榮婧宏， 吳松濤

（哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院，寒地城鄉(xiāng)人居環(huán)境科學(xué)與技術(shù)工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150001）

0 引言

隨著國(guó)家推動(dòng)鄉(xiāng)村振興進(jìn)程的加快，探索鄉(xiāng)村規(guī)劃方法成為學(xué)科研究新的熱點(diǎn)，在生態(tài)宜居理念的主導(dǎo)下，適宜鄉(xiāng)村的生態(tài)規(guī)劃建設(shè)成為必經(jīng)之路。營(yíng)造宜居的鄉(xiāng)村環(huán)境不僅需要舒適的室內(nèi)環(huán)境和生活、生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施，更需要構(gòu)建舒適宜人的室外環(huán)境。徐乃雄于2002 年出版的《城市綠地與環(huán)境》一書(shū)中針對(duì)城市綠地對(duì)于室外物理環(huán)境包括風(fēng)環(huán)境的影響，進(jìn)行了研究論述。邵傳平、王薇等學(xué)者針對(duì)防風(fēng)林的空氣動(dòng)力學(xué)遮蔽機(jī)制進(jìn)行了數(shù)值分析和系統(tǒng)研究，推導(dǎo)多孔隙防風(fēng)林帶的數(shù)值模型和模擬過(guò)程［1］。林波榮等學(xué)者將ENVI-met 引入國(guó)內(nèi)，開(kāi)展了一系列關(guān)于綠化對(duì)室外熱環(huán)境影響的模擬研究，并通過(guò)實(shí)測(cè)和模擬等手段，針對(duì)居住小區(qū)冬季植被優(yōu)化進(jìn)行設(shè)計(jì)研究［2］。程向明通過(guò)CFD 模擬研究綠化植物對(duì)于單體建筑周圍和小區(qū)的風(fēng)環(huán)境影響，驗(yàn)證了數(shù)值模擬植物綠化（喬木、灌木）的準(zhǔn)確性［3］。洪波、林波榮通過(guò)對(duì)北京某小區(qū)的冬季室外風(fēng)環(huán)境實(shí)測(cè)模擬，結(jié)合熱環(huán)境變化，研究為了阻擋冬季風(fēng)的住區(qū)室外風(fēng)環(huán)境植被優(yōu)化設(shè)計(jì)方法［4］。對(duì)于鄉(xiāng)村來(lái)說(shuō)，由于建筑密度相對(duì)較低，且組團(tuán)相對(duì)散亂，多處于平坦開(kāi)闊區(qū)域，建筑群缺少圍護(hù)結(jié)構(gòu)暴露于自然風(fēng)場(chǎng)中，受風(fēng)環(huán)境的影響較大。且寒地環(huán)境不僅會(huì)影響居住安全問(wèn)題，造成的環(huán)境氣溫低及冷風(fēng)滲透等會(huì)嚴(yán)重影響到居住環(huán)境的舒適度，極大提高室內(nèi)取暖的能耗，提高寒地鄉(xiāng)村社區(qū)居住成本，從而減少寒地鄉(xiāng)村的居住吸引力，難以形成宜居宜業(yè)的鄉(xiāng)村環(huán)境。

植物對(duì)于改善氣候、美化環(huán)境一直以來(lái)扮演著不可或缺的作用。在冬季，植物可以通過(guò)不同的種植組合形成風(fēng)屏障，對(duì)于不同來(lái)向的冷風(fēng)進(jìn)行阻隔、引導(dǎo)，為住區(qū)提供良好的風(fēng)環(huán)境。

1 基礎(chǔ)研究

寒地城市多處于冬季寒冷漫長(zhǎng)，夏季炎熱干燥，且過(guò)渡季節(jié)較為短暫的地區(qū)。在寒地大風(fēng)天氣會(huì)極大影響居民的出行及室外活動(dòng)舒適度，尤其在氣溫較低的季節(jié)，寒風(fēng)凜冽極為不利于人們的生產(chǎn)生活［5］。

