住宅小區的風環境模擬及評價

室外風環境模擬是綠色建筑認證模擬中的重要一項，國家的《綠色建筑評價標準》中對住宅的室外風環境有以下要求：其中 4.1.13規定“住區風環境有利于冬季室外行走舒適及過渡季、夏季的自然通風”和4.1.4規定“住區建筑布局保證室內外的日照環境、采光和通風的要求，滿足現行國家標準《城市居住區規劃設計規范》GB 50180中有關住宅建筑日照標準的要求“。本文對某住宅小區的風環境進行模擬和評價。

1.項目概況

本項目位于杭州市區，由四棟高層住宅組成。建筑高度都是30m。

建筑模型根據住宅的實際尺寸建立。并簡化到對風環境影響很小的拐角、凸起等。具體的幾何模型如下：

圖1：住宅小區建筑的幾何模型

本次分析模型以住宅小區的所有建筑為依據，根據建筑圖紙建立幾何模型。模擬計算區域的大小以不影響氣流流動為準。根據相關的規范和文獻等資料，確定室外計算區域為250X250mX90m，模型中以Y軸正方向為正北方向。網格如下圖4和圖5：

圖2 住宅小區的建筑模型網格

2. 模擬設置

2.1 計算=數設置

⑴梯度風邊界設置

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

式s：

Vh—高度為h處的風速，m/s；

V0—基準高度h0處的風速，m/s，一般取10 m處的風速；

n—指數。根據《建筑結構荷載規范》GB 50009—2001，地面粗糙度可分為A、B、C、D 四類：

——A 類指近海海面和海島、海岸、湖岸及沙漠地區，指數為0.12；

——B 類指田野、鄉村、叢林、丘陵以及房屋比較稀疏的鄉鎮和城市郊區，指數為0.16；

——C 類指有密集建筑群的城市市區，指數為0.22；

——D 類指有密集建筑群且房屋較高的城市市區，指數為0.30；

新加坡地毯科技園周邊風環境模擬時設置n值為0.22

⑵出口邊界條件

計算區域的出口為自由出口，壓力設置為環境壓力值

⑶計算收斂判據

CFD數值模擬代數方程的終止標準按連續性方程與動量方程殘差為1.0 E-3以下，能量方程殘差為1.0 E-6以下，收斂曲線如圖6所示：

圖3:收斂曲線

2.2 Case計算說明

根據《中國建筑熱環境分析專用氣象數據集》統計的杭州地區氣象數據設置3個CASE進行分析

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

3.計算結果

3.1評價方法

1.人行區域風環境

一般情況下要求規劃區建諼鎦芪人行區域距地1.5 m高度處的風速ν小于5 m/s，以達到滿足不影響人們正常室外活動的基本要求。

評價指標以風速狀況為主。

2.無風區或渦旋區

在某些區域是否會形成無風區或渦旋區，導致通風不暢，嚴重的阻礙空氣流動，影響室外散熱和污染物消散。

評價指標以流場、空氣齡分布狀況為主

3.建筑物前后風壓分布狀況

分析新加坡低碳科技園的立面上的風壓分布狀況，查看壓差是否達到夏季、過渡季節的自然通風以及冬季防風的要求。

評價指標以風壓狀況為主。

3.2風環境模擬結果評價

Case1主要分析在夏季和冬季主導風向為SSW，2.6m/s時，本項目周邊人行區域的舒適度、空氣質量及室內自然通風的可行性。舒適性

圖4夏季住宅小區1.5m高度的速度矢量圖

圖4為夏季、冬季主導風向為SSW，2.6m/s時，距地面1.5m高度處的流場分布情況。從圖中可以看到，整個項目的流場分布均勻，無滯風區域。風從建筑群的西南側進入，經過建筑群，最后由東北側離開建筑群。在項目西南側風速在1.5~2.0m/s，在項目東北側風速較少，在0.25-0.5m/s，項目其他區域的風速基本在0.5-1.0m/s之間。具體的風速分布如圖12所示，等值線的間距為0.25m/s。

圖5夏季住宅小區1.5m高度的速度等值線圖

圖5為夏季、冬季主導風向為SSW，2.6m/s時，距地面1.5m高度處的等值線圖。通過整理模擬所得的數據，在夏季、冬季主導風向為SSW，2.6m/s，新加坡低碳科技園項目周邊人行區域距地1.5m高度的初始風速為1.33m/s，最大風速1.87m/s分別是，可得風速放大系數為1.41。

空氣質量

圖6夏季住宅小區1.5m高度的空氣齡圖

圖6為在夏季、冬季主導風向為SSW，2.6m/s時6距地1.5m高度處空氣齡分布情況。從圖中分析可得，項目在西南側空氣齡較少，在40-80s之間：東北側的空氣齡較大，在80-150s左右。整個項目所在區域的空氣齡在200s以內，總體上說，項目本身及其周邊區域空氣更新速度較快，新鮮程度較高。
通風可行性

圖7夏季住宅小區1.5m高度的壓力等值線圖

圖7為夏季、冬季主導風向為SSW，2.6m/s時距地1.5m高度處的壓力分布情況。項目西南側的壓力基本在2.0Pa以上，東北側的壓力基本在-2.0Pa左右。這個項0的壓力差在4.0Pa以上。

4.結論

通過對住宅小區的風環境模擬結果分析，可以知道該住宅小區的人行高度1.5m處風速小于5m/s，符合國家標準的規定。整個小區的空氣齡在200s以內，空氣新鮮程度較高，小區建筑的前后壓力在4.0Pa左右，有利于進行自然通風。