北方寒冷地区建筑设计的风环境分析

杨万红

（兰州新现代建筑设计有限公司，甘肃 兰州 730000）

0 引言

北方寒冷地区的气候条件、地理环境以及风环境等因素对当地开展建筑项目施工具有极其明显的影响，许多现代化施工技术与设计思想难以得到有效应用与发展。由于北方寒冷地区降雨量较少，呈现出夏暖冬寒、气候干燥、风沙较多、温度差值较大等特点，这种特殊的气候条件对建筑设计有更高的要求和影响[1]。在风环境因素的影响下，北方寒冷地区建筑应满足冬季保温隔热、防寒防冻等基本需求，夏季部分地区建筑需要有散热降温功能；建筑物应当设置在向阳、避风地带，尽量保证建筑内部拥有较长日照时间；建筑外表面与其体积比应当尽可能降低，建筑整体不应存在较多的凸凹结构。这必须建立在科学的风环境分析基础之上。

1 风环境指标对北方寒冷地区建筑设计的影响

北方寒冷地区进行建筑设计时，必须重点关注建筑工程所在地理环境以及气候条件，深入了解风环境对于建筑工程设计以及施工技术的影响。在建筑工程设计阶段会出现设计人员借鉴南方优秀技术以及施工经验的现象，但是在实际应用过程中，许多先进技术与优秀理念无法高效应用在建筑项目中或无法充分发挥出自身技术优势，究其原因主要是北方寒冷地区独特的气候环境以及地理条件影响。因此，在建筑工程设计过程中，重视风环境等特殊因素对建筑项目的实际影响，开展具有针对性、科学性、合理性的北方建筑工程，保证建筑物的风环境适应性以及太阳光照适应性，为人们提供更加优质的建筑空间，并在不断地探索实践中构建出具有地区特色的北方寒地建筑设计体系。

1.1 风环境对外部造型的影响

建筑外部形态主要是指建筑屋顶以及外立面围护等结构。从自然风角度分析，建筑周围的风环境会在一定程度上决定建筑实际设计形态，为保证建筑内部空气流通效果，针对不同建筑形态设计选用不同的通风方法，其中包括引导气流、对流通风、表皮预热空气等。建筑设计人员应结合当地气候，对建筑的外部体型与内部空间进行有效设计，以适当的技术手段巧妙地解决通风问题，在功能上体现自然通风的节能效果，从而给人们带来舒适宜居的生活环境。

1.2 风环境对内部空间的影响

建筑内部空间设计包括建筑剖面设计以及平面设计。风环境指标会影响建筑内部空间设计，在建筑内部空间设计过程中应利用热压以及风压原理，结合建筑布局保证建筑良好的通风性,以此改善建筑内部环境，同时能够实现建筑领域的节能降耗。基于风环境的建筑平面优化设计，需要使室外自然风以多支方向向建筑内各房间流动，同时保证通风路径的畅通，尽可能防止自然风断流现象出现，从而形成良好的自然通风环境。实际中平面设计经常使用小进深大开间式布局，保证房间宽大整齐,以此保证自然风流动顺畅，改善室内气流畅通，保证建筑的风环境效果。对建筑剖面进行优化，尽量使室外自然风由下而上有效贯穿整个建筑，达到室内外空气交换的目的。设计时，有效利用热压差原理，拔高建筑内部空间高度，同时在建筑顶部设置出风口,形成上下贯通空间，诱导自然风顺畅地流通,让滞留在室内的热气流顺畅排出。

2 北方寒冷地区建筑设计中存在的不足

2.1 注重美观而忽略了建筑舒适性设计

我国北方寒冷地区由于特殊的地理条件与气候环境，导致许多现代化施工技术与先进设计理念无法有效应用在建筑工程中，从而对建筑水平与建筑施工效率形成一定的约束[2]。此外，部分设计人员选择适用南方地区的建筑设计理念与方法，忽略了南北方地区对于建筑项目的实际要求与地理环境差异，没有遵循因地制宜的设计原则，最终导致建筑使用舒适性与环境适应性相对较差。

2.2 建筑环境设计不够合理

北方寒冷地区大多环境相对凋敝，建筑设计人员如果无法精准把握地理环境特征、居民生活习惯、建筑居住特点等内容，在建筑设计过程中就无法切中要害，抓住居民建筑消费需求，也就无法保证建筑项目的经济收益与社会收益[3]。例如，北方寒冷地区低温时间长，无法实现南方建筑工程中绿地喷泉、亭台水榭等环境设计理念，但是部分设计人员在设计过程中依旧将其运用在北方寒冷地区建筑工程中，种植适应南方气候的花木，直接降低建筑周围环境质量。

2.3 建筑施工技术应用不够科学合理

“低碳环保技术、绿色生态技术、科学先进技术”的设计理念已经成为新时代建筑行业基本原则。但对北方寒冷地区建筑适应性技术缺少深入了解与全面分析，在实际施工中往往流于表面或者无法有效展现出技术优势[4]。例如，北方寒冷地区建筑节能指标是依据不开窗进行计算，其与开窗改善室内空气是相互矛盾的。部分建筑项目在设计过程中过于追求节能指标，却忽略了空气转换问题，从而导致建筑内部空气质量较差，居住舒适性较差等问题。

3 北方寒冷地区建筑设计的适应性技术应用案例

3.1 项目概况

某花园小区项目位于吉林市昌邑区，项目整体处于平坦地势，无现存建筑物。项目总占地面积为15.5 万m2，总建筑面积为18.5万m2，其中公共建筑面积为5.5万m2，居民住宅面积为13万m2。小区绿化选用集中绿化、沿街种植树木、广场绿地以及住宅绿地等方法，绿化覆盖率在48%左右。

