赣州某沿江住区风环境特征及其优化策略研究★

李能琛 温小军 顾 义 皮佳媛 曾 颖

(江西理工大学建筑与设计学院，江西 赣州 341000)

0 引言

伴随着我国城市规模和人口密度快速增长，高层建筑密度的增加使得城市风环境渐趋“复杂化”，城市热岛效应愈加明显，城市风环境的状况愈加恶劣[1]。目前对于城市风环境的研究，主要分为：实地测试、物理模拟和计算机数值模拟；Shuzo Murakami对不同尺度的城市风环境进行了CFD数值模拟预测，研究城市内环境流场[2]。而居住区作为城市主要功能区，因其建筑规则与高密度的布局形式，使得周遭气流形成了“涡流效应”“狭管效应”等使得住区增加了强风天风害的可能性[3]。叶青等探究了居住街区的规模及其影响因素，辨析且确定了居住街区规模的6个影响因素，并提出建议[4]。

综上考虑，本文通过探寻影响小区内风环境因素的时空规律，综合运用PHOENICS模拟和场地实测的方法，对比分析关键点的数据结果，探究风环境影响因素，进而提出优化策略。

1 研究内容和方法

1.1 研究对象

赣州市属亚热带季风气候区，夏季盛行西南偏南(SSW)风，室外平均风速为2.0 m/s；冬季盛行东北偏北(NNE)风。实测小区位于赣州市章贡区章江南岸，排列形式为混合式，小区中部由4栋高层建筑围合形成中心绿地，南部边缘布置有裙房的行列式建筑。整个小区排列疏密适中，规划设计具备城市居住区共性，符合实验要求。

1.2 研究方法：住区风环境数据实测与CFD模拟比较研究

1.2.1 风环境数据模拟

1)风环境模拟过程。

a.计算域设置。

本研究以赣州市章贡区某已建成小区为主要模拟对象，在软件模拟中将建筑简化为40 m×15 m×75 m钝体，将环境理想化处理，以定常流作为研究主风向，建筑布局为混合式，进行场地无植被无地形高差条件下的风场模拟。

b.边界条件。

气流入口边界设置为速度入口边界，入流风速为10 m/s，场地尺度足够大于模拟区域；出口边界设置为自由出流，侧面与顶面模拟风洞实验设置为壁面，确认网格线密度足够且平均(见图1)。

2)模拟结果分析。

为利于住区风环境的实测研究与软件PHOENICS模拟分析，测点选择原则：a.记录背景风速作为参照组的最大风。b.建筑背风侧由于流线辐射、风流急速减弱的风影区。c.影响建筑室外微气候的广场绿地穿流区。d.建筑围合度较高的儿童活动场地涡流区。e.较为空旷的社区运动场地角流区。f.行人活动频率较高的主要交通道路迎风区(见图2)。

1.2.2 实地测定法

1)实测过程。

a.测点布置：根据软件对于无植被状态下风场模拟的结果，设置6处点位。测点高度为距离地面1.5 m处的行人高度，测时仪器正对风向，减小实测人员对风速的干扰。

b.测试时间：2019年12月22日7:30～19:30，单次取样间隔5 min，每15 min进行一次校正工作。测试总时长12 h。

c.测试仪器：热球式电风速仪。

2)实测仪器原理说明。

实测选用热球式电风速仪，原理为：风速计由测杆探和测量仪表两部分组成。探杆内部有一个直径0.6 mm的玻璃球，球内热电偶冷端直接暴露在气流中。当电流通过加热丝，玻璃球温度升高，仪表显示即为升高程度。根据读数查校正曲线即为实测风速(m/s)。

3)数据结果记录与分析。

a.住区风环境与市区风环境对比。

根据赣州市气象台播报的天气预报，实测当天市区平均风力为东北风4级～5级(5.5 m/s～10.7 m/s)。根据当日6个测点的测试数据统计，住区当日平均风速小于市区平均风速，加之所选住区沿江的区位，说明住区建筑具有一定程度的挡风效果。住区内最大阵风出现在住区中部③号点，说明住区中央绿地的风速并未得到有效的遏制。

b.住区风环境实测记录与分析。

根据模拟实验和建筑物周围的风场理论研究，将测点布置在：作为参考的最大风速；风影区；穿流区；涡流区；角流区；迎风区。

2 研究结果

2.1 预先模拟结果

初期模拟数值与实测数据平均值基本趋势相同，验证各点位选择的科学性(见表1，图3)。

表1 模拟风速与实测数据对比

2.2 现场实测结果

实测时对选定的六个测点1.5 m高处风速进行了测量，时间间隔为5 min，将六组数据取每1 h平均值，各测点可获得12组平均风速，将获得数据整理(见图4)。

2.3 数据结果分析

1)将整理出的数据与迎风面的1号点做比值，令基准线k1=1，其余比值依次为k2,k3,…,k6对应2,3,…,6号点与迎风点比值(见图5)。

将迎风面视作小区风环境的初始风速条件，当比值大于1时表明，风在穿过小区过程中，受局部小气候等因素影响，风速提高；反之则小区环境对风有一定抑制作用，判断此条件可以指导规划设计小区中风道和公共开敞空间的设计。

实验数据表明，k2,k4在一整天的风速数据中未超过1，点2位于风影区，其风速在通过小区后明显衰减，减小寒冷季节江风影响。点4选取角流区的儿童活动场地，分析原因为场地内树木绿化和建筑小品对角流区风速具有稳定作用，营造一个较为温和的活动场地。k3有50%为比值大于1，结合点位选择，3号点为中央广场的突起轴线上，空间较为开敞，考虑到风速的变化落差较大，应考虑在场地增加树木或构筑物，降低公共空间的风害问题。

2)绿化对风速影响。

相较于其他折线变化的趋势，4号点的温度曲线变化平稳，此现象验证补偿空间对于环境的稳定作用除四点周边环境绿化情况好，其他点位于硬质铺装处，绿化较少。

3 优化措施策略

对比上述小区的实测与模拟结果可以看出，测点2位于风影区，测点4位于小区南部建筑围合场地内，对比二者模拟风速和实测风速的结果可知，二者在6个点中都风速较小，由于模拟场地为无高程和绿化的理想场地，分析其通风效果受建筑排布影响较大，由于建筑周边围合物和绿化过多，场地围合度较高，且测点4处在风速过小的条件下，不排除局部气流不流通，温度上升，污染物等无法快速扩散的不良情况。

对于上述两测点，为加强其场地的通风能力，应当根据气候特征选择合适的树种和构筑物。建筑的南侧种植数量较多的较高大乔木，在炎热的夏季可以遮挡太阳对建筑的辐射，降低小区内部温度，而在冬季可以遮挡寒冷的江风，稳定小区内风热环境。

4 结论

通过对本次调研小区的实地调研和软件模拟结果进行对比，探索两种对风环境评价的方式之间的关联，得出以下结论：

1)软件模拟值均大于实测数据，考虑到实测会受到现场复杂环境和测定人员的操作干扰，而软件模拟则为无植被、无高差的理想化场地。2)虽二者在数值上有所偏差，但对比数据相对大小，其二者在数据起伏上趋势基本相同，因此两种方法有一定关联性。3)植物和小区内部构筑物配置可以改善小区内部风环境，应在规划布局和改善更新的过程中着重考虑，根据风道规划灵活布局设置相应特性的植物和小品构筑物。4)对于小区开敞空间，考虑到既要减小风害，也要保证炎热时期的局部通风，应结合地形起伏条件，灵活布局休憩设施，本着以人为本的原则，改善空间的适宜性。