阜阳某住宅小区室外风环境模拟分析

张 举 程海峰 赵晓康

(安徽建筑大学，安徽 合肥 230022)

0 引言

对于居住小区，合理的单体设计和群体布局可以形成良好的室外风环境。由于不同地区气候条件不同，其风环境也不同；本文针对阜阳地区某住宅小区的室外风环境进行模拟研究，为住区风环境设计、规划方案建筑布局、景观绿化布置提供设计依据。

1 工程概况

本工程位于安徽省阜阳市阜南县，西靠于集乡，南隔往流镇、王家坝镇，东邻曹集镇，北接王化镇，淮河北岸，处于南北分界线处。本工程总用地面积为26 806.06 m2，总建筑面积为39 690 m2，容积率为1.255，绿化率为35%，建筑密度24.5%。根据GB/T 50378—2014绿色建筑评价标准[1]中第4.2.6 条的评价方法对本小区室外风环境进行评价。

2 模拟分析

2.1 模型与网格划分

根据建筑总平面图以及其他相关资料建立小区的室外风环境模型，见图1。

2.2 气象参数

根据中国气象环境数据集1981年—2010年的气象数据[2]可得到阜阳地区各个季节室外气象参数(主要包括风速、风向以及风频等)如表1所示。

表1 阜阳地区室外气象参数

2.3 数学模型

采用标准k-ε模型对该项目的风环境进行数值模拟。

空气的湍流流动可用能量方程、动量方程、连续性方程、组分方程和k-ε方程共同来描述。这些方程都有共同的形式：

其中，四项分别为时间项、对流项、扩散项和源项；φ为通用变量；Γ为扩散系数。具体方程见表2。

表2 三维场模型控制方程组

表2中的常数如下：

ρ2=ρ1/[1+β(t1-t2)]。

其中，β为膨胀系数。

2.4 网格设置

网格参数对网格划分的精度和效果起决定性作用。

网格太密会导致计算速度下降并浪费计算资源；网格太疏导致计算精度不足结果不够准确，合理的网格方案需要考虑对计算域中不同的部分采用不同的网格方案。

Vent2014充分考虑以下影响网格划分和网格质量的因素：

1)建筑附近或者远离建筑的区域：前者要求网格较密，后者网格密度可以适当减小；

2)贴近地面的区域：网格需要加密以捕捉地面摩擦力对近地面层风场的影响；

3)贴近建筑的区域：网格需要加密以捕捉建筑表面摩擦力对靠近建筑表面风场的影响；

4)有明显局部特征的建筑物轮廓：如较大尺寸的尖角、凹槽、凸起，网格需要加密捕捉局部特征对风场的影响。

2.5 边界条件

本项目位于安徽省阜阳市，其室外气象参数，在计算模拟中，对风向和基准高度风速的设置如图2所示。

其中：Vh为高度为h时的风速，m/s；Vo为基准高度处的风速，m/s，一般以10 m为基准高度；n为指数，市区一般在0.2～0.5之间，空旷或临海地区一般取值为0.16。

本项目在县城区，因此在计算模拟中n值选取为0.16。

3 模拟结果分析

3.1 冬季模拟结果

由图3,图4模拟结果可知，冬季在1.5 m高度处人员活动区域风速在0.16 m/s～2.54 m/s之间，同时风场流畅；场地内最大风速为2.54 m/s，风速放大系数为1.29。

根据图5，图6可知，不考虑迎风第一排建筑外，项目中建筑迎背风面风压差在0 Pa～5 Pa范围内。

3.2 夏季模拟结果

由图7模拟结果可知，夏季在1.5 m高度处，风速在0.16 m/s～2.50 m/s之间，最大风速为2.50 m/s，人员活动区域风场流畅，无涡流和死角出现。

根据图8，图9可以看出，夏季本项目建筑可开启外窗绝大部分的风压差约为0.51 Pa～8.93 Pa，满足GB/T 50378—2014绿色建筑评价标准中的要求。

3.3 过渡季模拟结果

在过渡季主导风作用下，风速在0.17 m/s～2.66 m/s之间，最大风速为2.66 m/s，人员活动区域未出现涡流和死角，风场较为流畅(见图10)。

4 结语

通过对阜阳某住宅小区项目室外风环境模拟分析可知：

1)在冬季主导风向和风速下，项目场地人员活动区域风速均小于5 m/s，风速放大系数不大于2；满足除迎风第一排建筑外，建筑迎风面与背风面表面风压差不大于5 Pa；

2)在过渡季、夏季主导风向和风速下，本项目场地风速均小于5 m/s，绝大部分可开启外窗室内外表面的风压差约为0.6 Pa以上；同时场地内人活动区未出现涡旋区。

因此，阜阳某住宅小区项目满足GB/T 50378—2014绿色建筑评价标准中条目1.3.6的要求，满足人们对室外主要活动区域的风环境要求。