基于CFD模擬下群體建筑的通風策略分析研究
——以圓山德國風情小鎮(zhèn)商業(yè)街為例

劉惠芳，胡毅 （合肥學院建筑工程系，安徽 合肥 230601）

建筑形態(tài)和布局設(shè)計對建筑節(jié)能有非常重要的影響。群體建筑布局是影響室內(nèi)外風環(huán)境的關(guān)鍵因素。充分利用風環(huán)境，能夠較好地解決自然通風問題。CFD模擬在小區(qū)域的風環(huán)境分析研究較好，CFD模擬技術(shù)有著非常廣闊的應用前景[1]。國外很多國家已經(jīng)較早開始將CFD技術(shù)應用到建筑設(shè)計中，如法國弗朗西斯·阿拉德采用CFD技術(shù)對建筑自然通風相關(guān)領(lǐng)域做出許多基礎(chǔ)研究[2]；英國雷丁大學哈茲米·奧比研究了建筑通風與人體舒適性、房間氣流組織設(shè)計等多個方面[3]。目前國內(nèi)也較多運用研究。本文通過對圓山德國風情小鎮(zhèn)商業(yè)街不同的建筑布局進行風環(huán)境模擬對比，探索從風環(huán)境角度指導群體建筑的優(yōu)化設(shè)計。

1 項目概況

圓山德國風情小鎮(zhèn)建設(shè)地點在安徽省巢湖地區(qū)袁家山周邊，環(huán)巢湖大道兩側(cè)，規(guī)劃總用地面積157945m2，總建筑面積 205092m2，占地面積 15.8hm2。建設(shè)內(nèi)容主要為商業(yè)街及配套公建等，游艇碼頭商業(yè)街項目周邊現(xiàn)狀如圖1所示。

2 幾何模型

圖1 游艇碼頭商業(yè)街項目周邊現(xiàn)狀

模型外場尺寸選擇主要以不影響建筑群邊界氣流流動為準，根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗并做模擬試算后得出模型的計算區(qū)域設(shè)置。目標建筑區(qū)域：441m×500m×12m（長×寬×高）；模型的計算區(qū)域：1600 m×1600m×100m（長×寬×高）。目標建筑覆蓋區(qū)域小于整個計算區(qū)域面積4%∶1%=（2646000/256000000）<4%；目標建筑為中心，半徑5H（建筑高度）范圍內(nèi)為水平計算區(qū)域：689m（10H+579m）<1600m；半徑 5H的范圍內(nèi)周邊建筑已建出，項目周邊狀況如圖2所示。在來流方向，建筑前方距離計算區(qū)域邊界大于2H，建筑后方到計算區(qū)域邊界大于6H。建筑Z軸計算區(qū)域高度為 100m（3H+64m）（H 建筑高度）：36m（3H）<100m，模型中沿Y軸正方向設(shè)置為北向。

3 模擬工況

根據(jù)《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》可知合肥地區(qū)的冬季、夏季以及過渡季節(jié)在最多風向條件下的風速情況設(shè)定3個模擬工況，具體風向及風速如表1所示。

合肥市室外風環(huán)境氣象參數(shù) 表1

《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378-2014）的4.2.6條要求：“場地內(nèi)風環(huán)境有利于室外行走、活動舒適和建筑的自然通風”。

工況1、2、3分別分析在夏季主導風向的平均風速條件下場地內(nèi)人活動區(qū)是否有渦旋或者無風區(qū)。基于上述工況，利用軟件建立模型，圖2、圖3分別給出了模型1、2、3對應的室外風環(huán)境分析模型和網(wǎng)格模型，圖4給出了模型1、2、3建筑布局變化圖。

圖2 游艇碼頭商業(yè)街項目室外風環(huán)境模擬分析模型

圖3 游艇碼頭商業(yè)街項目室外風環(huán)境模擬分析網(wǎng)格模型

圖4 游艇碼頭商業(yè)街三種布局變化圖

4 商業(yè)街室外風環(huán)境模擬分析

4.1 模型一分析（夏季）

模擬夏季平均風速情況下建筑周邊流場分布狀況時，設(shè)定主導風向為S，風速為2.9m/s。截取1.5 m高度處流場、風速進行分析，主要說明規(guī)劃區(qū)風速大小及相對變化情況。

