天津高層住宅小區(qū)平面布局風(fēng)效應(yīng)研究

1、摘要我國的城市根據(jù)地理氣候環(huán)境的不同了各個城市自己獨(dú)有的特色，城市在發(fā)展過程中所采用的規(guī)劃設(shè)計方法和建設(shè)的布局方式存在很大的不同。進(jìn)而城市所來的氣質(zhì)活環(huán)境狀態(tài)也存在很大的差異市的規(guī)劃設(shè)計和建設(shè)就應(yīng)當(dāng)考慮到城市的主體是人，不是建筑群，在城市中規(guī)劃設(shè)計的小區(qū)是能夠提供給城市居民生活和學(xué)習(xí)的場所小區(qū)室外風(fēng)環(huán)境是影響人們室外活動的主要，良好的室外風(fēng)環(huán)境能帶給人們輕松、愉悅的心情，同時研究小區(qū)室外風(fēng)環(huán)境更能帶來整個城市的健康性和節(jié)能性的特點。而小區(qū)的室外風(fēng)環(huán)境與眾多相關(guān)，包括了建筑群布局方式、地形地貌、建筑物之間的間距、建筑體型、風(fēng)向角等。本文主要從建筑布局的角度研究出布局方式的改變對住宅小區(qū)室外風(fēng)環(huán)境

2、的影響，探討出由于布局方式的改變而產(chǎn)生的布局風(fēng)效應(yīng)。利用 Gambit建立市住宅小區(qū)的數(shù)值模型，以市多年平均氣象要素作為初始條件，計算過程選用標(biāo)準(zhǔn)的 k- 模型，結(jié)合 Fluent進(jìn)行流場模擬分析。通過模型數(shù)據(jù)的處理分析以及結(jié)果處理，利用舒適度評估標(biāo)準(zhǔn)，對住宅的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了評價。如果在規(guī)劃區(qū)域中心或者附近會出現(xiàn)局地強(qiáng)風(fēng)區(qū)，對人活動，則應(yīng)需要采取相應(yīng)的措施。研究結(jié)果表明，應(yīng)用 Fluent進(jìn)行城市小區(qū)規(guī)劃設(shè)計的大氣流場模擬分析，具有實際應(yīng)用價值，并對小區(qū)的環(huán)境規(guī)劃具有指導(dǎo)意義。首先分析五種簡單布局方式的住宅小區(qū)最后一章將進(jìn)一步對簡單布局方式的組合布局方式住宅小區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)的統(tǒng)計分析，分析出簡單布局

3、與組合布局的規(guī)律，這樣，就能通過布局方式的改變與整個區(qū)域的風(fēng)環(huán)境分布特征進(jìn)行對比分析，得出定性和定量的變化關(guān)系，這些規(guī)律將會對城市建設(shè)、小區(qū)布局規(guī)劃提供一定的理論和實際的參考價值。：風(fēng)環(huán)境 組合布局 規(guī)劃設(shè)計 數(shù)值模擬 組合效應(yīng)ABSTRACTThe city of our country shows their owner distinctive characteristic according tothe different geographical and climate areas of China.he development pros ofthe different city, t

4、he planning design and construction layout are very different. Thenthe temperament and life style of the environment also has the same difference. Cityplanning and designing should be taken the main body of peopleo consideration,not just buildings.city residents; it ishe city, high-rise residential

5、area is provided a needed place toa good place for learning and studying. High rise residentialchoigood wind environment for outdoor activities. Good outdoor windenvironment can make people more cheerful anderful. At the same time,researching community outdoor of the wind environment can make the wh

6、ole cityhealthily and saving energy. Wind environment is related to many elements, Includebuildings layout, and topography, the spacing betn the buildings, buildings, andwind direction angle. It is so complex. This pr wills main study the influence ofthe wind environment from thethe wind effect due

7、to building layoof architectural layohanges.hanging. DiscussNumerical simulation was made in a community of Tianjin City by use ofsoftware of Gambit. The flow- fieldysis based on the average climate element ofmany years as initial condition, the standard K- mwas chose to calculation andthe flow fiel

8、d was simulationysis by software of Fluent. An evaluation on thewind environment around tall building was made according to some numericalsimulation wereyzed. Some local high-velocity areas will appearhe planningarea. In order to guarantee the pedestrian safety in strong wind conditions, some counte

9、rmeasures need to be taken. The planners could evaluate the negative environmental impact of the relevant panning scenario to avoid the air pollution most sibly results from any inappropriate community planning. At the same time， researching community outdoor of the wind environment can make the who

10、le cityhealthily and saving energy. Wind environment is related to many elements, Includebuildings layout, topography, the spacing betn the buildings, buildings, winddirection angle, it is so complex. This pr wills main study the influence of the windenvironment from theof architectural layohanging.

11、At, the five simple architecture layouts will be studied.he last chapter ofthe thesis, we will discuss the combined layout mode and sisticalysis the windeffect, and then we will get rules of the simple layout and combination of layout.Some qualiive relationship which show the affect to outdoor wind

12、environment ofresidential districts at the pedestrian level by the layout mode are found out, iacademic and activity value for city construction and residential district planning.s theKEY WORDS ： wind environment, combination structure layouts, planarrangement, numerical simulation, and layout effec

13、t目錄第一章緒論11.1課題背景11.1.11.1.21.1.31.1.4現(xiàn)代城市小區(qū)的發(fā)展1住宅小區(qū)對人的生活的重要作用1小區(qū)室外風(fēng)環(huán)境對人的生活的影響2已經(jīng)存在的風(fēng)環(huán)境的案例事實31.21.3國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀3住宅小區(qū)風(fēng)環(huán)境的研究方法61.3.11.3.21.3.31.3.4現(xiàn)場觀測法6風(fēng)洞模擬法6水流模擬法7計算數(shù)值模擬法71.41.5課題研究的意義8課題研究的目的9本課題的主要方法與主要內(nèi)容10本課題的主要方法10本課題的主要內(nèi)容11氣候特征以及風(fēng)環(huán)境評估標(biāo)準(zhǔn)12氣候特點與氣候參數(shù)選擇12第二章2.12.1.1的氣候特點122.1.2 參數(shù)的選擇12風(fēng)的特性132.22.2.12.2.

14、22.2.3風(fēng)本身的特性13風(fēng)與大氣邊界的特性14風(fēng)與地面粗糙度的特性142.3特性15風(fēng)繞建筑物2.3.12.3.2風(fēng)與特性15特性16風(fēng)繞單體建筑物風(fēng)繞群體建筑物2.42.5相關(guān)的風(fēng)環(huán)境評估標(biāo)準(zhǔn)18本章小結(jié)20- i -第三章典型布局對住宅小區(qū)風(fēng)分析213.13.2概述21住宅小區(qū)風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬物理參數(shù)213.2.13.2.23.2.3計算模型的選取21計算區(qū)域的確定24風(fēng)向角的選取253.33.43.5模型的網(wǎng)格劃分方式成25數(shù)值模擬方法以及邊界條件設(shè)置25模擬結(jié)果分析以及各自的特點263.5.13.5.23.5.33.5.43.5.5行列式26錯列式27圍列式28斜列式29點列式303

