大型商业综合体室外风环境模拟分析

高金墙（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司）

大型商业综合体室外风环境模拟分析

高金墙
（广东省建筑科学研究院集团股份有限公司）

通过利用CFD模拟技术对典型大型商业综合体室外风环境的特点进行了模拟分析，包括室外流场的形态、速度分布特点以及建筑外立面的风压分布。研究了此类建筑室外风环境优化设计的关键因素。

风环境；商业综合体；风速；风压

1　引言

从建筑物理学的角度来看，建筑环境主要关注建筑热湿环境、声环境、光环境和室内空气质量。其中，建筑的室外风环境是影响生活其中人员舒适性的重要内容，也是影响室内热环境的基础条件。合理的建筑布局、体型设计和室外园林绿化布置往往产生舒适的室外风环境和理想的室内自然通风，也会减少室内空调负荷，体现了节能、生态、绿色的建筑理念。

近年来，随着社会经济的发展，大型商业综合体建筑如雨后春笋般涌现。此类建筑的特点是，建筑占地面积大，往往和配套的高层住宅建筑同时设计开发，从而导致建筑密度大，周围室外风环境被严重影响，热舒适性下降。另一方面，此类综合体建筑高度有限，其外立面的风压大小及压差是否能够为室内通风创造足够的驱动力，也需要进一步研究。

本文从计算流体力学的角度，以CFD模拟计算软件为工具，对广州某大型商业综合体室外风环境进行模拟，分析其在冬、夏季主导风向下建筑周围人行区1.5m高度处的风速和风速放大系数。以此作为评判该项目的室外风环境的重要依据。

2　项目概况

广州某商业综合体总用地面积109552.8m2，建设用地面积89533m2，总建筑面积约384748m2，是集办公、酒店、商业、娱乐、餐饮为一体的多功能综合体。项目南面由三栋26层的高层写字楼、一栋20层的高层五星级酒店及2～3层城市商业裙楼组成，项目北面由两栋2～3层商业步行街及一栋5层商业综合体组成。项目综合容积率为3.2，建筑密度60%。

3　计算模型及边界条件

3.1 项目所在地气象参数

该项目所在地风向季节变化明显，5～7月多吹南风，其余各月以北风为主。项目所在地风玫瑰图如图1所示。

图1　项目所在地风玫瑰图

根据《广东省建筑气象参数标准》，选取全年各季节主导风向作为分析的工况见表1。

表1　计算选取的风速与风向

表1所列的风速，是气象台站记录的风速，一般是指在地面上10m处测得的风速。随着高度的增加，风速逐渐加大。在不同高度上的平均风速分布按下式计算：

式中：

v——高度为h处的风速，m/s；

v0——基准高度h0（取标准高度 10m）处的风速，m/s；

n——指数，主要与测定地点的地面粗糙度和温度垂直梯度有关，见表2。

表2　粗糙度指数n

根据项目位置以及周边建筑情况，模拟计算中，选择粗糙度指数为0.28。

3.2 物理模型

计算区域：

考虑到计算机内存容量和计算速度，在不影响计算结果的前提下适当简化模型。选取广州某大型商业综合体项目及周围建筑建立模型，如图2所示。

图2　广州某大型商业综合体项目建筑建模区域

3.3 结果分析

根据《广东省建筑气象参数标准》中的气象参数，项目所在地在五月～七月主要为南风，地面高10m处的风速为1.8m/s。项目南侧有若干山头，对来流有所遮挡，但是从模拟结果看，由于山头之间距离较大，且高度不高，导致其对本项目的影响不大。项目南侧的风速在0.9～1.7m/s之间；项目西侧风速在1.0～2.0m/s之间。项目北侧大部分范围风速在0.5～1.5m/s之间，局部风影区风速在0.5m/s以下。

另外，由于项目内部东西两侧各有一条南北走向的步行街作为通风通道，并被东西走向的步行街相连接，这非常有利于项目内部的室外自然通风。根据模拟结果，气流从东南角的开口进入步行街内部，导致行街风速在0.6～1.5m/s之间，风速适宜。其中，本项目内的高层酒店周围大部分风速在0.6～1.5m/s之间。

总之，在夏季南风工况下，本项目室外风速满足小于5m/s的规范要求，且室外气流组织运均匀，风速大小适宜。另外，从前后立面的风压图可看到，在过渡季节，本项目前后立面有较大的风压差，可以为本项目的室内自然通风提供有效的驱动力。

4　结论

通过对本项目全年各主导风向下的室外风环境进行分析，得到以下结论：

图3　主导风为南风时，广州某大型商业综合体地面行人高度风速矢量图

图4　主导风为南风时，广州某大型商业综合体迎风面风压云图

当主导风向为北风时，项目北侧的风速在1.5～2.5m/s之间，西侧风速在2.8～3.3m/s之间，南侧大部分范围风速在0.5～1.5m/s之间，内部步行街风速在1.0～2.5m/s之间。其中，高层酒店西侧风速也在2.8～3.3m/s之间，而南侧及东侧处于风影区，风速较小，大约在0.4～0.8m/s之间。

当主导风向为南风时，项目南侧风速在0.9～1.7m/s之间，西侧风速在1.0～2.0m/s之间，北侧大部分范围风速在0.5～1.5m/s之间，局部风影区风速在0.5m/s以下。其中高层酒店周围大部分风速在0.6～1.5m/s之间。

以上两种主导风向下，风速适宜，气流组织均匀，满足＜5m/s的规范要求。另外，建筑迎风面和背风面的风压差可为室内自然通风创造有效的驱动力，有利于室内自然通风。

整体上，广州某大型商业综合体室外风环境良好。

［1］李岳，刘轩，刘倩，余凯伦.CFD技术在绿色建筑室内外通风设计中的应用［J］.建筑节能，2015，（5）：77-80.

［2］刘倩，赵波，余凯伦.大型住区的室外风环境和热环境研究——以广州万科府前花园为例 ［J］.建筑节能，2015，（10）：58-62+105.