圖5 距地1.5m高度風速云圖、風速放大系數(shù)云圖和風速矢量圖（夏季）

圖5可知在2.9m/s的S風場下，項目周邊人行區(qū)域流場分布均勻，基本無渦流形成，但在a、b兩處風速相對較低，從而導致部分區(qū)域空氣流通較差，易形成無風區(qū)或渦流區(qū)。建筑周邊人行區(qū)域的最大風速接近3.0m/s，風速放大系數(shù)最大值為1.03，基本滿足《綠色建筑評價標準》GB 50378-2014“場地內(nèi)人活動區(qū)不出現(xiàn)渦旋或無風區(qū)”的規(guī)定。

4.2 模擬二分析（夏季）

模型二商業(yè)街建筑布局進行局部調(diào)整，主要為圖4模型二1、2、3處進行體塊切割。模擬夏季平均風速情況下建筑周邊流場分布狀況時，設(shè)定主導風向為S，風速為2.9m/s。截取1.5 m高度處流場、風速進行分析，主要說明規(guī)劃區(qū)風速大小及相對變化情況。

圖6 距地1.5m高度風速云圖、風速放大系數(shù)云圖和風速矢量圖（夏季）

由圖6可知在2.9m/s的S風場下，項目周邊人行區(qū)域流場分布均勻，基本無渦流形成，整體通風狀況良好。但是在d處風速較低，易形成無風區(qū)或渦流區(qū)，不利于夏季的通風。建筑周邊人行區(qū)域的最大風速接近3.2m/s，風速放大系數(shù)最大值為1.10，基本滿足《綠色建筑評價標準》GB 50378-2014“場地內(nèi)人活動區(qū)不出現(xiàn)渦旋或無風區(qū)”的規(guī)定。

4.3 模擬三分析（夏季）

模型三主要針對模型二風環(huán)境問題，建筑布局進行調(diào)整，主要為在圖4模型三的4、5兩處進行體塊切割。模擬夏季平均風速情況下建筑周邊流場分布狀況時，設(shè)定主導風向為S，風速為2.9m/s。截取1.5 m高度處流場、風速進行分析，主要說明規(guī)劃區(qū)風速大小及相對變化情況。

圖7 距地1.5m高度風速云圖、風速放大系數(shù)云圖和風速矢量圖（夏季）

圖7可知在2.9m/s的S風場下，項目周邊人行區(qū)域流場分布均勻，無渦流形成，整體通風狀況好。建筑周邊人行區(qū)域的最大風速接近3.6m/s，風速放大系數(shù)最大值為1.24，滿足《綠色建筑評價標準》GB 50378-2014“場地內(nèi)人活動區(qū)不出現(xiàn)渦旋或無風區(qū)”的規(guī)定。因此，在2.9m/s的S風場下，建筑的室外風環(huán)境符合舒適度要求。

5 結(jié)論與建議

模型一、二、三均滿足《綠色建筑評價標準》GB/T 50378-2014第4.2.6條“場地內(nèi)風環(huán)境有利于室外行走、活動舒適和建筑的自然通風”的標準要求，但三種模型存在不同之處。

模型一在夏季工況下，a、b兩個區(qū)域風速較低，不利于夏季空氣流通，易形成渦流區(qū)。模型二在夏季工況下，d區(qū)域風速較低，不利于夏季空氣流通，易形成渦流區(qū)。模型三無明顯渦流區(qū)，通風狀況好。模型三相對模型一、二的群體建筑布局，主要通過局部體塊切割處理，形成舒適的風環(huán)境。模型三群體建筑形態(tài)布局合理，有利于群體建筑的風環(huán)境，增強人的舒適性。

為了更好地營造建筑、氣候與使用者三者之間的關(guān)系，從人體舒適性著手，探索群體建筑通風策略，建議建筑群體組合時可以通過體塊分散、切口，有利于群體建筑周邊和內(nèi)庭（院）的氣流組織，提高舒適度。