梁朋雲(yún)，楊雙亮

（山西省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司，太原030012）

樹木對建筑小區(qū)風(fēng)壓環(huán)境影響的模擬研究

梁朋雲(yún)，楊雙亮

（山西省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司，太原030012）

實(shí)現(xiàn)降低建筑物能源消耗的方式之一是從建筑方案的設(shè)計(jì)階段的源頭考慮建筑物的風(fēng)壓環(huán)境。創(chuàng)造優(yōu)良的建筑風(fēng)壓環(huán)境，有助于實(shí)現(xiàn)城市小區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。論文闡述了CFD（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）數(shù)值模擬工具在分析樹木對建筑小區(qū)風(fēng)壓環(huán)境影響的一般流程，并通過案例說明了樹木對建筑室外風(fēng)壓環(huán)境的影響。

樹木;室外風(fēng)壓環(huán)境;CFD;模擬

1 引言

目前，CFD數(shù)值模擬技術(shù)廣泛用于溫度場、壓力場的模擬及預(yù)測。論文通過數(shù)值模擬，預(yù)測城市小區(qū)在不同樹木種植方案的條件下的壓力場及速度場，并以此提出了用于改善建筑風(fēng)壓環(huán)境的具體方案。根據(jù)《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/ T50378—2014）[2]和《中國生態(tài)住宅建筑技術(shù)評估手冊》[3]（以下簡稱“評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)”和“評估手冊”）相關(guān)指標(biāo)，應(yīng)用CFD數(shù)值模擬技術(shù)，模擬已初步成型的規(guī)劃方案的風(fēng)壓環(huán)境，并得出具體指標(biāo)。模擬出的室外風(fēng)壓環(huán)境不能滿足手冊及標(biāo)準(zhǔn)的要求時(shí)，可通過種植綠色樹木改善建筑物室外的風(fēng)壓環(huán)境。

2 基于CFD模擬樹木在改善建筑小區(qū)風(fēng)壓環(huán)境中的應(yīng)用

2.1 建筑物風(fēng)壓環(huán)境評價(jià)指標(biāo)

依據(jù)“評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)”和“評估手冊”中對室外風(fēng)壓環(huán)境的具體要求，即根據(jù)當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)玫瑰圖，模擬預(yù)測該地典型特征氣象條件下的風(fēng)壓環(huán)境，并使其滿足建筑物周圍風(fēng)速小于5m/s（行人區(qū)垂直1.5m處），并使建筑的前后壓差不大于5Pa（冬季），或保證75%以上的建筑（板式）前后保持2Pa左右的壓力差，以避免局部發(fā)生死角和漩渦，達(dá)到保證室內(nèi)能進(jìn)行有效的自然通風(fēng)的目的。

2.2 基于FLUENT模擬樹木在改善建筑小區(qū)風(fēng)壓環(huán)境中的應(yīng)用流程

對于室外風(fēng)壓環(huán)境，通過應(yīng)用CFD數(shù)值模擬技術(shù)，模擬、預(yù)測、判斷、改善與評價(jià)建筑小區(qū)的室外風(fēng)壓環(huán)境[1]。論文的分析對象為已初步成型的設(shè)計(jì)方案建筑物的室外風(fēng)壓環(huán)境，運(yùn)用FLUENT6.3軟件對建筑室外風(fēng)壓環(huán)境進(jìn)行模擬分析。若分析結(jié)果不能滿足建筑風(fēng)壓環(huán)境評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的具體指標(biāo)，則采用種植綠色樹木（采用不同的布置形式）的方式來改善建筑風(fēng)壓環(huán)境，以此滿足室外風(fēng)壓環(huán)境評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及手冊的指標(biāo)。

2.3 案例分析

通過一個(gè)具體案例來介紹FLUENT6.3數(shù)值模擬軟件模

擬、預(yù)測、判斷、改善建筑小區(qū)風(fēng)壓環(huán)境的具體操作方法，案例的模擬工況為夏季。

2.3.1 模型的建立

通過建筑學(xué)SketchUp軟件建立小區(qū)建筑物的規(guī)劃模型，如圖1所示。

圖1 通過SketchUp軟件生成的建筑小區(qū)模型

2.3.2 模擬結(jié)果

依據(jù)“評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)”和“評估手冊”中對室外風(fēng)壓環(huán)境的具體指標(biāo)數(shù)值，截取了模擬結(jié)果中的風(fēng)速度場圖、壓力場分布圖（行人區(qū)垂直1.5m處），如圖2～圖5所示。

2.3.3 模擬結(jié)果分析

通過軟件模擬可以看出：在行人區(qū)垂直1.5m處，方案1中空氣速度最高值為5.11m/s；方案2中空氣速度最高值為5.12m/s。雖然這2種方案的速度最大值均超過了標(biāo)準(zhǔn)和手冊的要求值（最大風(fēng)速5m/s），但方案2速度最高值5.12m/s發(fā)生在小區(qū)的左上區(qū)域，不在建筑小區(qū)內(nèi)，因此，不選擇。而方案1與方案2相似，速度最高值5.11m/s發(fā)生在小區(qū)的左半?yún)^(qū)域，同樣不滿足室外風(fēng)壓環(huán)境評價(jià)指標(biāo)要求，因此，需要通過種植綠色樹木，以改善建筑小區(qū)室外風(fēng)壓環(huán)境。

