阜陽某住宅小區室外風環境模擬分析

張 舉 程海峰 趙曉康

(安徽建筑大學，安徽 合肥 230022)

0 引言

對于居住小區，合理的單體設計和群體布局可以形成良好的室外風環境。由于不同地區氣候條件不同，其風環境也不同；本文針對阜陽地區某住宅小區的室外風環境進行模擬研究，為住區風環境設計、規劃方案建筑布局、景觀綠化布置提供設計依據。

1 工程概況

本工程位于安徽省阜陽市阜南縣，西靠于集鄉，南隔往流鎮、王家壩鎮，東鄰曹集鎮，北接王化鎮，淮河北岸，處于南北分界線處。本工程總用地面積為26 806.06 m2，總建筑面積為39 690 m2，容積率為1.255，綠化率為35%，建筑密度24.5%。根據GB/T 50378—2014綠色建筑評價標準[1]中第4.2.6 條的評價方法對本小區室外風環境進行評價。

2 模擬分析

2.1 模型與網格劃分

根據建筑總平面圖以及其他相關資料建立小區的室外風環境模型，見圖1。

2.2 氣象參數

根據中國氣象環境數據集1981年—2010年的氣象數據[2]可得到阜陽地區各個季節室外氣象參數(主要包括風速、風向以及風頻等)如表1所示。

表1 阜陽地區室外氣象參數

2.3 數學模型

采用標準k-ε模型對該項目的風環境進行數值模擬。

空氣的湍流流動可用能量方程、動量方程、連續性方程、組分方程和k-ε方程共同來描述。這些方程都有共同的形式：

其中，四項分別為時間項、對流項、擴散項和源項；φ為通用變量；Γ為擴散系數。具體方程見表2。

表2 三維場模型控制方程組

表2中的常數如下：

ρ2=ρ1/[1+β(t1-t2)]。

其中，β為膨脹系數。

2.4 網格設置

網格參數對網格劃分的精度和效果起決定性作用。

網格太密會導致計算速度下降并浪費計算資源；網格太疏導致計算精度不足結果不夠準確，合理的網格方案需要考慮對計算域中不同的部分采用不同的網格方案。

Vent2014充分考慮以下影響網格劃分和網格質量的因素：

1)建筑附近或者遠離建筑的區域：前者要求網格較密，后者網格密度可以適當減??；

2)貼近地面的區域：網格需要加密以捕捉地面摩擦力對近地面層風場的影響；

3)貼近建筑的區域：網格需要加密以捕捉建筑表面摩擦力對靠近建筑表面風場的影響；

4)有明顯局部特征的建筑物輪廓：如較大尺寸的尖角、凹槽、凸起，網格需要加密捕捉局部特征對風場的影響。

2.5 邊界條件

本項目位于安徽省阜陽市，其室外氣象參數，在計算模擬中，對風向和基準高度風速的設置如圖2所示。

其中：Vh為高度為h時的風速，m/s；Vo為基準高度處的風速，m/s，一般以10 m為基準高度；n為指數，市區一般在0.2～0.5之間，空曠或臨海地區一般取值為0.16。

本項目在縣城區，因此在計算模擬中n值選取為0.16。

3 模擬結果分析

3.1 冬季模擬結果

由圖3,圖4模擬結果可知，冬季在1.5 m高度處人員活動區域風速在0.16 m/s～2.54 m/s之間，同時風場流暢；場地內最大風速為2.54 m/s，風速放大系數為1.29。

根據圖5，圖6可知，不考慮迎風第一排建筑外，項目中建筑迎背風面風壓差在0 Pa～5 Pa范圍內。

3.2 夏季模擬結果

由圖7模擬結果可知，夏季在1.5 m高度處，風速在0.16 m/s～2.50 m/s之間，最大風速為2.50 m/s，人員活動區域風場流暢，無渦流和死角出現。

根據圖8，圖9可以看出，夏季本項目建筑可開啟外窗絕大部分的風壓差約為0.51 Pa～8.93 Pa，滿足GB/T 50378—2014綠色建筑評價標準中的要求。

3.3 過渡季模擬結果

在過渡季主導風作用下，風速在0.17 m/s～2.66 m/s之間，最大風速為2.66 m/s，人員活動區域未出現渦流和死角，風場較為流暢(見圖10)。

4 結語

通過對阜陽某住宅小區項目室外風環境模擬分析可知：

1)在冬季主導風向和風速下，項目場地人員活動區域風速均小于5 m/s，風速放大系數不大于2；滿足除迎風第一排建筑外，建筑迎風面與背風面表面風壓差不大于5 Pa；

2)在過渡季、夏季主導風向和風速下，本項目場地風速均小于5 m/s，絕大部分可開啟外窗室內外表面的風壓差約為0.6 Pa以上；同時場地內人活動區未出現渦旋區。

因此，阜陽某住宅小區項目滿足GB/T 50378—2014綠色建筑評價標準中條目1.3.6的要求，滿足人們對室外主要活動區域的風環境要求。