圍合式庭院建筑布局形式風環境分析

高玉欣

(沈陽建筑大學，遼寧 沈陽 110000)

圍合式建筑形式的主要特征是具有庭院。庭院建筑在中國有著悠久的歷史，從古代的宮殿到四合院，再到城市的現代建筑，已經被廣泛應用。因為庭院建筑的圍合空間部分具有較強的自然通風利用潛力和利于營造相對獨立的戶外微氣候的優點，可以產生敞開的景觀環境與舒適的空間，日照，通風和視覺風景環境較好，相對于傳統的行列式布局，具有更為優秀的節能效果。

1 實驗簡介

圍合式的建筑中部的庭院是一個相對封閉的空間,可以使建筑內人有更多的交流,因而這種形式越來越受建筑師的青睞。這種建筑組團形式對中部空間的遮陽較為有利,但有可能影響其通風效果。因而這種結構對建筑風環境及其改進措施值得研究。

實驗的測量地點選擇在沈陽某高校。沈陽位于中國東北地區南部，遼寧省中部，屬于溫帶季風氣候，溫差較大，四季分明。夏天東南風，冬天東北風，春秋兩季氣溫變化迅速，持續時間短，春季多風，秋季晴朗。春季正處于大氣環流調整期，冷暖空氣活動頻繁。春季是冬季與夏季的過渡季節，冷暖空氣勢力相當，而且都很活躍，所以經常出現大風天氣，具有研究的意義。

本次測試所選的庭院是沈陽某高校特色建筑群，選取其中具有代表性的某一庭院進行實驗測量。實測區域選擇在庭院建筑群中部的一個圍合式的獨立庭院結構,為一個方形圍合庭院,院內種植少量數目,并有磚鋪路面,長為67.123米，寬為63.274米，四面都有教學樓建筑，總高度為21米，建筑伴有架空結構，長為14米，高為5米。這種架空結構正是改善中部空間風環境的一種措施。

2 實驗測量

測點選擇考慮了位置和地面特性等因素，將庭院，從南到北、從西到東，各分布7個測點，共計14個測點，將測點均勻分布。測頭位于距離地面1.5m高處。測試時間為5月17日，西南風5級，13～28度，多云。測試結果，見表一，表二。

3 CFD數值模擬

便于直觀的分析氣流分布情況，本次研究所采用的研究手段是數值與模擬相結合的方式，其中，運用了ANSYS中的FLUENT功能模塊。FLUENT是目前使用最廣泛的計算流體力學軟件。包含的湍流模型有Spalart-Allmaras模型、k-ω模型組、k-ε模型組、雷諾應力模型(RSM)組、大渦模擬模型(LES)組以及最新的分離渦模擬(DES)和V2F模型等。本次研究采取了標準k-ε模型，因為具有的穩定性，經濟型，計算精度高等特點，而且在地面附近處，標準k-ε模型與實際情況最吻合，考慮到人的主要活動范圍，因此做出了選擇。得到1.5M處的速度矢量圖。將結果與實測結果對比，驗證了數值模擬的準確性。

4 分析

根據模擬結果和實驗結果，均可以看出，對于全包圍式庭院建筑，庭院中風環境整體變化不大。東南風進入庭院，東南兩側的架空結構下的風速較大，在趨近于庭院中央形成旋渦后，風速趨近于平穩。國內外研究員在大量現場測量、調查統計與風洞實驗的基礎上，考慮平均風速與脈動風速之間的關系，一般認為。風速大于1m/s時，在室外人們的感覺是舒適的，風速大于5m/s時，就會不利于人們的活動，所以1～51m/s之內的風速是比較理想的。可作為小區風環境的評價標準[1]。近地2m高度內的空間是人們經常活動的空間。因此，本文對近地1.5米高度處的風速進行分析。測試當天，氣象參數西南風5級，實際測量庭院外風速0.5～3.45m/s之間，顯然庭院內的風速比庭院外的風速要小，也更符合人行高度處風環境的標準；測試當天，氣象參數溫度為13～28度，實際測量時為當天下午14時，庭院外的溫度為26.5度，庭院內1.5m處溫度24.6度，顯然庭院內的溫度比庭院外的溫度要小，溫度氣候也使人更加舒適。

5 結論

對于圍合式建筑，雖有時會被認為不利于自然然通風，但采用合理的建筑構造可以有效改善這一問題。例如合理利用架空結構，有效的增加庭院內的氣流流動，并且使流場平穩，沒有出現復雜的旋渦形式。庭院內空氣溫度分布均勻,空氣流動和對流過程較為簡單;另外通過實測和模擬的結果表明，圍合式建筑庭院內部空氣受外界環境影響較小，風速和溫度較庭院外都降低了，也更符合人行高度處風環境的標準，也增添了舒適性。