不同氣象條件下的植物防風(fēng)效果是一個(gè)動(dòng)態(tài)發(fā)展變化的過(guò)程，植物的特性隨季節(jié)發(fā)展變化。諸如不同區(qū)域尺度之類的因素的多樣性使得難以量化植物與風(fēng)環(huán)境之間的關(guān)系，因此需要進(jìn)行詳細(xì)分析。針對(duì)植物防風(fēng)作用的研究多是針對(duì)溫帶亞熱帶氣候，缺乏對(duì)于寒地的研究，尤其是針對(duì)鄉(xiāng)村地區(qū)防風(fēng)林防風(fēng)作用的研究十分匱乏?？傮w而言，當(dāng)前有關(guān)改善寒冷地區(qū)鄉(xiāng)村社區(qū)風(fēng)環(huán)境的研究遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國(guó)家鄉(xiāng)村振興和規(guī)劃的步伐。然而防風(fēng)林對(duì)于寒地鄉(xiāng)村風(fēng)環(huán)境具有重要意義，因此文中以此作為切入點(diǎn)進(jìn)行研究。

2 研究對(duì)象及研究方法

2.1 研究對(duì)象選取和數(shù)據(jù)來(lái)源

根據(jù)東北三省近2000 多個(gè)村鎮(zhèn)衛(wèi)星圖進(jìn)行觀測(cè)篩選和實(shí)地調(diào)研，根據(jù)形態(tài)學(xué)比例將東北寒地住區(qū)空間形態(tài)分為了團(tuán)型、帶型和放射型［6］。其中最為典型的為團(tuán)型社區(qū)。

表1 東北寒地村鎮(zhèn)空間布局形式

研究表明寒地典型鄉(xiāng)村社區(qū)總體布局以團(tuán)型及帶型居多，社區(qū)長(zhǎng)寬比多介于1.5∶1～4∶1，多沿道路附近分布，主干道交叉路口區(qū)域及丁字路口區(qū)常形成大型社區(qū)，鄉(xiāng)村社區(qū)內(nèi)部存在網(wǎng)格型路網(wǎng)。

從建筑布局來(lái)看，寒地住宅建筑多呈行列式布局，院落結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，少部分社區(qū)會(huì)存在圍合式建筑和行列式復(fù)合存在。

為方便實(shí)測(cè)研究及數(shù)據(jù)獲取，通過(guò)系統(tǒng)抽樣結(jié)合文獻(xiàn)綜述的方法，通過(guò)對(duì)哈爾濱市周邊近500 個(gè)村莊的衛(wèi)星圖識(shí)別，綜合考量鄉(xiāng)村的空間形態(tài)及建筑布局篩選，篩選出典型團(tuán)型社區(qū)即長(zhǎng)寬比約為1.5∶1 的哈爾濱市道里區(qū)小楊家屯社區(qū)見(jiàn)圖1，進(jìn)行數(shù)值模擬研究。

圖1 典型團(tuán)型社區(qū)小楊家屯總平面

由于研究針對(duì)風(fēng)環(huán)境優(yōu)化研究，選取哈爾濱4 月份時(shí)進(jìn)行風(fēng)環(huán)境測(cè)試，具體測(cè)試時(shí)間為早9：00～11：30，當(dāng)日天氣最高氣溫20℃，最低氣溫1℃，持續(xù)風(fēng)向?yàn)槲鞅憋L(fēng)，風(fēng)速等級(jí)為5～6級(jí)。共設(shè)置11個(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)速實(shí)測(cè)，樣本點(diǎn)包括社區(qū)主要出入口和行人活動(dòng)區(qū)域，測(cè)點(diǎn)布置及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2、表2所示。

圖2 風(fēng)速實(shí)測(cè)點(diǎn)示意圖

表2 社區(qū)內(nèi)各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速值統(tǒng)計(jì) m/s