15、.6本章小結(jié)31組合布局對住宅小區(qū)風(fēng)環(huán)境的相互影響33第四章4.14.24.34.4概述33住宅小區(qū)風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬的物理參數(shù)33網(wǎng)格的劃分以及其他邊界條件的設(shè)置34模擬結(jié)果分析344.4.14.4.24.4.34.4.44.4.5行列式與其他列式的組合布局34錯列式與其他列式的組合布局39斜列式與其他列式的組合布局43圍列式與其他列式的組合布局47點列式與其他列式的組合布局514.5本章小結(jié)55結(jié)論與展望56本文研究的工作總結(jié)56下一步的工作展望57第五章參考文獻(xiàn)59和科研情況說明62致謝63- 2 -第一章 緒論第一章 緒論1.1 課題背景1.1.1 現(xiàn)代城市小區(qū)的發(fā)展在現(xiàn)代城市發(fā)展越來越快

16、，城市的空間也越來越大，超出城市以前劃定的邊界范圍，城市與城市之間聯(lián)系更加緊密，因此將城市規(guī)劃設(shè)計好是將是一個關(guān)注民生的研究課題。小區(qū)是城市的微小單元體，是城市現(xiàn)代人工作之后生活和休息的場所。城市中小區(qū)風(fēng)環(huán)境的改善，將會根本徹底的改善整個城市的風(fēng)環(huán)境。為了達(dá)到這個目的，滿足人們的需求，在很長時間內(nèi)，城市規(guī)劃和設(shè)計是長期的計劃，都是對小區(qū)的風(fēng)、熱環(huán)境的改變，這種改變很長時間都無法更換，因此前期與評價就顯得尤為重要。不斷發(fā)展的城市中伴隨著人類文明的進(jìn)步，傳統(tǒng)生活理念逐漸改變；在追求現(xiàn)代城市生活的同時，這種現(xiàn)代建筑群集中式的生活方式也造成和出現(xiàn)了空氣質(zhì)量下降、噪音引起人們煩躁不安、上下班交通不便、地

17、少水缺等一大堆的現(xiàn)代化大城市問題。在歐洲經(jīng)歷的 20 世紀(jì)中后期，處于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)中的國家逐漸開始重視城市發(fā)展中，他們通過多種措施和各方面的的勢頭1?？偨Y(jié)他們的發(fā)展歷研究了隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大而環(huán)境日益程，發(fā)現(xiàn)他們走的是先污染后處理的路線。目前現(xiàn)代我國發(fā)展出現(xiàn)的是壯大發(fā)展的速度很快，城市環(huán)境問題被拋到腦后了，這是很不好的，應(yīng)該從歐洲發(fā)達(dá)國家吸取在 20 世紀(jì)中后期發(fā)展過程中出現(xiàn)的種種弊端，保護(hù)在城市發(fā)展過程中的生態(tài)環(huán)境，向著以提高城市自然承載能力和自生調(diào)節(jié)能力的方向前進(jìn)，未來2。這種城市建設(shè)一定是將城市建設(shè)成為現(xiàn)代文明生態(tài)化大城市十八大會議中得到了充分的認(rèn)可。因此，探求人類在大城市生活環(huán)境的可持續(xù)發(fā)

18、展逐步成為基本研究課題。在我國城市擴(kuò)張建設(shè)中保護(hù)自然生態(tài)、最大限度的使用可再生能源、減少不可再生資源的損耗、實現(xiàn)科學(xué)的持續(xù)發(fā)展，構(gòu)建出適合人類生存的居住小區(qū)環(huán)境，這樣才是城市的健康發(fā)展。住宅小區(qū)對人的生活的重要作用1.1.2在數(shù)量暴漲與土地短缺的雙重壓力推動作用下，城市住宅進(jìn)行高密度發(fā)- 1 -第一章 緒論展成為了必然，住宅小區(qū)也就很好的適應(yīng)了現(xiàn)代社會發(fā)展的需求，而且住宅小區(qū)將會成為大城市或超大城市未來一段時期的主要發(fā)展趨勢。小、中以及層的相繼大量涌現(xiàn)，也為住宅小區(qū)的多樣性布局發(fā)展提供了可能。而從氣候方面來說，住宅小區(qū)建筑的意義不僅僅止于滿足社會的住房需求，還能起到調(diào)節(jié)城市風(fēng)環(huán)境與區(qū)域微氣候的

19、作用，這就是住宅在大城市中大量涌現(xiàn)、得到青睞的原因。大城市的管理和經(jīng)營者，人們的住宅小區(qū)是人們最重要的生活、學(xué)習(xí)空間，對于城市的評價如何，很多時候都是通過對于居住區(qū)的舒適性評價的。越來越多的居民逐漸的認(rèn)識與關(guān)注到現(xiàn)在居住小區(qū)內(nèi)環(huán)境狀況的優(yōu)劣將會對他們的生活和學(xué)習(xí)產(chǎn)生很大的影響，目前隨著“綠色生態(tài)現(xiàn)代住宅小區(qū)”的提出，國家提出了要求，現(xiàn)代住宅小區(qū)除了需要有足夠的基本居住空間，進(jìn)一步還要求了質(zhì)量優(yōu)越性等住房條件。因此，通過對小區(qū)要有舒適性和安全性、周圍環(huán)境小區(qū)的合理規(guī)劃，構(gòu)建出適合人們生活的住宿環(huán)境，不僅僅是滿足了生活的水平的需求，也是在今后城市不斷發(fā)3。展和進(jìn)步的必然表現(xiàn)小區(qū)室外風(fēng)環(huán)境對人的生活

20、的影響1.1.3現(xiàn)代城市處在人類文明的發(fā)展中，文化、社會、經(jīng)濟(jì)等各方面都會對城市的規(guī)劃和布局均有要求，同樣和人們的生活最緊密的是住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境、熱環(huán)境和聲環(huán)境，良好的室外風(fēng)環(huán)境對小區(qū)室外的熱環(huán)境有非常直接的影響，同時良好的室外風(fēng)環(huán)境也為室內(nèi)自然通風(fēng)換氣提供了良好的基礎(chǔ)，通過空調(diào)采暖或者暖氣采暖方法能夠調(diào)節(jié)房間溫度和濕度，人們都很清楚地，在一個封閉房間里，隨著時間的變長，空氣衛(wèi)生條件慢慢變差，病菌和細(xì)菌很容易滋生，的免疫力逐漸下降，各類疾病，同時能源在不斷的消耗中，成本在逐漸的上升，對人們的身體是很大的摧殘，生活成本直線上升，生產(chǎn)活壓力巨大。不管是在寒冷的冬天，還是在炎熱夏季，人們也不能一直禁

21、閉在室內(nèi)有空調(diào)的房間內(nèi)，走出房間，來到戶外，親近自然，這是人們正常的渴求和希望4?；蛘咭虼?，在室外的小區(qū)，風(fēng)環(huán)境問題也就成了每個居民生活必須面對。我國目前正處在數(shù)量居高不下和區(qū)域密度日益增大的發(fā)展趨勢中，為了符合社會的需求，也就構(gòu)筑出了大量居住建筑群和市政交通基礎(chǔ)設(shè)施，在這種大背景條件下，不利于人們口常生活的住宅室外活動的小區(qū)微環(huán)境氣候效應(yīng)也就出現(xiàn)了，這些不適于人們生活的微氣候效應(yīng)需要盡快改變這種布局氣候環(huán)境。而對住宅小區(qū)風(fēng)環(huán)境改善方面的研究進(jìn)展速度與開發(fā)商開發(fā)住宅小區(qū)的建設(shè)速度比起來要慢得多，如果室外風(fēng)環(huán)境的研究使得人們過上安全、舒適、健康的生活，那么經(jīng)濟(jì)建設(shè)才有意義。本文就是從這一背景出發(fā)

