上海某绿色办公大楼风环境分析与评价

潘峰 ，徐大为 ，尹琰琰 ，杨子明 ，励志俊

（1.上海建工五建集团有限公司，上海 200063；2.誉德生态技术咨询（上海）有限公司，上海 200040）

1 概述

1.1 工程概况

上海某办公大楼项目（见图1）位于上海市普陀区大渡河路金沙江路路口，紧邻大渡河路地铁站，总建筑面积为17 955.58m2。地上为12 层办公楼，地下为3 层停车库。

1.2 自然环境

由上海气象资料得关键气象数据：春季ESE 风向最多，频率11.91%，平均风速3.8m/s；夏季ESE 风向最多，频率14.96%，平均风速3.4m/s；秋季NNE 风向最多，频率14.41%，平均风速3.8m/s；冬季NNE 风向最多，频率14.24%，平均风速3.5m/s。

图1 上海某办公大楼项目鸟瞰图

2 风环境的影响

对于室内外风环境产生的舒适度影响，由调查统计得：对于建筑周围行人区，风速均布、频率＜10%、风速＜5m/s 时，舒适度为优秀；风速均布、频率＞10%且＜20%时，舒适度为良好；风速均布、频率＞20%、风速＞5m/s 时，舒适度为不良；风速不均、2m 范围内平均风速变化达70%时，舒适度为不良。对于建筑室内区，风速在0.15～2.0m/s 时，舒适度为优秀【1～5】。

3 风环境评价流程

3.1 风环境模拟分析参考依据

风环境模拟分析参考依据见参考文献【6～9】。

3.2 风环境评价标准

3.2.1 室外风评价标准

对于冬季：除迎风第一排建筑外，建筑迎风面与背风面表面风压差不超过5Pa 时，得1 分；建筑物周围人行区风速低于5m/s，且室外风速放大系数小于2 时，得2 分。

对于夏季、过渡季：50%以上可开启外窗中室内外表面风压差大于0.5Pa 时，得1 分；场地内人活动区不出现涡旋或无风区时，得2 分。

3.2.2 室内风评价标准

过渡季节室内自然通风评分规则根据面积比例RR 来确定。当 60%≤RR＜65%时，得 6 分；65%≤RR＜70%时，得 7 分；70%≤RR＜75%时，得 8 分；75%≤RR＜80%时，得 9 分；80%≤RR＜85%时，得 10 分；85%≤RR＜90%时，得 11 分；90%≤RR＜95%时，得 12 分；RR≥95%时，得 13 分。

4 风环境模拟分析

4.1 室外风模拟分析

4.1.1 几何模型

本项目采用斯维尔Vent2016 软件进行数据模拟分析，室外风场尺寸的确定依据参考文献【7】。

4.1.2 参数设置

数值模拟计算的必要条件是边界条件的确定。入口边界需要对入口风设置及梯度风选用，出口边界需要对空气出流考虑及设置，边界条件则需选自由出口方式。

4.1.3 模拟工况

本项目典型的夏季、冬季和过渡季工况是通过上海市全年的气象参数来确定。工况1 为夏季典型工况，ESE(东南偏东112.5°)为主导风向，平均风速3.4m/s；工况2 为冬季典型工况，NNE（东北偏北22.5°）为主导风向，平均风速 3.5m/s；工况3 为过渡季秋季典型工况，NNE（东北偏北22.5°）为主导风向，平均风速3.8m/s；工况4 为过渡季春季典型工况，ESE（东南偏东112.5°）为主导风向，平均风速 3.8m/s。

4.1.4 模拟结果分析

1）工况1（夏季典型工况）

由图2 的数据可知：人行高度处的风速大致处于合理区间（0.5～5m/s），弱风区较少，人们在该区域活动可以获得极好得舒适度，属于良好的室外风环境。模拟结构图中等值线间距约为 0.05m/s（下同）。