通過(guò)實(shí)地調(diào)研和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析得出該社區(qū)風(fēng)環(huán)境特點(diǎn)如下：①測(cè)點(diǎn)分布越廣、間距越遠(yuǎn)，各點(diǎn)之間風(fēng)速的相關(guān)聯(lián)性越??；②村內(nèi)進(jìn)風(fēng)口附近的風(fēng)速最大，村鎮(zhèn)內(nèi)部建筑物布局最密集處風(fēng)速最小。出風(fēng)口風(fēng)速并非最低，處于中間值；③兩棟建筑物之間的街谷和拐角處，由于狹管效應(yīng)和角隅風(fēng)的影響，容易出現(xiàn)較高風(fēng)速區(qū)；④道路交叉口的風(fēng)速變化較大，且風(fēng)速偏高；⑤院落式建筑內(nèi)部及建筑圍合的廣場(chǎng)內(nèi)，風(fēng)速相對(duì)較小，而且變化幅度相對(duì)較小，環(huán)境較為適宜；⑥植物對(duì)風(fēng)環(huán)境的影響顯著。測(cè)量時(shí)，村內(nèi)高大喬木尚未完全出葉，而且植被保存狀態(tài)不佳，未形成片植或叢植，因此對(duì)風(fēng)環(huán)境的影響相對(duì)較小，但仍可看出處于植物背風(fēng)向的測(cè)點(diǎn)風(fēng)速較低；⑦寒地平原區(qū)內(nèi)的鄉(xiāng)村社區(qū)，在周圍無(wú)高大遮擋物情況下，建筑物和植物對(duì)風(fēng)環(huán)境影響最為顯著。

2.2 研究方法

文中采用CFD數(shù)值模擬軟件進(jìn)行風(fēng)環(huán)境模擬，具體流程如圖3所示。

圖3 風(fēng)環(huán)境數(shù)值模擬計(jì)算基本技術(shù)路線

通過(guò)控制計(jì)算域、網(wǎng)格生成、邊界條件、求解器設(shè)置和收斂殘差等，建立適當(dāng)?shù)臄?shù)值模型并獲得準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果［7，8］。

2.3 對(duì)照模型建立

2.3.1 植物模型

由于寒地的氣候特異性，鄉(xiāng)村地區(qū)防風(fēng)林中較少存在灌木及草本植物，多由落葉喬木組成，因此研究主要針對(duì)高大落葉喬木進(jìn)行模擬仿真。針對(duì)植物模型的建立方法，李亮等［9］以K-X 兩方程湍流模型為基礎(chǔ)，通過(guò)計(jì)算模擬了風(fēng)對(duì)小規(guī)模樹(shù)林的穿越，建立不同的三維樹(shù)冠和樹(shù)干模型，研究了四棱錐、四棱臺(tái)、長(zhǎng)方體3 種形狀見(jiàn)圖4 與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中的圓錐模型樹(shù)分別對(duì)流場(chǎng)的影響。通過(guò)對(duì)不同形狀模型計(jì)算過(guò)程，計(jì)算結(jié)果的比較，李亮提出長(zhǎng)方體模型雖然對(duì)樹(shù)冠做了完全簡(jiǎn)化，但其在絕大多數(shù)指標(biāo)中仍然與實(shí)測(cè)值能較好吻合，且具有建模簡(jiǎn)單、計(jì)算快捷、收斂性好等優(yōu)點(diǎn)。

圖4 風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中樹(shù)冠模擬形狀

由于大量研究及實(shí)際數(shù)據(jù)表明，寒地所種植落葉喬木高度多為10～15m 之間，研究表明［10］高度H=10m的防風(fēng)林防風(fēng)效果優(yōu)于15、20m 高林帶，風(fēng)影區(qū)平均風(fēng)速比可達(dá)50.12%。由此，文中選用10m 高防風(fēng)林帶作為模擬對(duì)象。

2.3.2 對(duì)照模型

結(jié)合場(chǎng)地內(nèi)部原有植被特征及喬木種植點(diǎn)，如圖5 所示，優(yōu)化植被，假定全部增設(shè)落葉喬木防風(fēng)林，設(shè)定為場(chǎng)地初始模型，作為對(duì)照組，為布局內(nèi)部型及外部型防風(fēng)林帶提供參照。