22、，從規(guī)劃的前期階段，通- 2 -第一章 緒論過改變布局方式的方法改變風(fēng)環(huán)境，從根本上解決風(fēng)環(huán)境帶來的一系列問題6。1.1.4 已經(jīng)存在的風(fēng)環(huán)境的案例事實在大城市中，建筑物構(gòu)建的建筑區(qū)域形成了區(qū)別與大自然的第二次微氣候環(huán)境，并且逐漸的成為了公害。在日常生活中，生活的建筑群樓群里時不時地會刮起瞬間的強(qiáng)風(fēng)，在這樣的區(qū)域內(nèi)步行由于會 到強(qiáng)風(fēng)的“突襲”5。而且有的時候樓群里在強(qiáng)對流的天氣影響下，風(fēng)力突然增大，產(chǎn)生的破壞性特別大。這些大風(fēng)將會直接影響人們的良好的居住環(huán)境和舒適的生活環(huán)境，當(dāng)遇到大風(fēng)和火災(zāi)同時發(fā)生時，造成的危害往往不容忽視，因為這就會“助災(zāi)為虐”，而且建筑群決定的小區(qū)內(nèi)風(fēng)環(huán)境形成之后將會很難

23、改變，所以對布置 建筑的小區(qū)布局方式應(yīng)該考慮如何避免這些狀況的發(fā)生5。去年，由于在地區(qū)建筑，有些建筑位置規(guī)劃設(shè)計不合理，沒有根據(jù)市的氣候資料進(jìn)行研究，就曾出現(xiàn)了風(fēng)速過大而傷人的事件；1972 年在一座 16 層的拐角處，英國 Portsmouth市的一位老太太行走在上，突然被強(qiáng)風(fēng)刮倒，頭顱骨摔裂經(jīng)搶救無效致死的事故6；1982 年，在紐約曼哈頓地區(qū)，在一棟層建筑前的廣場，行走在世界貿(mào)易中心雙塔附近的一位的，受到刮來的瞬間強(qiáng)風(fēng)，當(dāng)場吹倒在地而受傷。她認(rèn)為建筑設(shè)計和施工上存在缺點，人們無法對風(fēng)環(huán)境進(jìn)行控制為由，提出了建筑規(guī)劃設(shè)計和該建筑的業(yè)主的6；在我國“”性病流行時期，建筑布局上了流行大量染病發(fā)

24、生在花園的下風(fēng)向建筑物區(qū)域中，也證實方式的不合理性將會使得建筑區(qū)域內(nèi)的空氣不流暢，導(dǎo)致很多人被疾病7。由于建筑物的布局方式?jīng)]有得到有效的研究和有序的安排，將會出現(xiàn)更多，即使現(xiàn)在沒有出現(xiàn)，隨著時間的推移也是會顯現(xiàn)的，如污染物無法擴(kuò)散出去、新鮮空氣無法進(jìn)入、城市熱島效應(yīng)明顯，這些危害使得人民的生命和財產(chǎn)損失。1.2 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀基于 CFD(Compu ional Fluid Dynamics)對室內(nèi)外風(fēng)環(huán)境的研究技術(shù)日趨成熟。20 世紀(jì) 70 年代初，就有科學(xué)家將數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用在建筑規(guī)劃布局中，通過 CFD 技術(shù)主要探討建筑環(huán)境優(yōu)化，一直發(fā)展到現(xiàn)在，主要有兩方面的突破：一是計算方法和理論研

25、究更加完善，如：模型方程的應(yīng)用更為廣泛，其包括標(biāo)準(zhǔn) k- 模型、修正 k- 模型、低 Re 模型等89；而算法研究也取得一些成果，完成了多重網(wǎng)格算法、改進(jìn)型 SIMPLE 算法等的研究。另一方面是電腦技術(shù)的發(fā)展使- 3 -第一章 緒論得應(yīng)用的日趨成熟，計算機(jī)的計算速度使得模擬的對象更加全面、更為細(xì)化，尤其是超級計算機(jī)的出現(xiàn)，這些計算包括了從氣流分布到空氣品質(zhì)和熱舒適，涉及風(fēng)載、風(fēng)環(huán)境、自然對流、換氣、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、熱輻射等各個方面；同時，應(yīng)用 也更加多樣化，包括 FLUENT、PHOENICS、CFX 等8 10。風(fēng)環(huán)境的研究很，也很復(fù)雜，受很多條件的影響，但是在實用方面，國內(nèi)的很多研究都是根

26、據(jù)本區(qū)域的自身需求和自身的特點進(jìn)行研究沿海城市，由于受海風(fēng)影響，整年風(fēng)速一般較大，其住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境研究需特別考慮，華僑大學(xué)土木等認(rèn)為采用數(shù)值模擬的方法，對于不良風(fēng)環(huán)境的改進(jìn)提出了很多的措施，對于后來在海邊的建筑群的布局方式產(chǎn)生的微氣候起到了指導(dǎo)和優(yōu)化的作用，在研究過程中，應(yīng)用沿海地區(qū)的氣象資料，選取對沿海城市廈門某住宅小區(qū)作為研究對象，考慮了全年和夏季的最大日平均風(fēng)作用下，對沿海地區(qū)住宅小區(qū)風(fēng)環(huán)境的研究得到如下結(jié)論: 數(shù)值模擬分析方法對小區(qū)的速度流場能夠很好的模擬，在速度較大的區(qū)域與實地的觀察結(jié)果很吻合11。在市在制定總體規(guī)劃 2009-2020時引入計算流體力學(xué)（CFD）技術(shù)，構(gòu)建數(shù)值模型

27、，根據(jù)市主要風(fēng)向的發(fā)生概率的統(tǒng)計值，選取城市風(fēng)道態(tài)框架進(jìn)行研究，從冬、夏主導(dǎo)風(fēng)向分析研究周邊主要濕地對城區(qū)的影響，得出了在市區(qū)域的周邊，由于受湖泊的影響較大，溫度相對其周圍來說較低，空氣在湖泊表面順暢，環(huán)境質(zhì)量將會有利于得到改善，周圍的熱環(huán)境也能得到有效的抑制12。因此，可考慮將湖泊與城市中的綠地相結(jié)合，通過城市道路將它們連接起來以增大市通風(fēng)散熱的性能，市的溫度就能得到降低，這些研究為市總體規(guī)劃的編制就提供有效的措施和依據(jù)12。張家口市建筑設(shè)計院宇、重慶大學(xué)城市建設(shè)與環(huán)境等利用計算流體力學(xué)(CFD)方法，以典型住宅小區(qū)風(fēng)環(huán)境的物理和數(shù)學(xué)模型為研究對象，利用 PHOENICS 模擬進(jìn)行計算機(jī)數(shù)值

28、模擬，這種模擬方法針對的是在規(guī)劃設(shè)計的前期，通過對不同方案的小區(qū)內(nèi)空氣速度場、壓力場、溫度場以及空氣密度進(jìn)行分析，按照分析的結(jié)果，從而確定出該方案小區(qū)的流體狀態(tài)，進(jìn)而選出滿足氣流組織對節(jié)能方面的作用最大的方案13。同時，對于改變布局方式的方法能在規(guī)劃設(shè)計前期方案的優(yōu)化，利用 CFD 技術(shù)能夠初期就對建筑物周圍風(fēng)環(huán)境進(jìn)行分析，這種分析有效地改善建筑物周圍的風(fēng)環(huán)境14市建筑采用CFD 技術(shù)，以奧運(yùn)場館規(guī)劃投標(biāo)方案作為研究對象，為了達(dá)到節(jié)能環(huán)保的目的，重點研究了在奧運(yùn)場館周圍的氣流流場及溫度場分布情況。在我國的中國生態(tài)住宅技術(shù)評估手冊中，明確規(guī)定了熱島效應(yīng)和風(fēng)環(huán)境評估要求的條文，在未來的建筑規(guī)劃設(shè)計

