基于CFD模拟下群体建筑的通风策略分析研究——以圆山德国风情小镇商业街为例

刘惠芳，胡毅 （合肥学院建筑工程系，安徽 合肥 230601）

建筑形态和布局设计对建筑节能有非常重要的影响。群体建筑布局是影响室内外风环境的关键因素。充分利用风环境，能够较好地解决自然通风问题。CFD模拟在小区域的风环境分析研究较好，CFD模拟技术有着非常广阔的应用前景[1]。国外很多国家已经较早开始将CFD技术应用到建筑设计中，如法国弗朗西斯·阿拉德采用CFD技术对建筑自然通风相关领域做出许多基础研究[2]；英国雷丁大学哈兹米·奥比研究了建筑通风与人体舒适性、房间气流组织设计等多个方面[3]。目前国内也较多运用研究。本文通过对圆山德国风情小镇商业街不同的建筑布局进行风环境模拟对比，探索从风环境角度指导群体建筑的优化设计。

1 项目概况

圆山德国风情小镇建设地点在安徽省巢湖地区袁家山周边，环巢湖大道两侧，规划总用地面积157945m2，总建筑面积 205092m2，占地面积 15.8hm2。建设内容主要为商业街及配套公建等，游艇码头商业街项目周边现状如图1所示。

2 几何模型

图1 游艇码头商业街项目周边现状

模型外场尺寸选择主要以不影响建筑群边界气流流动为准，根据相关工程经验并做模拟试算后得出模型的计算区域设置。目标建筑区域：441m×500m×12m（长×宽×高）；模型的计算区域：1600 m×1600m×100m（长×宽×高）。目标建筑覆盖区域小于整个计算区域面积4%∶1%=（2646000/256000000）<4%；目标建筑为中心，半径5H（建筑高度）范围内为水平计算区域：689m（10H+579m）<1600m；半径 5H的范围内周边建筑已建出，项目周边状况如图2所示。在来流方向，建筑前方距离计算区域边界大于2H，建筑后方到计算区域边界大于6H。建筑Z轴计算区域高度为 100m（3H+64m）（H 建筑高度）：36m（3H）<100m，模型中沿Y轴正方向设置为北向。

3 模拟工况

根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》可知合肥地区的冬季、夏季以及过渡季节在最多风向条件下的风速情况设定3个模拟工况，具体风向及风速如表1所示。

合肥市室外风环境气象参数 表1

《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2014）的4.2.6条要求：“场地内风环境有利于室外行走、活动舒适和建筑的自然通风”。

工况1、2、3分别分析在夏季主导风向的平均风速条件下场地内人活动区是否有涡旋或者无风区。基于上述工况，利用软件建立模型，图2、图3分别给出了模型1、2、3对应的室外风环境分析模型和网格模型，图4给出了模型1、2、3建筑布局变化图。

图2 游艇码头商业街项目室外风环境模拟分析模型

图3 游艇码头商业街项目室外风环境模拟分析网格模型

图4 游艇码头商业街三种布局变化图

4 商业街室外风环境模拟分析

4.1 模型一分析（夏季）

模拟夏季平均风速情况下建筑周边流场分布状况时，设定主导风向为S，风速为2.9m/s。截取1.5 m高度处流场、风速进行分析，主要说明规划区风速大小及相对变化情况。

图5 距地1.5m高度风速云图、风速放大系数云图和风速矢量图（夏季）

图5可知在2.9m/s的S风场下，项目周边人行区域流场分布均匀，基本无涡流形成，但在a、b两处风速相对较低，从而导致部分区域空气流通较差，易形成无风区或涡流区。建筑周边人行区域的最大风速接近3.0m/s，风速放大系数最大值为1.03，基本满足《绿色建筑评价标准》GB 50378-2014“场地内人活动区不出现涡旋或无风区”的规定。

4.2 模拟二分析（夏季）

模型二商业街建筑布局进行局部调整，主要为图4模型二1、2、3处进行体块切割。模拟夏季平均风速情况下建筑周边流场分布状况时，设定主导风向为S，风速为2.9m/s。截取1.5 m高度处流场、风速进行分析，主要说明规划区风速大小及相对变化情况。

图6 距地1.5m高度风速云图、风速放大系数云图和风速矢量图（夏季）

由图6可知在2.9m/s的S风场下，项目周边人行区域流场分布均匀，基本无涡流形成，整体通风状况良好。但是在d处风速较低，易形成无风区或涡流区，不利于夏季的通风。建筑周边人行区域的最大风速接近3.2m/s，风速放大系数最大值为1.10，基本满足《绿色建筑评价标准》GB 50378-2014“场地内人活动区不出现涡旋或无风区”的规定。

4.3 模拟三分析（夏季）

模型三主要针对模型二风环境问题，建筑布局进行调整，主要为在图4模型三的4、5两处进行体块切割。模拟夏季平均风速情况下建筑周边流场分布状况时，设定主导风向为S，风速为2.9m/s。截取1.5 m高度处流场、风速进行分析，主要说明规划区风速大小及相对变化情况。

图7 距地1.5m高度风速云图、风速放大系数云图和风速矢量图（夏季）

图7可知在2.9m/s的S风场下，项目周边人行区域流场分布均匀，无涡流形成，整体通风状况好。建筑周边人行区域的最大风速接近3.6m/s，风速放大系数最大值为1.24，满足《绿色建筑评价标准》GB 50378-2014“场地内人活动区不出现涡旋或无风区”的规定。因此，在2.9m/s的S风场下，建筑的室外风环境符合舒适度要求。

5 结论与建议

模型一、二、三均满足《绿色建筑评价标准》GB/T 50378-2014第4.2.6条“场地内风环境有利于室外行走、活动舒适和建筑的自然通风”的标准要求，但三种模型存在不同之处。

模型一在夏季工况下，a、b两个区域风速较低，不利于夏季空气流通，易形成涡流区。模型二在夏季工况下，d区域风速较低，不利于夏季空气流通，易形成涡流区。模型三无明显涡流区，通风状况好。模型三相对模型一、二的群体建筑布局，主要通过局部体块切割处理，形成舒适的风环境。模型三群体建筑形态布局合理，有利于群体建筑的风环境，增强人的舒适性。

为了更好地营造建筑、气候与使用者三者之间的关系，从人体舒适性着手，探索群体建筑通风策略，建议建筑群体组合时可以通过体块分散、切口，有利于群体建筑周边和内庭（院）的气流组织，提高舒适度。