此外，為了預(yù)測建筑物室外風(fēng)壓環(huán)境中的壓力是否符合設(shè)計(jì)指標(biāo)，還需預(yù)測建筑物前后的風(fēng)壓力差。在建筑物的前后表面均勻布設(shè)壓力測點(diǎn)，通過模擬數(shù)據(jù)結(jié)果分析計(jì)算建筑物前后對應(yīng)壓力測點(diǎn)的壓力差，通過統(tǒng)計(jì)不滿足壓差的對應(yīng)壓力測點(diǎn)占總測點(diǎn)的百分比作為判斷壓力指標(biāo)是否滿足標(biāo)準(zhǔn)的根據(jù)。

對方案2實(shí)施壓力取點(diǎn)，看是否滿足要求。從建筑前后壓力測點(diǎn)的相關(guān)數(shù)據(jù)得出：方案2中，能保證80.77%的板式建筑前后維持在2Pa左右的壓差。因此，方案2滿足建筑風(fēng)壓環(huán)境評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 方案1的1.5m處空氣速度模擬矢量圖

圖3 方案1的1.5m處壓力模擬云圖

圖4 方案2的1.5m處空氣速度模擬矢量圖

圖5 方案2的1.5m處壓力模擬云圖

3 室外風(fēng)壓環(huán)境的改善

通過軟件模擬顯示：方案1不能滿足“評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)”和“評估手冊”中的指標(biāo)，因此，需采用種植綠色樹木的方式優(yōu)化建筑小區(qū)風(fēng)壓環(huán)境。

依據(jù)樹木種植的不同區(qū)域，提出2種綠色樹木種植方案（見圖6），用于改善建筑小區(qū)風(fēng)壓環(huán)境。（1）在空氣速度較高的樓宇間種植樹木；（2）在空氣速度較高的迎風(fēng)面種植綠色樹木。改善后的模擬結(jié)果如圖7～圖10所示。

圖6 綠色樹木種植方案

根據(jù)模擬結(jié)果可以看出：在行人區(qū)垂直1.5m處，方案3的最高風(fēng)速為5.53m/s；方案4的最高風(fēng)速為4.89m/s。從評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)判斷，方案4滿足建筑物室外風(fēng)壓環(huán)境指標(biāo)中對風(fēng)速的要求，方案3不滿足。

為了判斷改善后方案4是否同時(shí)滿足對風(fēng)壓力差的要求，對修改后方案4的建筑前后分別取相對應(yīng)壓力測點(diǎn)。從壓力測點(diǎn)的數(shù)據(jù)得出：方案4能保證76.923%的板式建筑前后維持在2Pa左右的壓差，因此，滿足標(biāo)準(zhǔn)及手冊中的指標(biāo)。

從以上2個(gè)不同的改善方案來看，種植綠色樹木并不是就可以達(dá)到改善建筑小區(qū)風(fēng)壓環(huán)境的效

果。若樹木種植區(qū)域不當(dāng)，極有可能導(dǎo)致小區(qū)內(nèi)局部區(qū)域發(fā)生漩渦，進(jìn)而對小區(qū)風(fēng)壓環(huán)境產(chǎn)生不利影響。因此，在選擇種植綠色樹木方案時(shí)，應(yīng)合理安排布置區(qū)域，合理搭配合適樹種，從而營造健康、舒適城市小區(qū)建筑室外風(fēng)壓環(huán)境。

圖7 方案3的1.5m處空氣速度模擬矢量圖

圖8 方案3的1.5m處壓力模擬云圖

圖9 方案4的1.5m處空氣速度模擬矢量圖

圖10 方案4的1.5m處壓力模擬云圖

4 結(jié)論

面對越來越差的建筑室外風(fēng)壓環(huán)境，如何改善建筑室外風(fēng)壓環(huán)境日益受到重視。論文提出的通過綠樹改善小區(qū)風(fēng)壓環(huán)境的方法為城市建筑小區(qū)規(guī)劃提出了一種新的思路，從而為人類營造更加優(yōu)良的小區(qū)風(fēng)環(huán)境。

【1】GB/T 50378—2014綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[S].

【2】中國建筑科學(xué)研究院，等.中國生態(tài)住宅技術(shù)評估手冊[K].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

【3】夏春海，朱穎心，林波榮.方案設(shè)計(jì)階段建筑性能模擬方法綜述[J].暖通空調(diào)，2007，37(12):32-40.

Simulation of the Influence of Trees on the Wind Environment of Building Community

LIANG Peng-yun,YANG Shuang-liang
(Shanxi Industrial Equipment Installation Co.Ltd.,Taiyuan 030012,China)

One way to reduce building energy consumption is consideration of building wind pressure environment from the design stage construction plan.Creating excellent building wind environment,can realize the sustainable development of city district.This paper describes the general process of the CFD(computation fluid dynornics)as a numerical simulation tools in the analysis of trees on the building area of wind pressure on the environmental,and through a case illustrates the impact of trees on the out door wind pressure on the environment.

trees;outdoor wind environment;CFD;simulation

TU201.5；TU119

A

1007-9467（2016）11-0015-03【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.108

2016-10-24

梁朋雲(yún)（1986～），女，河北隆堯人，工程師，從事風(fēng)壓環(huán)境及能耗分析研究。