圖5 內(nèi)部場(chǎng)地型防風(fēng)林布局

為突出風(fēng)環(huán)境變化幅度，結(jié)合室外風(fēng)環(huán)境評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)及哈爾濱氣象條件，選取哈爾濱冬春季常見(jiàn)較大風(fēng)速12m/s 作為入流風(fēng)速，風(fēng)向角為哈爾濱冬春季主導(dǎo)風(fēng)向西北風(fēng)。對(duì)參照組模型進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，所得風(fēng)速及風(fēng)壓模擬結(jié)果如圖6所示。

圖6 室外1.5m人行高度風(fēng)速模擬云及風(fēng)壓模擬云

社區(qū)初始狀態(tài)在較高風(fēng)速天氣內(nèi)，風(fēng)環(huán)境舒適性較差。風(fēng)速低于5m/s 風(fēng)影區(qū)面積約占社區(qū)整體室外空間35%，幾處主要室外活動(dòng)空間皆處于高速風(fēng)廊道內(nèi)，在主要道路交叉口及廣場(chǎng)，由于建筑布局相對(duì)稀疏，未能有效形成低風(fēng)速區(qū)，若在冬季，極易發(fā)生道路結(jié)冰等情況，阻礙行人室外活動(dòng)，降低社區(qū)宜居性。在實(shí)驗(yàn)組模型中，應(yīng)針對(duì)中部高速風(fēng)廊道及高風(fēng)速區(qū)域進(jìn)行觀察。

利用數(shù)據(jù)后處理軟件在1.5m 高平面內(nèi)隨機(jī)均勻選取98處測(cè)點(diǎn)，進(jìn)行風(fēng)速統(tǒng)計(jì)如圖7所示。

圖7 1.5m平面取樣點(diǎn)風(fēng)速統(tǒng)計(jì)

風(fēng)場(chǎng)內(nèi)最高風(fēng)速可達(dá)8.39m/s，平均風(fēng)速4.26m/s，風(fēng)速值高于5m/s 的測(cè)點(diǎn)達(dá)32 個(gè)，風(fēng)速低于5m/s 的風(fēng)影區(qū)面積僅占32%。根據(jù)風(fēng)速比公式計(jì)算，場(chǎng)地內(nèi)平均風(fēng)速比達(dá)0.71。從風(fēng)壓云圖中可以看出迎風(fēng)區(qū)首排建筑物受風(fēng)壓影響較大，場(chǎng)地內(nèi)植物迎風(fēng)面會(huì)形成較大風(fēng)壓區(qū)，整體風(fēng)場(chǎng)內(nèi)風(fēng)壓分布較均勻。場(chǎng)地內(nèi)首排迎風(fēng)建筑受壓最大，且迎風(fēng)面與背風(fēng)面風(fēng)壓差遠(yuǎn)超過(guò)綠建評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求。社區(qū)外圍建筑物的整體迎風(fēng)面背風(fēng)面風(fēng)壓差要高于社區(qū)中心建筑群，表明外圍建筑物受風(fēng)壓影響更大，與建筑排布疏密關(guān)系相對(duì)較小。在社區(qū)的南部最末排建筑，出現(xiàn)了負(fù)風(fēng)壓現(xiàn)象，迎風(fēng)面與背風(fēng)面也產(chǎn)生了較大風(fēng)壓差，也遠(yuǎn)高于綠建評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)要求值。

3 防風(fēng)林模擬研究

3.1 社區(qū)內(nèi)部型防風(fēng)林布局模擬分析

綜合文中研究，在社區(qū)內(nèi)沿道路及場(chǎng)地周邊建設(shè)防護(hù)林帶，進(jìn)行數(shù)值模擬分析，如圖8所示。

圖8 室外1.5m人行高度風(fēng)速模擬云及風(fēng)壓模擬云圖

從模擬結(jié)果風(fēng)速及風(fēng)壓云圖中發(fā)現(xiàn)，場(chǎng)地內(nèi)建筑物后低速風(fēng)影區(qū)面積顯著減少，靜風(fēng)區(qū)域顯著增加，風(fēng)速變化減少，尤其有效改善社區(qū)南半部區(qū)域的風(fēng)環(huán)境，降低南半?yún)^(qū)的風(fēng)速及風(fēng)壓，形成均勻風(fēng)場(chǎng)，風(fēng)速在3.8～5.0m/s 閾值范圍內(nèi)的場(chǎng)地較多，可認(rèn)為場(chǎng)地內(nèi)較多區(qū)域能滿足人們進(jìn)行各種生產(chǎn)、生活活動(dòng)的需求。