图2 夏季的人行高度处风速云图

分析建筑表面迎风侧及背风侧压力的分布情况，由图2的数据可知：迎风侧的前后表面静压差都处于5Pa 以上，门窗内外风压远大于0.5Pa，夏季室内自然通风得到保证。

2）工况2（冬季典型工况）

由图3 的数据可知：人行高度处的风速（0.5～5m/s）大致处于合理区间。基于人体舒适度目标，可以不采取太多的防风措施。

图3 冬季的人行高度处风速云图

分析建筑表面迎风侧及背风侧压力的分布情况，由图3的数据可知：迎风侧的前后表面静压差都处于5Pa 以内，迎风面风压超过5Pa。

3）工况3（过渡季中春季典型工况）

由图4 的数据可知：弱风区大部分在南侧之外，人行高度处的风速大部分都分布在0.5～5m/s 区间，满足标准规范中的要求。

图4 春季的人行高度处风速云图

分析建筑表面迎风侧及背风侧压力的分布情况，由图4的数据可知：迎风侧前后表面静压差较大，都是处于5Pa 以上，门窗内外压差大于0.5Pa，对过渡季室内自然通风极为有利。

4）工况4（过渡季中秋季典型工况）

由图5 的数据可知：建筑风环境中的弱风区存在于南侧之外，人行高度处的风速大部分都分布在0.25～4m/s 区间，满足标准规范中的要求。

图5 秋季的人行高度处风速云图

分析建筑表面迎风侧及背风侧压力的分布情况，可以得到：由于迎合过渡季主导风向建筑较多，建筑前后表面静压差较大，均在5Pa 以上，门窗内外压差都大于0.5Pa，对过渡季室内自然通风极为有利。

4.2 室内风模拟分析

4.2.1 几何模型

本项目室内自然通风模型如图6 所示。

4.2.2 模拟分析结果

依据绿建标准，室内通风关注室内某个水平或者垂直剖面上气流组织分布是否合理，通风开口面积与地面面积比以及换气次数。对于房间通风换气的次数要求，根据GB/T 50378—2019《绿色建筑评价标准》，由软件计算可知，本工程通风换气次数高于2 次/h 的面积为8 615.7m2，通风换气总面积9 573.5m2，通风换气面积比例达90.03%。

图6 本项目几何模型

4.3 气流组织分析

4.3.1 人行高度处风速流线分析

分析结果：迎风侧房间气流组织分布表现良好；背风侧房间的气流表现较缓且无涡流产生，房间的整体通风良好。需要注意的是：图7 中5F 的内区会议室流场较弱。

图7 5F 人行高度处风速矢量图

4.3.2 人行高度处风速分析

风速云分析表明绝大部分的房间是可以由迎风侧的进风气流带来有效气流。各不利楼层的风速分布为：1 层风速分布在 0.12～2.0m/s 范围，2 层与 3 层风速分布在 0.5～2.0m/s 范围，5层与11 层风速分布在0.3～2.5m/s 范围，12 层风速分布在0.5～2.5m/s 范围。各不利楼层人体舒适度均满足要求。

4.3.3 人行高度处风空气龄分析

各不利楼层人行高度处的空气龄云分析结果表明各楼层整体气流空气龄及局部突出部位空气龄分布，各不利楼层风空气龄整体分布、局部突出部位及通风情况如表1 所示。

表1 人行高度处的风空气龄云图信息表

5 结语

本项目对室外风环境完成了4 种工况下的模拟分析与评价。在面对冬季风的情况下，人行高度处的风速表现为0.5～5.0m/s（小于 5m/s），风速的放大系数表现为 1.25～1.98（小于2）。建筑的北侧风压表现较高，建筑表面风压差高于5Pa，需注意冬季防风，使整体达到较好的舒适度。在面对夏季和过渡季风情况下，建筑前后风压差大部分表现为5Pa 以上，无涡旋出现或无风区形成，有利于用自然通风来优化室内热环境。

室内风环境方面，迎风侧因有较大的面积开口，使得大部分的功能房间能够通过建筑迎风侧的进风气流产生有效气流，其对应的风速分布是0.15～2.0m/s，符合人体舒适度的要求；背风侧局部区域风速较小。主要功能房间通风表现良好，换气次数要求标准对于90.03%主要功能房间都满足。