29、中將會得到具體的實施，這其中就要求確定建成生態(tài)住宅方案之前，必須應(yīng)用選擇 CFD 數(shù)值模擬法對住宅小區(qū)進(jìn)行區(qū)域性熱島效應(yīng)和風(fēng)環(huán)境的評估，- 4 -第一章 緒論嚴(yán)格參照評估手冊進(jìn)行。浙江大學(xué)的、，選擇 CFD 數(shù)值模擬法，以杭州市中山路街道區(qū)域為研究對象，為了能夠徹底的了解街道形態(tài)及其污染物的擴(kuò)散、分布情況，從水平斷面、縱斷面、橫斷面等三個角度來分析，充分的總結(jié)街谷形態(tài)與污染氣體擴(kuò)散、稀釋的基本運(yùn)動規(guī)律，為城市的在規(guī)劃設(shè)計時對污染物能夠達(dá)到稀釋的目的15。理工大學(xué)環(huán)境與建筑學(xué)院的利用 CFD（計算流體力學(xué)）技術(shù)模擬同濟(jì)新村部分建筑和同濟(jì)設(shè)計中心 A 樓居住區(qū)內(nèi)的風(fēng)環(huán)境，總結(jié)出了狹道風(fēng)、風(fēng)影區(qū)等對

30、建筑區(qū)域內(nèi)的風(fēng)環(huán)境產(chǎn)生的作用16。但是這個研究只得到了特定的區(qū)域性定論，無法得到普遍的使用16。廣州大學(xué)土木工程學(xué)院等也做過類似的研究，得出了建筑采用了錯列式和斜列式的排列方式，對小區(qū)自然通風(fēng)及形成良好的室內(nèi)通風(fēng)有重要作用等重要結(jié)論，在這個研究中建筑物采取的排列方式很少，沒有形成組合式，只是單種的布局方式的研究17。用數(shù)值虛擬風(fēng)洞試驗也隨著高性能計算機(jī)的發(fā)展，它的適用范圍在逐漸地增大，國外很早就做了這方面的研究工作，由于技術(shù)先進(jìn)，他們不僅僅研究的是應(yīng)用這種技術(shù)，而是對這種技術(shù)進(jìn)行不斷的更新。最早的是 S hopoulos 開發(fā)了用于建筑風(fēng)環(huán)境初步設(shè)計的 KBES 系統(tǒng)，這一系統(tǒng)在上世紀(jì) 90

31、年代環(huán)境風(fēng)環(huán)境研究工程領(lǐng)域中扮演了重要的角色，而這一系統(tǒng)中進(jìn)行預(yù)評估的重要運(yùn)動參數(shù)和動力學(xué)參數(shù)正是總結(jié)了大量前人關(guān)于單體建筑和建筑群的風(fēng)環(huán)境風(fēng)洞實驗研究結(jié)果以及大量文獻(xiàn)資料編輯而來18。Tetsu 等用試驗的方法研究了建筑物密度對人行高度處平均風(fēng)速的影響該研究制作了的 22 個住宅小區(qū)的模型，進(jìn)行了大量的風(fēng)洞試驗以研究建筑物密度與人行高度處風(fēng)環(huán)境的相關(guān)性19。最近比較典型的實例為 Blocken 等對某體育場周圍風(fēng)環(huán)境采用 CFD 計算進(jìn)行評價，其精細(xì)的網(wǎng)格劃分、與實測相結(jié)合的 CFD 模擬、及吻合度很高的實測與模擬比較結(jié)果都令人印象深刻20。網(wǎng)格劃分是數(shù)值模擬中重要的一部分，國內(nèi)外學(xué)者通過對

32、網(wǎng)格劃分技術(shù)的研究給出了一些建議。其中比較系統(tǒng)的是 Yoshihide 研究小組通過對于 7 個案例的數(shù)值計算、風(fēng)洞試驗和實測結(jié)果分析比較21。在 CFD 計算中網(wǎng)格劃分的一些原則數(shù)值計算方面，Ohba 22、Samir23和 Jiang 等2425利用 CFD 數(shù)值計算研究單體房間室內(nèi)的風(fēng)速和流場狀況以及建筑物表面的風(fēng)壓分布，并和試驗結(jié)果得到了較好的吻合。Nikas 等通過數(shù)值模擬了室內(nèi)及建筑物附近風(fēng)速和風(fēng)壓場的研究26。段對于一個典型戶型進(jìn)行- 5 -第一章 緒論1.3 住宅小區(qū)風(fēng)環(huán)境的研究方法1.3.1 現(xiàn)場觀測法現(xiàn)場觀測這種方法可以準(zhǔn)確地收集風(fēng)環(huán)境的初始數(shù)據(jù)，最快的知道風(fēng)環(huán)境現(xiàn)狀狀態(tài)。

33、由于規(guī)劃區(qū)域很大，風(fēng)環(huán)境的測值需要的持續(xù)時間效應(yīng)很長，為了達(dá)到準(zhǔn)確的測量和對長期積累觀測的資料進(jìn)行統(tǒng)計都有一定的。這種方法人力物力價格昂，也很浪費(fèi)精力，有的時候得到的數(shù)據(jù)很龐大，處理起來很難，把握程度很難控制。由于受到各種天氣的影響和設(shè)備儀器的局限性，目前的還無法精確地測量出準(zhǔn)確的值，然而實測出來的數(shù)據(jù)還是很有參考的價值，現(xiàn)場檢測能夠用來檢驗?zāi)Ｐ湍M的準(zhǔn)確性，通過應(yīng)用現(xiàn)場的數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)，會使得參照的試驗和理論得到具體的實用，進(jìn)而形成實用性的標(biāo)準(zhǔn)體系。優(yōu)點：能很好地收集原始自然資料，數(shù)據(jù)很有代表性，對于使用計算機(jī)模擬來說，模擬的最終效果還是需要實際的觀測資料來進(jìn)行評判，模擬的數(shù)據(jù)進(jìn)而才能上升為有

34、用的理論。缺點：要在較圍和長時間內(nèi)進(jìn)行觀側(cè)，時間長、效率低，需要在實地長期觀測，現(xiàn)場作業(yè)工作量很大，有些測點布置處于很位置。1.3.2 風(fēng)洞模擬法一般情況下，對于處于規(guī)劃中的擬建建筑風(fēng)環(huán)境的預(yù)評估測，有條件的話一般采用風(fēng)洞試驗進(jìn)行。風(fēng)洞試驗的研究對于風(fēng)環(huán)境的實驗來說是較為理想的，通過在風(fēng)洞實驗演示時，可以很方便的布置各個測點，不受地域和建筑物的限制。因此風(fēng)洞試驗?zāi)M以其高效性在風(fēng)環(huán)境研究中和在應(yīng)用方面是很廣泛。還有一個很重要的用處就是需要風(fēng)洞試驗來進(jìn)一步驗證 CFD 數(shù)值計算的結(jié)果，這是精確計算前置分析，風(fēng)動模擬法對于理論分析來說，一般采用簡化模型更合適。而且對于應(yīng)用 CFD 模擬研究風(fēng)環(huán)境確