3.2 社區(qū)外部型防風(fēng)林布局模擬分析

3.2.1 外部型防風(fēng)林布局要素

（1） 林帶的長(zhǎng)寬高。通過(guò)在社區(qū)外分段建設(shè)防風(fēng)林帶，探究在寒地鄉(xiāng)村社區(qū)外圍增設(shè)的防風(fēng)林對(duì)社區(qū)風(fēng)環(huán)境的影響。

（2） 林帶距社區(qū)距離?？紤]到寒地防風(fēng)林風(fēng)影區(qū)分布規(guī)律，為達(dá)到最優(yōu)防風(fēng)效果，社區(qū)外圍布局防風(fēng)林帶時(shí)，距首排建筑物距離不宜超過(guò)10h，將建筑物排布于林帶背風(fēng)向2.5～20h范圍內(nèi)較為合理。

（3） 林帶布局角度。防風(fēng)林的布局與風(fēng)向夾角也是影響防風(fēng)效果的關(guān)鍵要素所在。研究表明，哈爾濱城市建設(shè)形態(tài)特殊，整體與南北呈45°夾角。而多數(shù)寒地城市中的鄉(xiāng)村社區(qū)也并非正南正北布局，研究對(duì)象篩選時(shí)，有70%的社區(qū)呈西南-東北向偏布，方位偏移角約15°～25°之間，如圖9 所示。根據(jù)《建筑工程風(fēng)洞試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，模擬試驗(yàn)中，應(yīng)根據(jù)建筑物外形、布局、及周圍干擾情況等因素，選擇多個(gè)風(fēng)向角進(jìn)行試驗(yàn)，且風(fēng)向角間隔不宜大于22.5°。

圖9 社區(qū)布局角度示意圖

3.2.2 不同布局角度數(shù)值模擬

結(jié)合寒地鄉(xiāng)村社區(qū)建筑及防風(fēng)林分布規(guī)律，選取與風(fēng)向夾角呈90°，105°，120°的防風(fēng)林帶與社區(qū)結(jié)合，進(jìn)行風(fēng)環(huán)境模擬評(píng)估，研究其風(fēng)場(chǎng)變化規(guī)律。具體構(gòu)建方法如下：

（1） 與風(fēng)向夾角呈90°，垂直于風(fēng)向建設(shè)三組長(zhǎng)150m，寬12m，樹(shù)冠疏透度0.7 的喬木林帶，模擬結(jié)果如圖10所示

圖10 室外1.5m人行高度風(fēng)速模擬云及風(fēng)壓模擬云圖

（2） 與風(fēng)向夾角呈105 度°，與垂直風(fēng)向角度偏15°建設(shè)三組長(zhǎng)150m，寬12m，樹(shù)冠疏透度0.7 的喬木林帶，模擬結(jié)果如圖11所示。

圖11 室外1.5m人行高度風(fēng)速模擬云及風(fēng)壓模擬云圖

（3）與風(fēng)向夾角呈120度°，與垂直風(fēng)向角度偏30°建設(shè)三組長(zhǎng)150m，寬12m，樹(shù)冠疏透度0.7 的喬木林帶，模擬結(jié)果如圖12所示。

圖12 室外1.5m人行高度風(fēng)速模擬云及風(fēng)壓模擬云圖

從圖10中可以看出，建筑物背風(fēng)面風(fēng)影區(qū)風(fēng)速呈均勻分布，無(wú)明顯高速風(fēng)廊，且多數(shù)風(fēng)影區(qū)相互連接，形成成片的穩(wěn)定風(fēng)場(chǎng)。南部建筑物由于距離風(fēng)帶較遠(yuǎn)，單體建筑背風(fēng)面所形成的風(fēng)影區(qū)相對(duì)狹長(zhǎng)，在行人活動(dòng)時(shí)，會(huì)受到貫穿氣流的作用，感受到一定的風(fēng)力作用。

