建筑布局對住宅小區風環境的影響探究

文/趙偉杰 萊蕪鋼鐵集團金鼎實業有限公司 山東萊蕪 271104

在《健康住宅評價標準》中規定，城市住宅小區設計新風量不得低于30m3/（h·人），由此可見，建筑布局是影響住宅小區風環境的重要因素。近年來，住宅小區的自然通風狀況已成為城市居民普遍關注的焦點問題，通過狀況良好，才能體現住宅的舒適度。雖然城市住宅小區在設計階段，將南北通透、板樓樣式作為良好通風效果的標配，但是實際使用效果卻差強人意。這主要對建筑布局的形式、建筑尺寸、地形地貌、自然風向等因素并未進行綜合考量，只有將這些影響住宅風環境的因素整合到一起，才能滿足人們對住宅自然通風的需求。

1、住宅小區風環境數值模型構建

城市建筑布局主要劃分為行列式、錯列式、斜列式以及混合式四種典型布局模式。下面以城市某小區的規劃設計布局為例，以該小區的防火間距、容積率以及日照間距等參數為依據，構建一個數值幾何模型。該小區每棟建筑的長高分為24m、8m、33m，每層高3m，一共有11層，幾何模型參數如表1所示。

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以表1中的行列式為例，流域采用了足夠大的尺寸，即30H×12H×5H，這樣能夠使每一個出流面的邊界條件不能影響建筑物周圍流場的分布。流域內的網格類型屬于四面體非結構網絡，最小網格尺寸是0.016 H，應用這種設計方法，能夠保證最終的計算精度，同時運算速度也相對較快[1]。

2、住宅小區風環境參數的分析研究

2.1 布局形式的影響

以下涉及到的風環境均屬于微風環境，當來流風速垂直于建筑進行住宅小區，此時的風速增變幅度處于最大值，而發生區域往往是在小區的過道入口處及周邊區域。分析研究表明：在過道入口處的中心位置，如果采用以上四種建筑布局，風速均大于1.65m/s，究其原因是由于過道入口處過于狹窄，狹道風效應與建筑物之間相互干擾，無形當中放大了來流風速，每秒風流量較大。經過測定可知，如果采用斜列式布局，過道入口的最小風速為2.05m/s，受來流風速的影響最小，因為斜列式布局所處的迎風面積較小，加之在迎風面內部，各個建筑物之間的距離拉大，這就是狹道風效應變小，二者間的干擾作用也相對降低。斜列式布局的過道中心位置與出口處之間的區域，風流速都很小。這就表明該小區的后半部分區域風速逐漸降下來，甚至局部區域出現零風速的情況。這也證實了，當風向角為南向時，采用這四種建筑布局，小區的風環境狀況欠佳。而在這四種建筑布局當中，斜列式布局既不會產生較大的對流風，也不會存在風速為零的死角區，因此，這種布局能夠為住宅小區提供一個良好的風環境。住宅小區過道風速對比數據如表2所示。

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2.2 風向角的影響

在微風環境下，四種建筑布局的住宅小區中，最大風速發生區域的變化幾乎相差無幾，因風向角的改變，最大風速區也開始發生移動，由小區的過道處逐步向小區的橫向通道移進，與來流風速相比，此時的最大風速值提高比率達到200%以上，這就表明，無論采用哪一種建筑布局，風向角都會對來流風速起到放大作用，而且放大比率較大。在行列式、錯列式、斜列式建筑布局中，當風向角處于南向時，住宅小區過道入口附近是最大風速的主發區，而且來流風速的增量也是三種風向角中增幅最大的，而小區過道入口，通常情況下，是居民出行最為密集的區域[2]。因此，對該區域的風環境要求也較高，而如果采取混合式的建筑布局，最大風速值與最小風速值之間僅僅相差不到4%。當小區的風向角處于東向時，自然風能夠穿過整個小區，風區面積擴大，就使高風速區面積縮小，此時，小區風環境狀況良好。當小區風向角處于東南向時，小區風速值介于東向與南向之間。

2.3 建筑尺寸的影響

同樣在微風環境下，若采用行列式、錯列式及混合式建筑布局，風速比呈現出線性遞增趨勢，尤其當小區建筑布局為錯列式布局時，風速比的最大值以及增速均為最大值。當小區為斜列式布局時，風速比曲線就等同于一條直線，而且風速比呈現出遞減趨勢，這就表明，斜列式布局對小區過道入口中心位置的風速不會造成較大影響，而來流風速的增加幅度也相對較小。當小區為斜列式布局時，風速比依然在一個較小的區域內徘徊，這就表明這種建筑布局改變了建筑物的長度，對小區過道入口處的中心位置風速產生一定影響，但是影響效果與其它三種建筑布局相比，相對弱化。

2.4 過道入口深度的影響

為了深入了解小區過道入口風環境狀況，下面引入過道入口深度參數，即x（0≤x≤B），根據這一參數的設定，能夠清晰直觀的掌握過道入口中心位置的風速變化趨勢。

首先以過道入口寬度作為研究參數，在微風環境下，除斜列式建筑布局外，其它三種布局的風速比順著過道入口深度的增加，呈現出先增后減的趨勢。在錯列式布局時，工況（30）在x/B=0.37時風速比最大值為2.03，工況（34）在x/B=1.0時風速比達到最小值為1.20，而行列式與混合式布局均在最大與最小值之間來回波動。而斜列式建筑布局所有工況的最大風速比僅為1.49，最小風速比為1.14，這就表明，在這種布局形式之下，來流風速的增幅相對較小。接下來以過道入口長度作為研究參數，同樣在微風環境下，四種建筑布局在過道入口隨著深度的延長，風速比呈現出線性遞增趨勢。除斜列式布局外，其它三種建筑布局的風速比都在1.15與2.05之間來回波動。其中斜列式布局的風速比最小值僅為1.67。

結語：

綜上，根據以上構建的住宅小區數值模型，當風速統一為微風狀態時，結合不同的建筑布局以及相關參數，對風速變化與風速比增幅進行了模擬分析和研究，最終研究結果表明，采取斜列式的建筑布局，在各個工況條件下，住宅小區的風環境狀況均較好，通風效果能夠滿足人們的居住與生活需要。因此，對于城市住宅小區來說，應多以斜列式布局為主，在為人們提供舒適宜居環境的同時，進一步提升住宅小區的檔次與品味。