住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境模擬及評(píng)價(jià)

室外風(fēng)環(huán)境模擬是綠色建筑認(rèn)證模擬中的重要一項(xiàng)，國(guó)家的《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)住宅的室外風(fēng)環(huán)境有以下要求：其中 4.1.13規(guī)定“住區(qū)風(fēng)環(huán)境有利于冬季室外行走舒適及過(guò)渡季、夏季的自然通風(fēng)”和4.1.4規(guī)定“住區(qū)建筑布局保證室內(nèi)外的日照環(huán)境、采光和通風(fēng)的要求，滿(mǎn)足現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50180中有關(guān)住宅建筑日照標(biāo)準(zhǔn)的要求“。本文對(duì)某住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬和評(píng)價(jià)。

1.項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目位于杭州市區(qū)，由四棟高層住宅組成。建筑高度都是30m。

建筑模型根據(jù)住宅的實(shí)際尺寸建立。并簡(jiǎn)化到對(duì)風(fēng)環(huán)境影響很小的拐角、凸起等。具體的幾何模型如下：

圖1：住宅小區(qū)建筑的幾何模型

本次分析模型以住宅小區(qū)的所有建筑為依據(jù)，根據(jù)建筑圖紙建立幾何模型。模擬計(jì)算區(qū)域的大小以不影響氣流流動(dòng)為準(zhǔn)。根據(jù)相關(guān)的規(guī)范和文獻(xiàn)等資料，確定室外計(jì)算區(qū)域?yàn)?50X250mX90m，模型中以Y軸正方向?yàn)檎狈较颉＞W(wǎng)格如下圖4和圖5：

圖2 住宅小區(qū)的建筑模型網(wǎng)格

2. 模擬設(shè)置

2.1 計(jì)算=數(shù)設(shè)置

⑴梯度風(fēng)邊界設(shè)置

建筑物附近的風(fēng)速可以按照大氣邊界層理論和地形條s來(lái)確定。不同地形下的風(fēng)速梯度也不一樣，可以用以下的公式表示：

式s：

Vh—高度為h處的風(fēng)速，m/s；

V0—基準(zhǔn)高度h0處的風(fēng)速，m/s，一般取10 m處的風(fēng)速；

n—指數(shù)。根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB 50009—2001，地面粗糙度可分為A、B、C、D 四類(lèi)：

——A 類(lèi)指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)，指數(shù)為0.12；

——B 類(lèi)指田野、鄉(xiāng)村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉(xiāng)鎮(zhèn)和城市郊區(qū)，指數(shù)為0.16；

——C 類(lèi)指有密集建筑群的城市市區(qū)，指數(shù)為0.22；

——D 類(lèi)指有密集建筑群且房屋較高的城市市區(qū)，指數(shù)為0.30；

新加坡地毯科技園周邊風(fēng)環(huán)境模擬時(shí)設(shè)置n值為0.22

⑵出口邊界條件

計(jì)算區(qū)域的出口為自由出口，壓力設(shè)置為環(huán)境壓力值

⑶計(jì)算收斂判據(jù)

CFD數(shù)值模擬代數(shù)方程的終止標(biāo)準(zhǔn)按連續(xù)性方程與動(dòng)量方程殘差為1.0 E-3以下，能量方程殘差為1.0 E-6以下，收斂曲線(xiàn)如圖6所示：

圖3:收斂曲線(xiàn)

2.2 Case計(jì)算說(shuō)明

根據(jù)《中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專(zhuān)用氣象數(shù)據(jù)集》統(tǒng)計(jì)的杭州地區(qū)氣象數(shù)據(jù)設(shè)置3個(gè)CASE進(jìn)行分析

本次模擬主要為Case1，夏季工況，風(fēng)向是SSW（南偏西22.5度），風(fēng)速為2.6m/s。

3.計(jì)算結(jié)果

3.1評(píng)價(jià)方法

1.人行區(qū)域風(fēng)環(huán)境

一般情況下要求規(guī)劃區(qū)建諼鎦芪人行區(qū)域距地1.5 m高度處的風(fēng)速ν小于5 m/s，以達(dá)到滿(mǎn)足不影響人們正常室外活動(dòng)的基本要求。