35、定邊界條件有很大幫助，而且，有些時候在精度要求不是很高的少數(shù)案例中，這種方法計算出了來的結(jié)果也具有參考價值的27。目前，在國內(nèi)，學(xué)科發(fā)面有一個很有優(yōu)勢的地方，那就是利用風(fēng)洞試驗技術(shù)已經(jīng)很成熟了，有些項目已經(jīng)達(dá)到了能夠進(jìn)行風(fēng)環(huán)境和分析。其中最具代表的是同濟(jì)大學(xué)的教授對浦東一擬建大樓周圍的風(fēng)環(huán)境模擬工程項目。另外，年等、等都采用過風(fēng)洞試驗技術(shù)方法對單體建筑或者群體27。建筑群進(jìn)行研究優(yōu)點：試驗方法的主要，方便布置測點；精度要求不是很高的案例中，- 6 -第一章 緒論這種方法也具有參考價值。缺點：耗時長，耗費(fèi)高。對模型無法重復(fù)使用，實現(xiàn)現(xiàn)實的風(fēng)環(huán)境風(fēng)洞試驗十分艱難，風(fēng)洞試驗有的時候很難調(diào)節(jié)和控制，做

36、的模型是等比例縮放，形成的結(jié)果只能定性的結(jié)果，與現(xiàn)實測值有一定的差距。1.3.3 水流模擬法以上介紹的兩種風(fēng)環(huán)境模擬的方法是現(xiàn)在對風(fēng)環(huán)境研究的主流方法，大學(xué)里面很多就是利用水流里都會采用。還有其他的物理模擬風(fēng)環(huán)境的實際試驗方法。擬合出空氣運(yùn)動狀態(tài)的方法，這種實驗方法只能在里進(jìn)行，所使用的水不是普通的水，而是鹽水，這是因為鹽水的密度會隨著溫度而進(jìn)行變化，這樣就能用來模擬大氣中出現(xiàn)的穩(wěn)定層大氣狀態(tài)和逆溫層大氣狀態(tài)。在鹽水流中創(chuàng)造出這些相似值的條件，主要是因為空氣邊界層、空氣環(huán)境層中雷諾數(shù)和弗數(shù)差距不大。但是這種模擬的方法操作起來很復(fù)雜，需要很好的操作和控制能力。優(yōu)點：鹽水的密度比起空氣的值測量方便

37、，空氣是看不見的，而鹽水流體變化情況看得見，摸得著，具有形象和具體的特色。缺點：制作模型，耗時耗力，造價高，控制不易，操作更難；并且還有一個最無法克服的缺陷就是鹽水的黏性和空氣的黏性不同，差距會很大。1.3.4 計算數(shù)值模擬法雖然我國已經(jīng)有很多的學(xué)者對風(fēng)洞模型試驗方法研究得很深。但是由于模型的制作很受局限，無法重復(fù)利用，因而風(fēng)洞模型試驗方法無法得到普遍的使用和大規(guī)模的應(yīng)用。伴隨著世界電腦的硬件條件和技術(shù)的逐步更新和發(fā)展，計算機(jī)數(shù)值模擬方法已逐漸的成為一種新高效和能解決實際問題的方法28。應(yīng)用CFD 數(shù)值模擬技術(shù)在建筑環(huán)境領(lǐng)域，主要考查的是建筑物風(fēng)場和風(fēng)壓力，研究的內(nèi)容側(cè)重在單體建筑和建筑群部分

38、的是單體建筑或者群體建筑的室外風(fēng)環(huán)境，以滿足人們的生活需要。得出的結(jié)果是模擬的云圖圖示，這樣就能了解到壓力梯度分布、建筑物之間的間距、漩渦分布對風(fēng)場的影響等一系列與民生相關(guān)28。計算機(jī)模擬既能實現(xiàn)水流模擬方法的特色，能夠觀測到體的風(fēng)速變化參數(shù)，也使得實驗?zāi)軌蚝唵蔚膶崿F(xiàn)，數(shù)值模擬更有便于對模型參數(shù)的修改，使得采取有效的措施進(jìn)行改進(jìn)風(fēng)環(huán)境和知曉改進(jìn)后的效果。- 7 -第一章 緒論1.4 課題研究的意義室外風(fēng)環(huán)境是建筑小區(qū)生態(tài)活環(huán)境的重要組成部分，由于大氣差的存在使得空氣處于不斷的狀態(tài)，進(jìn)而產(chǎn)生空氣形成了空氣對流，對人們的生活產(chǎn)生了影響。這種流體在市這種復(fù)雜的大地上有的時候就會產(chǎn)生靜風(fēng)區(qū)、疾風(fēng)區(qū)、湍

39、流區(qū)，從而對居民的生活產(chǎn)生很大的影響，直接到經(jīng)濟(jì)損失、安全問題，有時甚至是整個片區(qū)的群眾直至整個城市的空氣質(zhì)量，所以，就有必要對住宅室外風(fēng)環(huán)境小區(qū)進(jìn)行展開研究。（1）生活環(huán)境的需要相對集中的建筑群便于人們相互之間的聯(lián)系，也可以減少用。但是由于城市建筑物、構(gòu)筑物等的空間形態(tài)不規(guī)則的布局方式，使城市中的風(fēng)速從一個小區(qū)進(jìn)入另一個小區(qū)，在某些局部地區(qū)降低，那么這些地方就形成了靜風(fēng)區(qū)29。這些區(qū)域的靜風(fēng)區(qū)風(fēng)速極為緩慢，風(fēng)壓力差基本為零，直至空氣流體處于狀態(tài)。這種區(qū)域的形成不利于住宅小區(qū)獲得新鮮空氣，最終造成了污染物無法得到擴(kuò)散和輸出這種小區(qū)里面的人們也就會逐漸的患上由細(xì)菌引起的各種疾??；當(dāng)然，有的時候在

40、某些區(qū)域有可能形成了疾風(fēng)區(qū)，這些區(qū)域造成風(fēng)速過大，有的時候是突然增大，不僅能揚(yáng)起地面沙塵，有的時候還夾雜著污染物顆粒，借助風(fēng)的作用更加深度的污染了小區(qū)內(nèi)的空氣環(huán)境29，這是繼廢氣、廢水、廢渣和噪音之后，未來可能能夠出現(xiàn)在大型都市中的又一種新的城市公害，這種公害一旦形成，很難用其他技術(shù)進(jìn)行改變，因此現(xiàn)在就要做好準(zhǔn)備，預(yù)防這種情況的出現(xiàn)。（2）節(jié)能的需要住宅小區(qū)內(nèi)良好的室外風(fēng)環(huán)境，不僅要求市在冬季的時候風(fēng)速很大的情況下在小區(qū)通道內(nèi)行走不會出現(xiàn)步行的狀況，還要求了是在市出現(xiàn)炎熱夏季的時候，還希望住宅小區(qū)內(nèi)能夠利用室外的自然風(fēng)對室內(nèi)進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)30。改善整個小區(qū)內(nèi)風(fēng)環(huán)境的狀況，首先要根據(jù)市的氣候特點做

