大型商業綜合體室外風環境模擬分析

高金墻（廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司）

大型商業綜合體室外風環境模擬分析

高金墻
（廣東省建筑科學研究院集團股份有限公司）

通過利用CFD模擬技術對典型大型商業綜合體室外風環境的特點進行了模擬分析，包括室外流場的形態、速度分布特點以及建筑外立面的風壓分布。研究了此類建筑室外風環境優化設計的關鍵因素。

風環境；商業綜合體；風速；風壓

1　引言

從建筑物理學的角度來看，建筑環境主要關注建筑熱濕環境、聲環境、光環境和室內空氣質量。其中，建筑的室外風環境是影響生活其中人員舒適性的重要內容，也是影響室內熱環境的基礎條件。合理的建筑布局、體型設計和室外園林綠化布置往往產生舒適的室外風環境和理想的室內自然通風，也會減少室內空調負荷，體現了節能、生態、綠色的建筑理念。

近年來，隨著社會經濟的發展，大型商業綜合體建筑如雨后春筍般涌現。此類建筑的特點是，建筑占地面積大，往往和配套的高層住宅建筑同時設計開發，從而導致建筑密度大，周圍室外風環境被嚴重影響，熱舒適性下降。另一方面，此類綜合體建筑高度有限，其外立面的風壓大小及壓差是否能夠為室內通風創造足夠的驅動力，也需要進一步研究。

本文從計算流體力學的角度，以CFD模擬計算軟件為工具，對廣州某大型商業綜合體室外風環境進行模擬，分析其在冬、夏季主導風向下建筑周圍人行區1.5m高度處的風速和風速放大系數。以此作為評判該項目的室外風環境的重要依據。

2　項目概況

廣州某商業綜合體總用地面積109552.8m2，建設用地面積89533m2，總建筑面積約384748m2，是集辦公、酒店、商業、娛樂、餐飲為一體的多功能綜合體。項目南面由三棟26層的高層寫字樓、一棟20層的高層五星級酒店及2～3層城市商業裙樓組成，項目北面由兩棟2～3層商業步行街及一棟5層商業綜合體組成。項目綜合容積率為3.2，建筑密度60%。

3　計算模型及邊界條件

3.1 項目所在地氣象參數

該項目所在地風向季節變化明顯，5～7月多吹南風，其余各月以北風為主。項目所在地風玫瑰圖如圖1所示。

圖1　項目所在地風玫瑰圖

根據《廣東省建筑氣象參數標準》，選取全年各季節主導風向作為分析的工況見表1。

表1　計算選取的風速與風向

表1所列的風速，是氣象臺站記錄的風速，一般是指在地面上10m處測得的風速。隨著高度的增加，風速逐漸加大。在不同高度上的平均風速分布按下式計算：

式中：

v——高度為h處的風速，m/s；

v0——基準高度h0（取標準高度 10m）處的風速，m/s；

n——指數，主要與測定地點的地面粗糙度和溫度垂直梯度有關，見表2。

表2　粗糙度指數n

根據項目位置以及周邊建筑情況，模擬計算中，選擇粗糙度指數為0.28。

3.2 物理模型

計算區域：

考慮到計算機內存容量和計算速度，在不影響計算結果的前提下適當簡化模型。選取廣州某大型商業綜合體項目及周圍建筑建立模型，如圖2所示。

圖2　廣州某大型商業綜合體項目建筑建模區域

3.3 結果分析

根據《廣東省建筑氣象參數標準》中的氣象參數，項目所在地在五月～七月主要為南風，地面高10m處的風速為1.8m/s。項目南側有若干山頭，對來流有所遮擋，但是從模擬結果看，由于山頭之間距離較大，且高度不高，導致其對本項目的影響不大。項目南側的風速在0.9～1.7m/s之間；項目西側風速在1.0～2.0m/s之間。項目北側大部分范圍風速在0.5～1.5m/s之間，局部風影區風速在0.5m/s以下。

另外，由于項目內部東西兩側各有一條南北走向的步行街作為通風通道，并被東西走向的步行街相連接，這非常有利于項目內部的室外自然通風。根據模擬結果，氣流從東南角的開口進入步行街內部，導致行街風速在0.6～1.5m/s之間，風速適宜。其中，本項目內的高層酒店周圍大部分風速在0.6～1.5m/s之間。

總之，在夏季南風工況下，本項目室外風速滿足小于5m/s的規范要求，且室外氣流組織運均勻，風速大小適宜。另外，從前后立面的風壓圖可看到，在過渡季節，本項目前后立面有較大的風壓差，可以為本項目的室內自然通風提供有效的驅動力。

4　結論

通過對本項目全年各主導風向下的室外風環境進行分析，得到以下結論：

圖3　主導風為南風時，廣州某大型商業綜合體地面行人高度風速矢量圖

圖4　主導風為南風時，廣州某大型商業綜合體迎風面風壓云圖

當主導風向為北風時，項目北側的風速在1.5～2.5m/s之間，西側風速在2.8～3.3m/s之間，南側大部分范圍風速在0.5～1.5m/s之間，內部步行街風速在1.0～2.5m/s之間。其中，高層酒店西側風速也在2.8～3.3m/s之間，而南側及東側處于風影區，風速較小，大約在0.4～0.8m/s之間。

當主導風向為南風時，項目南側風速在0.9～1.7m/s之間，西側風速在1.0～2.0m/s之間，北側大部分范圍風速在0.5～1.5m/s之間，局部風影區風速在0.5m/s以下。其中高層酒店周圍大部分風速在0.6～1.5m/s之間。

以上兩種主導風向下，風速適宜，氣流組織均勻，滿足＜5m/s的規范要求。另外，建筑迎風面和背風面的風壓差可為室內自然通風創造有效的驅動力，有利于室內自然通風。

整體上，廣州某大型商業綜合體室外風環境良好。

［1］李岳，劉軒，劉倩，余凱倫.CFD技術在綠色建筑室內外通風設計中的應用［J］.建筑節能，2015，（5）：77-80.

［2］劉倩，趙波，余凱倫.大型住區的室外風環境和熱環境研究——以廣州萬科府前花園為例 ［J］.建筑節能，2015，（10）：58-62+105.