建筑室外风环境评估方法研究

建筑室外风环境评估方法研究

主要研究建筑技术科学。

孙睿珩

(北京天华北方建筑设计有限公司，北京 100044)

摘要：从风环境对人行为和人体舒适度的影响出发，归纳了现阶段应用广泛的3种不同的建筑室外风环境评估方法，定性和定量地总结出每种评估方法的内容、使用方法和步骤，为建筑室外风环境实际设计和研究提供参考依据。

关键词：建筑；室外风环境；人体舒适度；评估标准

随着人们生活品质的不断提高，人居环境的舒适性问题越来越引起人们的关注。建筑室外风环境作为人居环境的重要组成部分也更多地得到人们特别是建筑从业者的重视，随着“绿色生态建筑”的提出，使建筑在达到基本功能的同时，也要实现周边环境的舒适、健康、节能、环保。对风环境进行评估是建筑室外风环境设计的前提，通过对风环境的评估，可以对改善和提高室外风环境提供依据。目前，国内外对建筑室外风环境的评估方法主要有以下3种：即风速比评估方法、风速概率统计评估方法、相对舒适度评估方法。

1风速比评估方法

在风环境的评估过程中，人行高度处的气流是不停变化的，风速大小和风的方向是不确定的。这种现实中的不确定因素，会影响评估的正确性。而现阶段的风环境研究方式，无论是风洞试验，还是计算机的数值模拟技术，所使用的风速值都只是一个瞬时，所以，其分析结果在指导实际工程实践应用的过程中并不能满足需求。所以，在实际应用中，采用风速比Ri作为建筑周围风环境舒适性的标准参数，用来反映在建筑物的影响下，风速的变化程度。其计算公式为[1]：

Ri=Vi/V0，

(1)

式中：Ri为i点处的风速比率；Vi为流场中i点人行高度处的平均风速(m/s)；V0为人行高度处来流平均风速，一般为初始风速(m/s)。

在实际建筑物、风洞实验、计算机数值模拟体系中，对应相对的某一个方面，在一定风速的范围内，建筑区域周围的风场环境相对固定，这就意味着风速比Ri一般不会随着来流方向的改变而改变[1]。所以，在实际计算中，可以通过实验得出风速比Ri的值，同时得出在1 500 mm高度处(即人行高度)处的现实初始风速值V1 500这样2个已知量，根据公式(1)，可以计算出实际某点的1 500 mm(即人行高度)处的现实风速值Vi1 500。

在实际计算过程中，还需要风玫瑰图和区域风速比分布图作为评价的依据，如在实验过程中发现此区域人行高度处产生较大的风速且该风向与风玫瑰图中风频较大的风向相对应，这样就能确认该区域风环境质量较差。

2风速概率统计评估方法

影响风环境质量的变量和影响因素有很多，风速、风向是风的基本变量，同时还受到诸如天气、下垫面、时间等因素的影响。因此，对风环境进行评估，一般都需要对风的频率进行研究。

EmllSimiu和Robert.H.Scanlan在其著作《风对结构的作用：风工程导论》[1]中阐述了舒适感与风速之间比较具体的定量关系，见表1所示。当平均风速V>5 m/s的出现频率小于10%时，人们会感到很舒适；如果频率增加，当频率数值在10%～20%范围时，人们会感到不适并同时伴有反感的情绪出现；如果频率继续增大，数值达到20%的时候，人们将无法忍受，此时应该采取相应措施来减低风速。除了风的频率对人体的舒适度有影响之外，在一定的区域内，如果风的分布情况不均匀时，同样也会引起人体的不适。Murakami.S.通过研究表明，在2 m2范围内，如果风速的变化率达到或超过70%，人体就会感觉到风环境的变化。

S.Murakami和K.Deguchi在对风环境的判定依据指出[2]：坐着时，风速V<5.7 m/s(界限风速)；站立时，风速V<9.3 m/s；行走时，风速V<13.6 m/s。当有80%的时间满足上列风速条件，同时每年风速超过26.4 m/s的次数不超过3次，这样就分别满足坐、立、行舒适性以及安全性条件。

根据风环境判定依据，要判断某处是否满足舒适性要求，分3步：1)通过风洞试验得出各风向下舒适性界限风速；2)根据当地气象资料给出50 a重现期的风速、风向概率统计数据；3)将风洞试验中得出的舒适性分速和根据当地气象资料得出的风速、风向概率统计数据结合起来，从而判定是否分别满足坐、立、行舒适性要求。

3相对舒适度评估方法

存在于自然环境中的建筑群体，有着各种各样不同的空间布局形式，当流体流经建筑实体时，会受到建筑的阻隔，从而在建筑周围引起局部区域气流状况的改变，这样就形成了建筑周围的风环境。建筑周围风环境的变化对在建筑周围活动的人体会产生不同程度的影响，这就形成了风环境“舒适度”的概念。行走在建筑周围的行人，对建筑周围的风环境的感觉，可以有“舒适”与“不舒适”之分，而更具意义的是对给人“无法接受的不舒适”这样感觉的风环境的研究。风环境由于发生频率增加，可以导致对人体不同程度的不舒适感，如果发生的频率过高，超过了人体承受的范围，那么人们就会认为这种风环境的“不舒适”是“无法接受”的。而我们通常所说的“室外风环境的舒适性评估标准”，就是用来界定这个不等程度的不舒适性的最高可接受的发生频率[3]。行人高度处风环境的评估可参照表2～3[3]：

表2　人行高度的Beaufort指数的定义　m/s

注：表中风速是指空旷地面上10m高度的平均风速。

表3　人行高度处风环境舒适度标准　次数

注：相对舒适性标准由蒲氏风力等级表示。

针对人行高度风环境对人的影响，Lawson和Penwarden在经典的Beaufort蒲福风力级定义的基础上提出了一个扩展的“陆地蒲福风级”(ExtendedLand Beaufort Scale)，显示了不同级的风效应[4]。具体方法见表4所示。

表4　扩展的陆地蒲福风级对人的影响

4结语

综合分析对风环境进行评估的3种方法，各自从不同角度和侧面反映室外场地的风环境问题，在风环境研究中均被广泛应用。研究者应从自身研究的特点和需要出发选择适合的风环境评估方法，从而为建筑室外风环境设计和研究提供更加科学的依据。

参考文献

[1] 埃米尔·希缪，罗伯特·H·斯坎伦.风对结构的作用：风工程导论[M].上海：同济大学出版社，1992：67-70.

[2] Murakami，Eguchi S，K D.New criteria for wind effects on pedestrians[J].Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，1981，7(3)：289-309.

[3] 蔡君馥.住宅节能设计[M].北京：中国建筑工业出版社，1991：123-126.

[4] 朱海.典型土楼风环境研究[D].福州：华侨大学，2010.

doi:10.3969/j.issn.1009-8984.2015.02.020

收稿日期：2015-05-28

作者简介：孙睿珩(1987-)，男(汉)，长春，硕士

中图分类号：TU834

文献标志码：A

文章编号：1009-8984(2015)02-0074-03

The research on evaluation method of outdoor wind environment

SUN Rui—heng

(BeijingTianhuaNorthernArchitecturePlanning&EngineeringCo.，Ltd.，Beijing100044，China)

Abstract：This article summarizes three different kinds of building outdoor wind environment evaluation criteria currently applied from the wind environment to people behavior and the influence to human body comfort.The qualitative and quantitative summaries have been made to the content of each evaluation criteria，using methods and steps，to provide a reference for the actual design and study on building outdoor wind environment.

Key words：architecture；outdoor wind environment；human comfort；evaluation criteria