树木对建筑小区风压环境影响的模拟研究

梁朋雲，杨双亮

（山西省工业设备安装有限公司，太原030012）

树木对建筑小区风压环境影响的模拟研究

梁朋雲，杨双亮

（山西省工业设备安装有限公司，太原030012）

实现降低建筑物能源消耗的方式之一是从建筑方案的设计阶段的源头考虑建筑物的风压环境。创造优良的建筑风压环境，有助于实现城市小区的可持续发展。论文阐述了CFD（计算流体动力学）数值模拟工具在分析树木对建筑小区风压环境影响的一般流程，并通过案例说明了树木对建筑室外风压环境的影响。

树木;室外风压环境;CFD;模拟

1 引言

目前，CFD数值模拟技术广泛用于温度场、压力场的模拟及预测。论文通过数值模拟，预测城市小区在不同树木种植方案的条件下的压力场及速度场，并以此提出了用于改善建筑风压环境的具体方案。根据《绿色建筑评价标准》（GB/ T50378—2014）[2]和《中国生态住宅建筑技术评估手册》[3]（以下简称“评价标准”和“评估手册”）相关指标，应用CFD数值模拟技术，模拟已初步成型的规划方案的风压环境，并得出具体指标。模拟出的室外风压环境不能满足手册及标准的要求时，可通过种植绿色树木改善建筑物室外的风压环境。

2 基于CFD模拟树木在改善建筑小区风压环境中的应用

2.1 建筑物风压环境评价指标

依据“评价标准”和“评估手册”中对室外风压环境的具体要求，即根据当地的风玫瑰图，模拟预测该地典型特征气象条件下的风压环境，并使其满足建筑物周围风速小于5m/s（行人区垂直1.5m处），并使建筑的前后压差不大于5Pa（冬季），或保证75%以上的建筑（板式）前后保持2Pa左右的压力差，以避免局部发生死角和漩涡，达到保证室内能进行有效的自然通风的目的。

2.2 基于FLUENT模拟树木在改善建筑小区风压环境中的应用流程

对于室外风压环境，通过应用CFD数值模拟技术，模拟、预测、判断、改善与评价建筑小区的室外风压环境[1]。论文的分析对象为已初步成型的设计方案建筑物的室外风压环境，运用FLUENT6.3软件对建筑室外风压环境进行模拟分析。若分析结果不能满足建筑风压环境评价标准的具体指标，则采用种植绿色树木（采用不同的布置形式）的方式来改善建筑风压环境，以此满足室外风压环境评价标准及手册的指标。

2.3 案例分析

通过一个具体案例来介绍FLUENT6.3数值模拟软件模

拟、预测、判断、改善建筑小区风压环境的具体操作方法，案例的模拟工况为夏季。

2.3.1 模型的建立

通过建筑学SketchUp软件建立小区建筑物的规划模型，如图1所示。

图1 通过SketchUp软件生成的建筑小区模型

2.3.2 模拟结果

依据“评价标准”和“评估手册”中对室外风压环境的具体指标数值，截取了模拟结果中的风速度场图、压力场分布图（行人区垂直1.5m处），如图2～图5所示。

2.3.3 模拟结果分析

通过软件模拟可以看出：在行人区垂直1.5m处，方案1中空气速度最高值为5.11m/s；方案2中空气速度最高值为5.12m/s。虽然这2种方案的速度最大值均超过了标准和手册的要求值（最大风速5m/s），但方案2速度最高值5.12m/s发生在小区的左上区域，不在建筑小区内，因此，不选择。而方案1与方案2相似，速度最高值5.11m/s发生在小区的左半区域，同样不满足室外风压环境评价指标要求，因此，需要通过种植绿色树木，以改善建筑小区室外风压环境。

此外，为了预测建筑物室外风压环境中的压力是否符合设计指标，还需预测建筑物前后的风压力差。在建筑物的前后表面均匀布设压力测点，通过模拟数据结果分析计算建筑物前后对应压力测点的压力差，通过统计不满足压差的对应压力测点占总测点的百分比作为判断压力指标是否满足标准的根据。

对方案2实施压力取点，看是否满足要求。从建筑前后压力测点的相关数据得出：方案2中，能保证80.77%的板式建筑前后维持在2Pa左右的压差。因此，方案2满足建筑风压环境评价标准。

图2 方案1的1.5m处空气速度模拟矢量图

图3 方案1的1.5m处压力模拟云图

图4 方案2的1.5m处空气速度模拟矢量图

图5 方案2的1.5m处压力模拟云图

3 室外风压环境的改善

通过软件模拟显示：方案1不能满足“评价标准”和“评估手册”中的指标，因此，需采用种植绿色树木的方式优化建筑小区风压环境。

依据树木种植的不同区域，提出2种绿色树木种植方案（见图6），用于改善建筑小区风压环境。（1）在空气速度较高的楼宇间种植树木；（2）在空气速度较高的迎风面种植绿色树木。改善后的模拟结果如图7～图10所示。

图6 绿色树木种植方案

根据模拟结果可以看出：在行人区垂直1.5m处，方案3的最高风速为5.53m/s；方案4的最高风速为4.89m/s。从评价标准判断，方案4满足建筑物室外风压环境指标中对风速的要求，方案3不满足。

为了判断改善后方案4是否同时满足对风压力差的要求，对修改后方案4的建筑前后分别取相对应压力测点。从压力测点的数据得出：方案4能保证76.923%的板式建筑前后维持在2Pa左右的压差，因此，满足标准及手册中的指标。

从以上2个不同的改善方案来看，种植绿色树木并不是就可以达到改善建筑小区风压环境的效

果。若树木种植区域不当，极有可能导致小区内局部区域发生漩涡，进而对小区风压环境产生不利影响。因此，在选择种植绿色树木方案时，应合理安排布置区域，合理搭配合适树种，从而营造健康、舒适城市小区建筑室外风压环境。

图7 方案3的1.5m处空气速度模拟矢量图

图8 方案3的1.5m处压力模拟云图

图9 方案4的1.5m处空气速度模拟矢量图

图10 方案4的1.5m处压力模拟云图

4 结论

面对越来越差的建筑室外风压环境，如何改善建筑室外风压环境日益受到重视。论文提出的通过绿树改善小区风压环境的方法为城市建筑小区规划提出了一种新的思路，从而为人类营造更加优良的小区风环境。

【1】GB/T 50378—2014绿色建筑评价标准[S].

【2】中国建筑科学研究院，等.中国生态住宅技术评估手册[K].北京：中国建筑工业出版社，2003.

【3】夏春海，朱颖心，林波荣.方案设计阶段建筑性能模拟方法综述[J].暖通空调，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（1986～），女，河北隆尧人，工程师，从事风压环境及能耗分析研究。