)系，入口位置距離墻體越近，入口風(fēng)環(huán)境性能越好。

4結(jié)論

文中通過(guò)對(duì)4種典型商業(yè)建筑入口形式的風(fēng)環(huán)境模擬分析，提出不同風(fēng)環(huán)境條件下入口外部形式的選型和優(yōu)化策略。

入口外部形式選型策略如下：

1）入口處于迎風(fēng)條件時(shí)，風(fēng)環(huán)境性能由高到低依次為：凹入口＞半凸近入口＞半凸遠(yuǎn)入口，不宜采用平入口；

2）入口處于背風(fēng)條件時(shí)，風(fēng)環(huán)境性能由高到低依次為：半凸近入口＞凹入口＞平入口，不宜采用半凸遠(yuǎn)入口；

3）入口處于多變的風(fēng)向條件時(shí)，凹入口風(fēng)環(huán)境性能最佳，平入口最差；

4）來(lái)流風(fēng)向角為90°、180°和270°的條件下，入口形式可任意選擇。

入口風(fēng)環(huán)境性能優(yōu)化策略如下：

1）平入口主要受到平行于入口界面來(lái)流分量的影響，其風(fēng)環(huán)境性能可以通過(guò)鈍化建筑的轉(zhuǎn)角和提高建筑表面阻尼的方式加以改善；

2）凹入口主要受到內(nèi)凹空間渦流影響，建議臨近來(lái)流側(cè)墻體長(zhǎng)度應(yīng)小于遠(yuǎn)離來(lái)流側(cè)墻體，并且凹入口兩側(cè)墻體在合理的比例變化范圍內(nèi)，尺寸相差越大則風(fēng)速越小；

3）半凸型入口的風(fēng)速主要取決于入口與凸出墻體的位置關(guān)系，入口與墻體的距離建議小于墻體的凸出長(zhǎng)度，并且入口與墻體的距離越近，入口在所有風(fēng)向角條件下的風(fēng)環(huán)境性能會(huì)越好。