该建筑项目整体规划设计呈现出板式周围闭合的格局，小区四面临街配套商业，内部建设住宅建筑，选用商住分离形式能够确保居住区域不会受到外界环境干扰。小区内部交通系统选用对角线式道路结构，广场绿地、住宅环绕绿地等公共区域作为车行道与人行道的隔离区。东北侧设置为小区主要人行出入点位，西南侧规划道路为车辆出入点位，在小区东侧与北侧分别另设置人行出入点位。

3.2 项目选址

该建筑项目地质条件相对稳定，建筑所在地四周地势相对平坦且无现存建筑物，日照情况与通风环境相对稳定，所在区域整体气候环境稳定，满足建筑项目对气候条件的基本需求。

3.3 项目适应性设计

在对居住区域集中布局过程中，选用周围闭合式建筑布局，形成横纵式与点群式综合应用的布局模式。建筑物间隔距离依据当地实际情况进行科学分析设定，确保彼此之间无遮挡现象，保证建筑底层住户能够得到充足良好的阳光照射。该项目所在地区冬季以西北风为主，因此小区西北两建筑设置为高层建筑，在冬季起到良好的挡风防寒效果。该项目所在地区夏季以东南风为主，小区东南两侧建筑设置为中层住宅建筑结合商业建筑为主，同时选用组团模式进行优化布局，在小区内部中轴线以及主要干道两侧设置通风廊道，从而对夏季东南风进行有效引导，预防小区内部夏季出现风大、起尘等问题[5]。除此之外，小区内部主要环形道路与各组团之间有效连接，利用生态绿化设计进行景观建设，从而形成环形绿化景观带。

3.4 项目场地风环境模拟及规划设计

根据有关资料数据显示，该建筑项目所在区域冬季室外风速为3m/s，以西北风为主。夏季室外风速为2m/s，风向为东南风。利用专业软件对项目季节性风向、风速等室外风环境进行详细分析，具体结果如图1、图2所示。

图1 冬季2m高处建筑周围风速

图2 夏季2m高处建筑周围风速

通过对图1信息进行分析能够得出结论，小区西北侧高层建筑有效阻挡并削减了冬季西北风对小区建筑的影响，为小区内部风环境提供良好保障。冬季小区内部2m 高处位置的平均风速在1.5m/s 左右，风速远远小于5m/s，符合我国绿色建筑具体评价标准规定中对冬季风向与风速条件的具体要求，项目整体居住环境比较适宜。但是需要注意的是，小区北侧两个人行出入点位风速相对较大，不利于居民冬季日常出行，需要对此进行合理调整优化。

通过对图2信息分析能够得出结论，该小区建筑在夏季时整体风环境比较良好，小区内部风速在1m/s 左右，同样符合我国绿色建筑具体评价标准规定中对夏季风向与风速条件的具体要求。小区住宅区域风环境舒适凉爽，具有良好的自然通风效果，同时有利于空气污染物的扩散。

通过对该小区在夏季与冬季住宅区域整体风环境的虚拟分析，能够确定该小区内部整体风环境指标处于我国相关规定标准范围内，呈现出舒适宜人的环境特点。主要原因在于小区建筑选址合理，内部建筑选用组团布局模式，大幅度改善小区整体居住环境。

3.5 建设项目朝向及日照

通过使用专业气象信息分析软件对该项目所在区域实际气象信息与气候条件进行数据分析。通过对欠热期以及过热期内该区域的太阳辐射得热情况进行计算，能够得出该区域建筑最佳朝向。将吉林市气象信息与气候数据等资料导入专业分析软件内，最终得出结论，即该区域建筑项目最佳朝向为165°。该建筑项目整体建筑朝向设置为标准南向，与最佳朝向十分接近，在实际应用中能够得到充足的日光照射，根据城市地区居住建筑设计标准要求，通过对该建筑项目冬季大寒节气实际阳光照射情况进行分析得知该小区项目住宅建筑阳光照射情况良好，符合大寒节气日照时长需要达到3h的标准规定。

3.6 项目设计小结

通过对该小区项目实际建筑地质情况、建筑风环境、阳光照射情况、建筑组团布局模式以及建筑朝向等因素进行具体分析，能够得出结论，该小区项目整体设计规划方案比较科学合理，符合我国相关建筑规定。该建筑项目整体规划方案总结如下：

（1）该小区建筑基地实际地质条件比较稳定，小区内部地势平坦且没有现存建筑物，整体环境相对稳定。

（2）小区内部建筑物之间选用组团布局模式，使用多种建筑结构综合应用模式，建筑物间隔距离设计科学合理，彼此之间不存在遮挡问题，能够满足基本阳光照射需求。

（3）该小区建筑由于地理环境问题在冬季会受到西北风影响，小区西北两侧综合运用板式建筑与点式建筑，有效起到防寒挡风的积极作用。东侧与南侧建筑以中层住宅建筑结合商业建筑模式，在夏季时能够有效引导东南风，从而使小区内部形成相对良好的风环境，为人们居住生活提供良好舒适的环境。

（4）小区内部在景观中轴线以及主要道路两侧设置通风廊道，能够在夏季起到良好的引风作用，从而优化小区内部风环境。

4 结束语

综上所述，在北方寒冷地区建筑设计过程中，需要设计人员充分考虑当地实际情况，深入调查分析气候条件与地理因素，对风环境、太阳光照等建筑影响因素进行深入探究，依靠建筑设计经验，同时借鉴优秀建筑设计方案与先进设计思想，设计出具有针对性与科学性的方案，不仅能展示北方寒冷地区建筑水平，提高建筑对风环境的适应能力，还能为人们提供良好的居住环境，进一步促进我国建筑行业健康发展。