小区风场对建筑微气候的影响

祖丰

摘 要：建筑小区内风场及温度场的分布以及污染物浓度分布状况不仅对建筑规划产生影响，而且在建筑节能、环保等方面影响深远。为了具体探求小区内风场及温度场的分布与影响，文章应用实地测量与计算流体力学（CFD）模拟的方法研究了现实生活中小区内风场及温度场强度分布特点，并研究小区内风场与温度场的相互关系。研究结果表明，在小区入口处，楼宇之间以及建筑物拐角处风速较大，在风速较大区域建筑外墙温度较低；局部地方外墙温度的差异，严重影响了室内供暖负荷的差异和热湿环境，又影响着室外各种污染物的传播与扩散。

关键词：风场；温度场；建筑布局；微气候

引言

人类的安居环境与室外气流运动（主要指大气层底层）密切相关。风温度场以及污染物浓度分布不仅对建筑规划产生影响，而且在建筑节能、环保等方面影响深远，尤其是当今城市建筑群（住宅小区），常年的主导风向在固定的建筑布局中形成诸多问题：建筑物之间距离不合理引起了强烈的巷道风效应，同時降低外墙温度，会增加建筑的热损失；工厂或锅炉房排烟系统位于主导风上游，扩散的污染物弥漫整个小区；分体式空调机的大量应用等问题使室外热环境急剧恶化，不仅影响室内热舒适性，而且增加了建筑能耗。倘若能使室外气流运动与居民小区规划相协调，不仅能使上述问题迎刃而解，而且会改善住宅小区的内外部环境。

本研究通过现场实测以及算流体力学（CFD）模拟的方法研究小区内部风场与温度场的分布；研究小区内部风场对建筑外表面墙体温度的影响及其对建筑热负荷的影响。

1 研究对象及研究方法

本研究选定了一所高档住宅小区为研究对象，占地约15公顷，建筑面积18万平方米，三面环山，一面望海。此区域一共有16栋居民楼。四周与其他的建筑物有一定的距离，可以近似独立出来研究。

本文采用了实地测量与CFD数值模拟相结合的方法，探求小区风场与温度场的分布。在实地测量时为了探究小区的风场与温度场，以及其可能产生的影响，我们测量的参数包括空地处离地面1.5米高的风速，墙体离地面1.5米处的温度与风速。并且尽量选择避开阳光直射的点，降低太阳辐射对测量结果的影响。

2 测量结果与分析

2.1 数值模拟

根据实测时的天气情况，在运用CFD数值计算时，其边界条件按照实际风速与温度来定义，并且做一些理想假设。假设一，假设地面处于水平状态。假设二，认为气流各层面之间影响微小。假设三，实验区以外建筑对试验区域不产生影响。基于上述假设，可将此模型设计为二维稳态问题近似处理。经过迭代计算收敛后即可得出小区的风场如图1所示。

从图1中可以看到很多地方存在涡旋气流，有风影区和导风巷。这些都不利于气体污染物或一些可吸入悬浮颗粒的传播与扩散，严重影响室外的空气品质。同时在某些点风速过大，这样冬天不便于行人的外出活动。

以上述数值模拟成果作为参照，本研究以实地测量为基本原则，研究建筑周围风场与温度场的分布特点。

2.2 实验测试及结果分析

实验测量所用仪器有热球风速仪和热线风速仪。本研究测量了单栋楼周围的风速与温度的分布。测点选取后，通过逐点测量得出一系列数据，将数据综合整理分析得出速度与温度的关系。如图2，3所示，可以看出由于三号楼的风场与温度场与七号楼相比变化显著，风速增加3m/s，外墙温度降低0.6℃，因为3号楼靠近园区外侧，风速变化大，7号楼在园区内，存在楼宇之间存在遮挡，使7号楼周围风速和温度变化较小。同时从图中可以看到，在风速波动点，温度也有波动，表面建筑周围的风场直接影响建筑外墙温度，进而影响建筑的冷热负荷。

通过上述过程可知小区风场的存在，可导致建筑外墙体最大温差可达0.6度。由传热计算公式Q=cm△t，建筑的热负荷增加。由此可以看出，合理布局减小小区风场对建筑外墙温度的影响，能有效减少建筑能耗。

3 结束语

本文通过实测与数值仿真模拟计算相结合的方法客观评价小区风场对小区温度场的影响。通过测量结果与模拟结果类比分析得到，在小区入口处，楼宇之间以及建筑物拐角处风速较大，在风速较大区域建筑外墙温度较低；测量结果表明风速增加3m/s，外墙温度降低0.6℃，建筑能耗增加。通过合理布局可以有效降低小区风场对小区微环境的影响，例如在风速比较大的区域内种植些植物特别是灌木丛，将大大降低区域内风速，从而减小风对外墙温度的影响，同时方便人们外出活动；适当增加墙体保温能力，使用热租大的材料进行外墙保温从而减小热损失提高建筑节能效果；在小区风场涡流区内设置一些篱笆凉亭之类的公共构筑物不仅装饰建筑，同时能降低涡流对附近的影响。

参考文献

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