蘭州住宅小區風環境設計分析

韓朝霞

（甘肅建筑職業技術學院，甘肅蘭州 730000）

0 引言

近年來，國內外許多學者通過風洞試驗、現場實測、數值模擬等方法對居住區風環境進行深入研究。馬劍等[1-2]分析由6幢方形建筑構成的8種布局模式下的建筑群體風環境，利用Fluent軟件模擬分析并將結果對比，得出圍合式或并列式布局方式的風環境最佳，而當為Y型或U型時其風環境相對較差；李曉峰等[3]綜合測量南方圍和式住宅小區的微氣候以便研究多層居住建筑在高容積率下的微氣候特征，最終概括出這類小區風熱環境的主要特征；林波榮等[4]人使用Phonics軟件模擬計算傳統四合院布局形式的室外建筑風環境，通過模擬分析很多影響四合院住宅周圍及院內風環境的因素，如院落面寬、進深、樓層高度等；Sathopoulos等[5]對位于北美洲加拿大首都渥太華的典型群體建筑7幢平行排列（截面為矩形）建筑形式進行研究，模擬周邊風環境數據，利用風洞實驗進行了驗證，驗證結果與數值模擬分析結果相吻合；P J Littlefair等[6]認為居住區的微氣候不僅與當地自然氣候條件有關，還與建筑布局有著密切關系。本研究基于甘肅省蘭州市的氣候條件，分析各個季節的氣候特點，總結影響住宅小區風環境的諸多因素，提出風環境設計要求。分別從住宅規劃方面研究總結蘭州地區現行的風環境設計方法，為深入研究住宅小區風環境提供參考。

1 蘭州地區風環境設計要求

蘭州地理位置為北緯36°,東經103°47′，平均平均海拔為1520m，南部最高為2150m，北面最高為1800m，屬溫帶大陸性氣候，全年四季分明。蘭州春季多風和沙塵，冬季寒冷且大風猛烈，（氣候較溫和，年度平均氣溫約為10.3℃，冬季極端最低氣溫為-22℃，夏季極端最高氣溫40℃；年度降水量較少，年平均降水量327mm；全年日照時間長，無霜期為180d，年平均日照時數為2446h。

依據《中國建筑熱環境分析專用數據采集》提供的資料進行參考，蘭州地區全年典型氣象及月平均干球溫度，如圖1所示。

圖1 蘭州市各月平均干球溫度

根據我國《民用建筑熱工設計規范》蘭州地區屬于寒冷地區（Ⅱ）級，建筑熱工設計一級分區區劃指標要求在對蘭州地區進行設計時，應考慮建筑熱工計算既滿足冬天保溫、防寒條件，又兼顧夏季防熱、防暑需求。

2 住宅小區自然通風設計

2.1 住宅小區自然通風的影響因素

分析影響住宅小區自然通風設計的因素，結合本地區的具體情況采取合理的通風設計方式。自然通風對外界風環境的要求很高，因此室外氣候環境是自然通風的一大影響因素。當利用建筑物前后風壓進行通風時，建筑物的迎風面和背風面之間產生足夠大風壓差和足夠大的風速；熱壓通風的前提是要有足夠的室外溫差或者氣流通道足夠高，由于設計的限制，往往對室外溫差的依賴性更大。室外氣候的變化會引起自然通風也發生變化，例如在室外有風的情況下，風壓通風更容易實現，但對風向也有一定的要求；室外溫差大的時候又有利于實現熱壓通風，春秋季節，對在室內的自然通風一般要求較多，這需要采取合理的措施，提高自然通風效率；冬夏季節，室外溫差過大，除了進行自然通風的需要，還需采取措施來提高保溫。尤其是嚴冬時候，面對室外惡劣的氣候環境，為了改善室內環境舒適性，還需采取一些保溫、防風措施來達到防風目的。