41、好群體建筑及單體建筑的規(guī)劃設(shè)計和布局方式的研究和探討的工作，在規(guī)劃設(shè)計的前提下，建筑是應(yīng)該考慮建筑物的自身以及建筑物與建筑物之間的阻擋作用使得在冬天季節(jié)力不會出現(xiàn)整體建筑群內(nèi)風(fēng)速過大或者突然增大的現(xiàn)象，而炎熱的夏季又能在室內(nèi)或室外得到順暢通風(fēng)降溫的環(huán)境；其次，也可以借助除建筑物之外的植物或擋風(fēng)墻的外界改善整個規(guī)劃區(qū)域內(nèi)的小區(qū)生態(tài)環(huán)境?？傊?，若在區(qū)域內(nèi)風(fēng)環(huán)境出現(xiàn)不良的狀況，在冬季，可以在規(guī)劃區(qū)域增加圍護(hù)結(jié)構(gòu)的減少風(fēng)對建筑群滲透而降低了室內(nèi)的暖氣能耗，在夏季，可以通過前期的布局方式的改變使得自然風(fēng)在區(qū)域內(nèi)的順暢流通，減少開空調(diào)的次數(shù)，- 8 -第一章 緒論減少電能的消耗；如果平常的生活中，在地區(qū)能

42、夠少開一個月的空調(diào)機(jī)或者由于冬天的通過小區(qū)內(nèi)風(fēng)環(huán)境的設(shè)計因而減少半個月的供暖期限，那么在這個經(jīng)過了室外風(fēng)環(huán)境優(yōu)化的區(qū)域，即達(dá)到了節(jié)能的目的，又能夠減少碳的排放量，使得本地區(qū)能夠打造成“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”3132的小區(qū)。（3）現(xiàn)實的需要近年來，和學(xué)者對風(fēng)環(huán)境的研究都有自己的一套理論，根據(jù)自己的研究內(nèi)容和研究成果，提出了在自己研究領(lǐng)域具有參考價值的數(shù)據(jù)，為建筑規(guī)劃和設(shè)計提供參考，提高了人們對人居環(huán)境質(zhì)量變化的辨識能力。有些研究都基礎(chǔ)研究，有些研究是具體的項目研究，無法形成普遍能適用的規(guī)律，從改變建筑群布局方式探討風(fēng)效應(yīng)的研究，研究這方面內(nèi)容的，現(xiàn)在國內(nèi)研究的很少。因此，非常值得從通過改變建筑

43、布局方式來改變整個區(qū)域的室外風(fēng)環(huán)境效應(yīng)，尋求布局方式的基本特征，形成普遍性的規(guī)律。本文以市的氣候特征為研究前提，對住宅小區(qū)的不同規(guī)劃布局方式進(jìn)行建模和不同的排列組合方式進(jìn)行研究，將有助于提高市小區(qū)的建筑規(guī)劃和設(shè)計水平，也一直在致力于研究的人居環(huán)境，盡可能的達(dá)到環(huán)境保護(hù)和節(jié)約能源的雙豐收，得出了對人有幫助的理論，但是在實際的環(huán)境中，風(fēng)環(huán)境很復(fù)雜，無法達(dá)到，這時需要從總體上來把握規(guī)劃設(shè)計的這個度，使得小區(qū)的規(guī)劃不再是憑這規(guī)劃師的想象或者單方面的經(jīng)驗設(shè)計。通過對應(yīng)用CFD 技術(shù)，探討小區(qū)的合理、節(jié)能的人性化規(guī)劃設(shè)計布局方式。因此，對建筑群的風(fēng)環(huán)境研究，在自然環(huán)境保護(hù)、建筑安全管理、建筑節(jié)能減排、區(qū)域

44、經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有意義，從而產(chǎn)生更加深刻的現(xiàn)實意義和應(yīng)用前景。1.5 課題研究課題的目的根據(jù)市本地風(fēng)環(huán)境的特征，在住宅小區(qū)的早期規(guī)劃設(shè)計時，對多個方案的優(yōu)化和選擇起到了判別總結(jié)的決定性作用，也能對建筑規(guī)劃布局方式進(jìn)行改善，為了這一要求，本研究課題主要有以下兩個目的：（1）參照模擬的住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境工況，為改善市住宅小區(qū)的室外風(fēng)環(huán)境效應(yīng)質(zhì)量提供一些規(guī)劃設(shè)計建議，主要是在建筑布局方面；（2）在通過改變建筑布局的研究中，總結(jié)出各種布局方式產(chǎn)生的風(fēng)環(huán)境效果進(jìn)行總結(jié)，為建筑規(guī)劃設(shè)計中如何能更加有效的避免和應(yīng)用風(fēng)環(huán)境，提高規(guī)劃區(qū)域舒適度百分比提供參考。- 9 -第一章 緒論1.6 本課題的主要方法與主要內(nèi)容1.

45、6.1 本課題的主要方法本文的研究方法采用了數(shù)值模擬計算與現(xiàn)象理論分析相結(jié)合的方法，模擬軟件采用應(yīng)用廣泛的 Fluent，采用標(biāo)準(zhǔn)的 k- 湍流模型，應(yīng)用 Fluent的默認(rèn)的壁面函數(shù)進(jìn)行模擬，在對模型的網(wǎng)格劃分中，非結(jié)構(gòu)四面體網(wǎng)格的劃分方式能對建筑模型很好的吻合。對于在研究中，2m 處的風(fēng)環(huán)境是研究的重點區(qū)域，需要在這個區(qū)域進(jìn)行加理，得出的結(jié)果將會很精確。數(shù)值模擬中，流體呈現(xiàn)出來的是湍流運(yùn)動，這種是室內(nèi)外環(huán)境研究中最普遍的現(xiàn)象，早在 1883 年，偉大的物理學(xué)家雷諾發(fā)現(xiàn)了湍流后，到現(xiàn)在為止，對于湍流運(yùn)動的嚴(yán)格定義和發(fā)生機(jī)理一直都是世界流體力學(xué)界探討的課題，通過運(yùn)用各種和方式，使得計算方式和計

46、算準(zhǔn)確度也越來越精確，在現(xiàn)在研究的流體狀態(tài)中，流體一般都處在湍流狀態(tài)，因此，流體的湍流運(yùn)動來特性在現(xiàn)代的流體運(yùn)動中具有非常普遍適用性。湍流運(yùn)動是很不規(guī)則的，一直處在非穩(wěn)態(tài)、帶旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動當(dāng)中，這也是研究他很難的原因。Reynolds 數(shù)是為了將湍流與層流劃分開來而設(shè)定的參數(shù)。大多數(shù)的實驗表明，流體的 Reynolds 數(shù)小于某一臨界值時，的狀態(tài)時很平穩(wěn)的，不會出現(xiàn)相互交叉的，在沒有干擾的情況體本身一直進(jìn)行著層流狀態(tài)，這種稱為層流；流體的 Reynolds 數(shù)大于某一臨界值時，流體自身將會出現(xiàn)相互交叉的，他們之間相互影響，呈無序的狀，也就是一種不穩(wěn)定的流體，這種狀態(tài)流體運(yùn)動稱為湍流3。從湍流流體形