建筑物背風(fēng)面風(fēng)影區(qū)風(fēng)速稍有變化，出現(xiàn)較長(zhǎng)較明顯風(fēng)影區(qū)及風(fēng)廊，穩(wěn)定風(fēng)場(chǎng)區(qū)域減少。防風(fēng)林帶為西北側(cè)的首排迎風(fēng)建筑阻擋了部分風(fēng)壓，緩解了場(chǎng)地內(nèi)建筑物迎風(fēng)面的受壓情況，社區(qū)內(nèi)部，各組團(tuán)內(nèi)的風(fēng)壓分布較為均勻，植被迎風(fēng)面高壓有所減弱，風(fēng)力仍會(huì)對(duì)建筑物及植物產(chǎn)生不利影響。

從兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖中可以看出，在增設(shè)105°及120°風(fēng)向夾角防護(hù)林帶后，場(chǎng)地內(nèi)部高速風(fēng)廊有所減少，形成多片風(fēng)速4.7m/s 以下的風(fēng)場(chǎng)，核心區(qū)域內(nèi)風(fēng)速形成局部減弱趨勢(shì)，但較（1）工況來(lái)說(shuō)，總體建筑背面風(fēng)影區(qū)面積減少。對(duì)比3 組工況條件下的風(fēng)壓云圖，可以看出垂直于風(fēng)向布置的防風(fēng)林帶對(duì)于風(fēng)環(huán)境的調(diào)節(jié)作用最佳。

增設(shè)社區(qū)外部防風(fēng)林使得整個(gè)鄉(xiāng)村社區(qū)的風(fēng)環(huán)境改善效果顯著，在外圍增設(shè)不同的空間布局的防護(hù)林均能產(chǎn)生防風(fēng)的功能，調(diào)節(jié)社區(qū)內(nèi)部風(fēng)環(huán)境。但從效果上來(lái)看，社區(qū)北側(cè)的建筑組團(tuán)內(nèi)風(fēng)環(huán)境改良效果優(yōu)于南側(cè)建筑組團(tuán)，氣流在經(jīng)過(guò)整個(gè)團(tuán)型社區(qū)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)二次風(fēng)速激增的現(xiàn)象。針對(duì)兩種不同布局的防風(fēng)林帶模擬結(jié)果，利用后處理軟件對(duì)1.5m人行高度平面進(jìn)行均勻隨機(jī)取樣，獲取場(chǎng)地內(nèi)部四條來(lái)流方向直線內(nèi)各100 個(gè)測(cè)點(diǎn)的模擬數(shù)值進(jìn)行比對(duì)分析如圖13所示。

圖13 四條取樣直線位置示意圖

通過(guò)將90°、105°、120°風(fēng)向夾角防風(fēng)林模擬數(shù)據(jù)與對(duì)照組數(shù)據(jù)對(duì)比得出：

（1） 90°夾角防風(fēng)林帶較對(duì)照模型平均風(fēng)速比降低25.3%，105°和120°風(fēng)向夾角工況下防風(fēng)林較對(duì)照模型平均風(fēng)速比降低19.7%～20%。

（2） 林帶布局與風(fēng)向角90°～105°之間變化，防風(fēng)效果變化較大，風(fēng)影區(qū)衰減較多，場(chǎng)地風(fēng)速比變化較大，當(dāng)林帶與風(fēng)向角大于105°角建設(shè)時(shí)，對(duì)風(fēng)環(huán)境影響變化微弱。

（3） 單條防風(fēng)林帶的背風(fēng)向風(fēng)廓線長(zhǎng)度有限，能影響的社區(qū)范圍不足以滿足整個(gè)團(tuán)型社區(qū)的防風(fēng)需要，針對(duì)帶型社區(qū)來(lái)說(shuō)，外圍布置單條防風(fēng)林的效果會(huì)相對(duì)較好，團(tuán)型社區(qū)在社區(qū)內(nèi)部進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化處理，例如布局綠化、擋風(fēng)設(shè)施等，來(lái)減少建筑物之間的貫穿氣流、渦旋氣流、角隅風(fēng)等，來(lái)滿足防風(fēng)需求。