評(píng)價(jià)指標(biāo)以風(fēng)速狀況為主。

2.無(wú)風(fēng)區(qū)或渦旋區(qū)

在某些區(qū)域是否會(huì)形成無(wú)風(fēng)區(qū)或渦旋區(qū)，導(dǎo)致通風(fēng)不暢，嚴(yán)重的阻礙空氣流動(dòng)，影響室外散熱和污染物消散。

評(píng)價(jià)指標(biāo)以流場(chǎng)、空氣齡分布狀況為主

3.建筑物前后風(fēng)壓分布狀況

分析新加坡低碳科技園的立面上的風(fēng)壓分布狀況，查看壓差是否達(dá)到夏季、過(guò)渡季節(jié)的自然通風(fēng)以及冬季防風(fēng)的要求。

評(píng)價(jià)指標(biāo)以風(fēng)壓狀況為主。

3.2風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果評(píng)價(jià)

Case1主要分析在夏季和冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾SW，2.6m/s時(shí)，本項(xiàng)目周邊人行區(qū)域的舒適度、空氣質(zhì)量及室內(nèi)自然通風(fēng)的可行性。舒適性

圖4夏季住宅小區(qū)1.5m高度的速度矢量圖

圖4為夏季、冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾SW，2.6m/s時(shí)，距地面1.5m高度處的流場(chǎng)分布情況。從圖中可以看到，整個(gè)項(xiàng)目的流場(chǎng)分布均勻，無(wú)滯風(fēng)區(qū)域。風(fēng)從建筑群的西南側(cè)進(jìn)入，經(jīng)過(guò)建筑群，最后由東北側(cè)離開(kāi)建筑群。在項(xiàng)目西南側(cè)風(fēng)速在1.5~2.0m/s，在項(xiàng)目東北側(cè)風(fēng)速較少，在0.25-0.5m/s，項(xiàng)目其他區(qū)域的風(fēng)速基本在0.5-1.0m/s之間。具體的風(fēng)速分布如圖12所示，等值線(xiàn)的間距為0.25m/s。

圖5夏季住宅小區(qū)1.5m高度的速度等值線(xiàn)圖

圖5為夏季、冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾SW，2.6m/s時(shí)，距地面1.5m高度處的等值線(xiàn)圖。通過(guò)整理模擬所得的數(shù)據(jù)，在夏季、冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾SW，2.6m/s，新加坡低碳科技園項(xiàng)目周邊人行區(qū)域距地1.5m高度的初始風(fēng)速為1.33m/s，最大風(fēng)速1.87m/s分別是，可得風(fēng)速放大系數(shù)為1.41。

空氣質(zhì)量

圖6夏季住宅小區(qū)1.5m高度的空氣齡圖

圖6為在夏季、冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾SW，2.6m/s時(shí)6距地1.5m高度處空氣齡分布情況。從圖中分析可得，項(xiàng)目在西南側(cè)空氣齡較少，在40-80s之間：東北側(cè)的空氣齡較大，在80-150s左右。整個(gè)項(xiàng)目所在區(qū)域的空氣齡在200s以?xún)?nèi)，總體上說(shuō)，項(xiàng)目本身及其周邊區(qū)域空氣更新速度較快，新鮮程度較高。
通風(fēng)可行性

圖7夏季住宅小區(qū)1.5m高度的壓力等值線(xiàn)圖

圖7為夏季、冬季主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)镾SW，2.6m/s時(shí)距地1.5m高度處的壓力分布情況。項(xiàng)目西南側(cè)的壓力基本在2.0Pa以上，東北側(cè)的壓力基本在-2.0Pa左右。這個(gè)項(xiàng)0的壓力差在4.0Pa以上。

4.結(jié)論

通過(guò)對(duì)住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境模擬結(jié)果分析，可以知道該住宅小區(qū)的人行高度1.5m處風(fēng)速小于5m/s，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。整個(gè)小區(qū)的空氣齡在200s以?xún)?nèi)，空氣新鮮程度較高，小區(qū)建筑的前后壓力在4.0Pa左右，有利于進(jìn)行自然通風(fēng)。