47、成的流體構(gòu)造上可以看出，一般把湍流流體認(rèn)為是由各種大小不同的漩渦進(jìn)行而成形成的狀態(tài)，這些疊加形成的大小漩渦及漩渦轉(zhuǎn)軸運(yùn)動方向是隨意性的，毫無規(guī)律可言。它有的時候形成較大的漩渦，有的形成較小的漩渦。較大的漩渦往往是由流體達(dá)到了一定的邊界條件所形成的，這種較大的漩渦主要受流體的慣性影響而周而復(fù)始的運(yùn)行下去，流體低頻脈動就是由此而產(chǎn)生的；由于流體存在粘性力，流體進(jìn)而形成了小尺度的漩渦，它是高頻脈動引起的直接原因33。在流體過程中，大尺度的漩渦流體不斷的破裂，破裂后慢慢的組成小尺度的漩渦流體，進(jìn)而再接著破裂，形成了更加小尺度的漩渦。湍流區(qū)域內(nèi)在足夠的情況體漩渦的尺寸能夠在非常寬的范圍內(nèi)連續(xù)不斷地改變，

48、由大變小3。從能量的角度來研究，主流不斷地提供能量，大尺度的漩渦不斷的從中獲得能量，通過大小漩渦間的作用，小尺寸的漩渦不斷地得到能量，這樣能量就得到了傳遞。流體存在粘性的作用就會使的能量不斷地耗散，小- 10 -第一章 緒論尺度的漩渦就會處在不斷中，能量不停地轉(zhuǎn)化為流體的熱能耗散在空氣中。這種能量通過流體漩渦間大小不停的變化完成了能量的整個傳遞過程，這就是湍流的基本特征。以上這些解釋也只是從能量的角度分析湍流，也還有從地心引力來解釋湍流運(yùn)動的形成34。從以上對流體的描述上來看，湍流運(yùn)動非常復(fù)雜，從細(xì)節(jié)節(jié)點來說，很難用數(shù)學(xué)方程式來定義流體細(xì)節(jié)的運(yùn)動參數(shù)變化，但是，能夠從宏觀狀態(tài)來進(jìn)行研究，描述宏

49、觀流體特性的有非穩(wěn)態(tài)的連續(xù)方程和 Navier-Stokes機(jī)力的數(shù)學(xué)模型中，也有標(biāo)淮 k- 模型對其進(jìn)行定義，標(biāo)淮 k-方程。在計算模型在數(shù)值計模型34。算中波動小、精度高，因此本文采用標(biāo)準(zhǔn) k-1.6.2 本課題的主要內(nèi)容（1）確定市地區(qū)的主要風(fēng)向角、溫度；在規(guī)劃區(qū)域內(nèi)，確定 2m 高度處風(fēng)速的參照標(biāo)準(zhǔn)，按照標(biāo)準(zhǔn)對風(fēng)環(huán)境進(jìn)行定性描述，確定出舒適區(qū)域風(fēng)速的大小值；（2）采用標(biāo)準(zhǔn) k- 模型，并對模型大小確定、邊界條件處理、確定壁面函數(shù)做了較詳細(xì)的定義和定值；（3）將市的風(fēng)向角代入，對 5 種簡單布局的單體建筑群小區(qū)人行高度處的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行了計算和分析，從而得到風(fēng)向角對 5 種簡單布局的小區(qū)人行

50、高度處風(fēng)環(huán)境的影響，最后總結(jié) 5 種簡單布局方式的風(fēng)環(huán)境基本特征；（4）對 20 種組合布局方式相互影響進(jìn)行了計算和分析，總結(jié)出右上角布局方式的改變對整個區(qū)域的影響，進(jìn)而總結(jié)出組合布局方式的風(fēng)環(huán)境的分布特征；（5）對小區(qū)的應(yīng)用規(guī)劃方式的建議；綜合分析市實用的建筑布局方式；（6）最后，通過的研究，對住宅小區(qū)的研究成果進(jìn)行總結(jié)、歸的具體工作。納，并提出需要在以后的研究中需- 11 -第二章氣候特征以及風(fēng)環(huán)境評估標(biāo)準(zhǔn)第二章氣候特征以及風(fēng)環(huán)境評估標(biāo)準(zhǔn)氣候特點與氣候參數(shù)選擇2.1本文研究的是市的住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境問題，因此需要參考市的氣候特征，確定出在計算中所需要的基本參數(shù)，包括溫度、季節(jié)風(fēng)向以及本地的地

51、區(qū)特色，按照市的需要，對風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬才有實際的意義。所以確定參數(shù)是計算的重要研究內(nèi)容。的氣候特點2.1.1市處于中緯度歐亞大陸東岸區(qū)域，北緯 3834至 4015，東經(jīng)11643至 11804之間，海拔很低，只有 5 米以下。查詢一年出來的典型氣象統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知：處在環(huán)渤海區(qū)域，季風(fēng)環(huán)流對其影響很大，市區(qū)冷具有半濕潤半干旱季風(fēng)氣候，這是典型的暖溫帶。在冬季的時候，由于受高壓的影響，冬季盛行西北風(fēng)；在夏季，由于主要受西太平洋副熱帶高壓西側(cè)的影響，多刮（東）偏南風(fēng)。一年四季季節(jié)更替明顯，春季的時候易出現(xiàn)干旱且多風(fēng)，溫度變化較大；夏季的時候氣溫溫度較高，由于雨水集中而產(chǎn)生空氣的濕度大；秋季的時候空氣

52、清爽，風(fēng)不大，陽光明媚的；冬季的時候空氣寒冷而干燥，下的雨雪不多，只是集中的下雪，持續(xù)時間不長。如果完全按陸性氣候和海洋性氣候的標(biāo)準(zhǔn)來劃分市雖然和渤海的距離很近，但由于位置處于內(nèi)海，所以還是處在大陸性氣候的范圍內(nèi)市沿海少數(shù)地區(qū)有時會海洋氣候特點。2.1.2 參數(shù)的選擇冬夏兩季的主導(dǎo)風(fēng)向是相反的，因此在參數(shù)選取上使用冬季平均風(fēng)速和夏季平均風(fēng)速進(jìn)行模擬分析，又由于位于我國華北地區(qū)，主要是御寒為主，冬天較長，氣溫低，因此，參數(shù)應(yīng)當(dāng)選用冬季的平均風(fēng)速作用下來確定住宅小區(qū)內(nèi)整個風(fēng)環(huán)境的效應(yīng)情況。在這種參數(shù)選擇的計算下，就能充分考慮到在冬季寒冷的天氣下，避免風(fēng)的作用產(chǎn)生熱能損耗；夏天也不會很熱，小區(qū)內(nèi)存在

53、一定的空氣，達(dá)到散熱的目的。- 12 -第二章氣候特征以及風(fēng)環(huán)境評估標(biāo)準(zhǔn)（1）溫度參數(shù)選擇年平均氣溫在 11.4-12.9C，市區(qū)平均氣溫最高為 12.9C。1 月最冷，平均氣溫在-3-5C；7 月最熱，平均氣溫在 26-27C。年平均相對濕度 77% 83%，全年平均日照時數(shù) 2500-2900 小時28。在進(jìn)行溫度參數(shù)的選擇時，由于本文研究的是住宅小區(qū)，應(yīng)按照市區(qū)平均氣溫 12.9C 來確定。（2）風(fēng)速參數(shù)選擇由于大氣流場的高頻變化導(dǎo)致瞬時風(fēng)的研究沒有實際意義。因此，對風(fēng)參數(shù)的選擇包括風(fēng)向與風(fēng)速，選擇時不考慮出現(xiàn)的臺風(fēng)、海風(fēng)、浪潮等自然風(fēng)災(zāi)害。并且，本文對風(fēng)速的研究均采用平均風(fēng)速值。根據(jù)地