（4） 外部型防風(fēng)林林帶分段布局，效果較好。但林帶布局時(shí)應(yīng)注意減少明顯風(fēng)洞效應(yīng)的產(chǎn)生，若兩段林帶中間形成明顯狹管效應(yīng)，則會(huì)出現(xiàn)風(fēng)速激增、大風(fēng)渦流區(qū)域，對(duì)風(fēng)環(huán)境調(diào)節(jié)產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)。

3.3 組合防風(fēng)林防風(fēng)效果模擬分析

針對(duì)研究對(duì)象，僅建設(shè)社區(qū)外圍防風(fēng)林或社區(qū)內(nèi)部防風(fēng)林帶是不能達(dá)到完全優(yōu)化風(fēng)環(huán)境效果的，對(duì)社區(qū)內(nèi)外防風(fēng)林進(jìn)行組合模擬，探索組合布局下的防風(fēng)林防風(fēng)效果優(yōu)化方案。

3.3.1 組合防風(fēng)林?jǐn)?shù)值模擬

結(jié)合內(nèi)部型防風(fēng)林帶及外部型防風(fēng)林帶防風(fēng)特性，優(yōu)化組合后風(fēng)環(huán)境模擬風(fēng)速結(jié)果如圖14所示。

圖14 室外1.5m人行高度風(fēng)速模擬云及風(fēng)壓模擬云圖

從風(fēng)速結(jié)果來(lái)看，社區(qū)外圍設(shè)置了多層次的防風(fēng)林后，整體風(fēng)環(huán)境改善顯著。外部防風(fēng)林間隙仍存在小型高速風(fēng)道，但對(duì)于社區(qū)的影響已經(jīng)明顯降低，未對(duì)社區(qū)內(nèi)部風(fēng)場(chǎng)產(chǎn)生影響。迎風(fēng)建筑周圍渦旋氣流和角隅風(fēng)顯著減少，整體社區(qū)內(nèi)建筑組團(tuán)間風(fēng)環(huán)境相對(duì)均衡，存在大面積的靜風(fēng)區(qū)，風(fēng)速區(qū)間為3～4.8m/s的區(qū)域占總社區(qū)面積的70%，南側(cè)后排建筑物的背風(fēng)面風(fēng)影區(qū)也顯著縮短，未存在較多的小型風(fēng)道，有助于居民的室外生產(chǎn)生活等。

場(chǎng)地內(nèi)無(wú)明顯高風(fēng)速區(qū)及渦流區(qū)，也無(wú)明顯風(fēng)廊的產(chǎn)生，整體風(fēng)場(chǎng)風(fēng)速處于5m/s范圍內(nèi)的區(qū)域占60%以上。對(duì)比單獨(dú)設(shè)置內(nèi)部或外部防風(fēng)林見(jiàn)圖15來(lái)看，低于3.3m/s 風(fēng)速的風(fēng)場(chǎng)區(qū)域面積增加約30%～50%，對(duì)于風(fēng)速的減弱效果呈顯著疊加態(tài)勢(shì)。個(gè)別高大單體建筑后仍有明顯風(fēng)影區(qū)的存在，但風(fēng)速過(guò)渡區(qū)域較大，且并無(wú)多個(gè)風(fēng)影區(qū)狹長(zhǎng)并列的情況出現(xiàn)，代表社區(qū)內(nèi)人行走在建筑物之間不會(huì)感到明顯的風(fēng)力變化，寒風(fēng)吹拂感較低，整體社區(qū)環(huán)境較為適宜。