建筑群體的布局也會對自然通風效果起到影響作用。在建筑的布局中，建筑物若朝向主導風向，則面向主導風向的一側自然通風效果明顯，同時背向自然通風的一側會形成風影。在住宅設計中，經常利用合理的建筑布局，通過建筑物本身對氣流的疏導減少建筑風影區的影響，盡可能獲得建筑穿堂風。

2.2 住宅小區自然通風設計要求

《中國生態住宅技術評估手冊》對住宅小區室外風環境提出具體要求，明確規定冬季時建筑物前后兩側壓力差應小于5Pa；夏季和過渡季節必須有利于自然通風，避免區域內出現較多無風區或氣流旋渦區；建筑物四周人行區域距地面高度1.5m處風速放大系數不得大于2，風速不得大于5m/s；在《民用建筑熱工設計規范》《居住建筑節能設計標準》等相關規范中，從建設選址、布局規劃等方面綜合考慮，對住宅建筑自然通風設計提出明確要求：①住宅建筑建設選址、布局規劃應考慮夏季自然通風、防暑，冬季日照充足、避風等要求；②住宅建筑的坐落朝向宜設計為南北方向或接近南北方向；③住宅小區內外建筑空間開口方向宜朝向夏季時最高頻率風向，盡量避開冬季最高頻率風向。

2.3 住宅小區自然通風設計方法

對住宅小區的布局方式應該從平面和空間兩個方面進行考慮。平面主要是考慮住宅組群的幾種排列方式，空間方面的考慮主要是從住宅高度上對住宅樓體進行合理的搭配。一般住宅建筑平面布局形式可以分自由式、周邊式、行列式等，其中行列式布局是中國最傳統、最常見、使用率最高的布局形式。這與中國傳統的風水理論有關，尤其是我國北方地區，住宅講究坐北朝南。蘭州地區最常見的布局是行列式，該布局方式使住宅小區中建筑體主要形成行列式排列。蘭州地區行列式布局方式按照建筑物之間相互位置又可分為斜列式、并列式、錯列式等形式。在進行住宅建筑布局方式設計時，應以蘭州地區的主導風向作為依據，選擇合理、舒適的建筑朝向。住宅群體的朝向選擇合理，對進入住宅群體的風速越大對住宅的自然通風越有利，對于降低室內、圍護結構的溫度都有重要作用，同時能夠改善室內的空氣質量品質。因此住宅群體的朝向選擇對引入住宅組群的風速和風量都有重要的影響。

作為住宅建筑的傳統布局方式——行列式（包括并列式、錯列式和斜列式），建筑物背風面因氣流壓力不均勻，導致局部區域產生渦流，而渦流區內風力很弱，風向不穩定，易產生亂流，對自然通風產生不利影響，設計時應盡量避免產生渦流。所以住宅群體的布局應該盡量避免后面住宅在前面住宅的渦流區內部。錯列式布置，建筑后的渦流區要明顯的小于并列式，因此更有利于住宅的自然通風。錯列式這種布置方式能夠讓氣流斜向進入建筑群體內部，減少氣流阻力。便于氣流插入間距內，這種相互穿插，能夠讓氣流流線間距更長，對建筑群的自然通風很有利。

2.4 蘭州地區的風環境設計要求

處于風速較大寒冷地區的蘭州，冬季會使圍護結構的散熱量增加，從而增加建筑能耗。因此在蘭州地區住宅的布局方式除了應該合理的引導夏季風進入住區內部之外，還應減少冬季寒風進入小區內部。因此在蘭州住區在選擇建筑布局與朝向時應將大立面朝向夏季主導風向，而應將小立面朝向冬季主導風向，做好冬季的防風設計。

3 結論

蘭州地區屬于冬季采暖的寒冷地區，同時獨特的地理氣候使蘭州的風環境比較豐富，因此如何對室外風進行引風、導風，是住宅設計中應該重點考慮的問題。通過合理引風、導風，提高住宅自然通風的能力，同時增強小區防風能力。這在創造舒適的室外風環境，提高住宅室內空氣品質方面具有重要意義，同時合理利用風，也是最有效、最直接的節能手段。