54、區(qū)的風(fēng)速統(tǒng)計資料顯示，對的風(fēng)速進(jìn)行分析中，發(fā)現(xiàn)的風(fēng)向有明顯的季節(jié)變化。在地區(qū)，春天季節(jié)和秋天季節(jié)風(fēng)向很多時候是西南風(fēng)；夏季風(fēng)向變?yōu)闁|南風(fēng)或南風(fēng)；冬天季節(jié)的時候風(fēng)向轉(zhuǎn)為西北風(fēng)或偏北風(fēng)，風(fēng)向隨著季節(jié)的變化交替更換。年平均風(fēng)速為 3.0m/s；冬、春季平均風(fēng)速2.7-3.7m/s，夏、秋季平均風(fēng)速約為 2.3-2.5m/s?？紤]到雖然是大陸性氣候，溫差變化不大。但是位于華北地區(qū)，在建筑設(shè)計中，主要是考慮保證建筑的采暖效果，在冬天的時候氣溫很低，風(fēng)速過大將會進(jìn)一步造成房間熱量的散失。因此在研究中應(yīng)當(dāng)以冬天的氣候特征選取，冬天和春天間隔很近，將它們聯(lián)系在一起考慮，在 2.7-3.7m/s 之間選取中間值

55、 3.0m/s 作為風(fēng)速值是很合適的。2.2 風(fēng)的特性2.2.1 風(fēng)本身的特性從風(fēng)對建筑物的作用時間上分析，風(fēng)包括兩個部分，一部分是長周期部分，其周期通常在 10 分鐘以上，長周期的風(fēng)與該地區(qū)所處的地域情況有關(guān)；一部分是短周期部分，周期持續(xù)時間只有幾秒至幾十秒，這種短期風(fēng)與建筑物的布局方式直接相關(guān)。為了便于對風(fēng)的本身特性進(jìn)行分析，因而風(fēng)可以分為穩(wěn)定風(fēng)和脈動風(fēng)，由于穩(wěn)定風(fēng)長周期部分占整個風(fēng)作用區(qū)域絕大部分，而且它與建筑物本身的自振周期相比，穩(wěn)定風(fēng)的周期要大得多，穩(wěn)定風(fēng)作用在建筑上，一般看做是靜力作用。脈動風(fēng)的周期很短、頻率高，并且短周期部分占有了很大的比例，脈動風(fēng)的周期與結(jié)構(gòu)的自振周期較為接近，

56、分析作用力時，一般考慮為動力的作用，將會引起建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動，在底層建筑中（十層以下或不超過 28 米的建筑物），一般僅考慮風(fēng)的靜力作用效應(yīng)；對于建筑則必須考慮風(fēng)壓脈動對建筑結(jié)構(gòu)的影響35。- 13 -第二章氣候特征以及風(fēng)環(huán)境評估標(biāo)準(zhǔn)圖2-1風(fēng)速的組成部分示意圖2.2.2 風(fēng)與大氣邊界的特性在地球的大地地面與大氣邊界層之間，著一層大氣層，它會使得風(fēng)吹過地面時由于有地面建筑物的存在或者其他構(gòu)筑物的存在時的風(fēng)總能量不斷的趨于減少的趨勢，在地面處減少的最為劇烈，隨著地面的上升風(fēng)速逐漸減小的趨勢慢慢的變小了，直至為零，這個能夠?qū)︼L(fēng)速產(chǎn)生影響的空氣層面，稱為大氣邊界層（圖 2-2）。大氣的風(fēng)速由于受地面

57、粗糙的影響，摩擦系數(shù)很大，這也是跟本地區(qū)所位于的緯度值決定的，隨著高度的增加風(fēng)速也在逐漸的增大形成了梯度風(fēng)速，現(xiàn)在樓層規(guī)劃設(shè)計都是在大氣層內(nèi)設(shè)計的，還沒有層的建筑處在大氣層外面，所以規(guī)劃時都很關(guān)注在地球大氣層內(nèi)流體在規(guī)劃布置區(qū)域內(nèi)的空氣流動問題?？諝獾奶卣鞑粌H和地面的地形地貌相關(guān)，還與建筑物的布局方式相關(guān)。地面的外貌特征能改變的地方很少，也不是很起作用，主要還是通過規(guī)劃布局來改變風(fēng)環(huán)境，大氣邊界能夠?qū)︼L(fēng)產(chǎn)生阻力的作用隨著產(chǎn)生如上圖的狀態(tài)。圖2-2風(fēng)與大氣邊界的示意圖2.2.3 風(fēng)與地面粗糙度的特性地面粗糙度與本地的地形地貌特征相關(guān)，離開了地面的限制范圍，地面對- 14 -第二章氣候特征以及風(fēng)環(huán)

58、境評估標(biāo)準(zhǔn)體的影響將會逐漸的減小，風(fēng)速就會隨著高度的增加而不斷的增大，大氣邊界層范圍內(nèi)的空氣流體存在粘性，流體粘性與流體的溫度相關(guān)，綜合起來考慮則風(fēng)速與地面粗糙度和溫度垂直梯度相關(guān)，這是在大氣層的一定高度內(nèi)存在相關(guān)，但是離開地面高度 300-500m 后，地面粗糙度對風(fēng)速的影響就不大了，這樣由于它們之間的這種關(guān)系形成的風(fēng)速就稱作為“梯度風(fēng)速”，高度也稱為梯度風(fēng)高度36。在 1916 年，man 很早就提出以上體與地面粗糙的這一規(guī)律，Davenport 根據(jù)以上的這些理論，他將這些理論應(yīng)用于實際的，進(jìn)一步的提出了他們之間實際的函數(shù)變化關(guān)系，即:（2-1）式中:Z0 的參數(shù)為在大氣邊界層內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)高

59、度值；參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)高度處的平均風(fēng)速，在國家規(guī)定的參考標(biāo)準(zhǔn)高度只有 1 0m；為計算的高度和計算高度處的平均風(fēng)速值；a 為地面粗糙度指數(shù)，地表對氣流的阻滯作用越強(qiáng)，a 也越大。在我國，參考現(xiàn)有的建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范(GB50009-2001) 37。它按照我國的地形地貌的特點，將地面的粗糙度分為 A、B、 C、D 四類。A 類指近海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區(qū)；B 類指田野、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)；C 類指有密集建筑群的城市市區(qū)；D 類指有密集建筑群目房屋較高的城市市區(qū)4237。這四類地貌的地面粗糙度指數(shù)和梯度風(fēng)高度，如表 2-1所示:4237表2-1地面粗糙度指數(shù) a 與

60、梯度風(fēng)高度 ZG由于D 類。市是屬于密集建筑群且建筑房屋較高的城市中心市區(qū)，因此屬于2.3 風(fēng)繞建筑物特性2.3.1 風(fēng)繞單體建筑物特性建筑物都處于完全開放的自然風(fēng)場中，由于空氣流體無法穿過建筑物固體，- 15 -地貌類別ABCDa0.120.160.220.3ZG300350400450第二章氣候特征以及風(fēng)環(huán)境評估標(biāo)準(zhǔn)流體的流向便會發(fā)生變化，流體在建筑物的周圍空間區(qū)域形成非常復(fù)雜的狀態(tài)。建筑外形設(shè)計形狀一般成方形或者類似方形結(jié)構(gòu)，很少設(shè)計成流線型，因此這些建筑都沒有很好的符合流體的特性。在建筑的拐角處，由于有棱角邊的存在，體吹過棱體形狀在過程中遇到了物，對流體產(chǎn)生局部的擾動，其分布的速度場和