圖15 不同類型防風(fēng)林布局防風(fēng)面積對(duì)比

社區(qū)內(nèi)風(fēng)壓分布云圖顯示場(chǎng)地內(nèi)整體建筑物無(wú)明顯高受壓情況，氣流被外部三條防護(hù)林帶阻擋效果顯著，社區(qū)內(nèi)建筑物風(fēng)荷載較低，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)和建筑節(jié)能方面的優(yōu)化效果較大。林帶迎風(fēng)面受風(fēng)高壓影響也相對(duì)均衡，由于數(shù)值模擬效仿風(fēng)洞試驗(yàn)存在一定的局限性，風(fēng)場(chǎng)存在未完全延展的情況，使得結(jié)果靠近風(fēng)向入口的林帶受壓相對(duì)較高，實(shí)際情況中處于自然風(fēng)場(chǎng)中，此類風(fēng)壓差會(huì)相對(duì)較為均衡。實(shí)驗(yàn)誤差為5%以內(nèi)，可視為有效結(jié)果。

4 結(jié)語(yǔ)

文中針對(duì)同一寒地鄉(xiāng)村社區(qū)不同布局條件下的林帶防風(fēng)效應(yīng)進(jìn)行了模擬研究，通過(guò)整合社區(qū)內(nèi)外防風(fēng)林的風(fēng)場(chǎng)情況對(duì)比來(lái)看，可得到以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1） 社區(qū)外防風(fēng)林帶與來(lái)流風(fēng)向間夾角越接近垂直，受風(fēng)壓影響越大，對(duì)氣流的阻擋作用越顯著。林帶布局與風(fēng)向角為90°～105°之間變化時(shí)，防風(fēng)效果逐漸減弱，減弱效果約5%。當(dāng)林帶與風(fēng)向角大于105°角趨與風(fēng)向平行建設(shè)時(shí)，防風(fēng)效應(yīng)減弱變化減緩，防風(fēng)效果差異較小。

（2） 由于防護(hù)林林帶背風(fēng)面風(fēng)速降低區(qū)有限，背風(fēng)面2.5～20H 范圍內(nèi)會(huì)形成一個(gè)主要風(fēng)速降低區(qū)，因此防風(fēng)林的布局距離社區(qū)首排迎風(fēng)建筑物距離不宜過(guò)遠(yuǎn)，盡量布置在防風(fēng)林帶樹(shù)高H 的4～13H 范圍內(nèi)。針對(duì)寬度較大的社區(qū)而言，單條林帶無(wú)法滿足防風(fēng)需求時(shí)，應(yīng)考慮加設(shè)林帶。

（3） 分段建設(shè)防風(fēng)林帶并合理控制排布間距，或增大防風(fēng)林帶與來(lái)流風(fēng)向的夾角，能有效減弱狹管效應(yīng)所產(chǎn)生的高速氣流。在其他條件基本相近的情況下，長(zhǎng)度較短的林帶相比長(zhǎng)林帶具有更好的防護(hù)效應(yīng)，但若防風(fēng)林帶交錯(cuò)不當(dāng)，會(huì)產(chǎn)生狹管效應(yīng)，在風(fēng)影區(qū)形成高速風(fēng)廊。

（4） 在社區(qū)外圍布局防護(hù)林時(shí)整體社區(qū)內(nèi)風(fēng)速水平高于在社區(qū)內(nèi)部布局防護(hù)林。在鄉(xiāng)村社區(qū)內(nèi)部有針對(duì)性的進(jìn)行綠化布置及防風(fēng)林種植，能更為有效的調(diào)節(jié)建筑組團(tuán)之間及組團(tuán)內(nèi)部、建筑單體周圍及院落內(nèi)的風(fēng)環(huán)境。

文中為寒地鄉(xiāng)村社區(qū)建設(shè)提供了風(fēng)環(huán)境模擬思路，可通過(guò)布局防風(fēng)林模擬情況，做出相應(yīng)的風(fēng)環(huán)境優(yōu)化策略。文中僅對(duì)寒地冬春季節(jié)不同防風(fēng)林空間布局組合防風(fēng)效果進(jìn)行了模擬總結(jié)，未能針對(duì)防風(fēng)林帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化，例如不同高度、種類的植物搭配等要素下的防風(fēng)林防風(fēng)效果進(jìn)行完整分析比對(duì)，仍需進(jìn)一步探索，將在今后的課題中能夠展開(kāi)更加深入的研究。