摘要：風(fēng)流過建筑物的現(xiàn)象是十分常見的，對類似現(xiàn)象的研究也是很有實(shí)際意義的，可以使建筑師們直觀地了解建筑小區(qū)內(nèi)的風(fēng)場分布情況，幫助建筑師們對小區(qū)規(guī)劃進(jìn)行更合理的布局設(shè)計(jì)。本文通過利用PHOENICS軟件對廣州元邦綠洲小區(qū)的室外環(huán)境風(fēng)場進(jìn)行了模擬計(jì)算。
　　關(guān)鍵詞：PHOENICS,風(fēng)場，風(fēng)環(huán)境
　　
　　
　　近年來，我國城鄉(xiāng)都正在展開著人居環(huán)境建設(shè)。同時(shí)隨著經(jīng)濟(jì)實(shí)力和生活水平的提高，人們對生活居住環(huán)境的要求不斷提高，那么在我國住房改革后掀起的住宅建設(shè)高潮，如何為居住者提供一個(gè)良好的生活，休息娛樂的環(huán)境和場所，成為居住者和房地產(chǎn)開發(fā)商所共同關(guān)心的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。尤其在南方地區(qū)，休暇時(shí)人們喜歡在戶外活動，所以合理規(guī)劃住宅小區(qū)的室外風(fēng)場，以為人們提供良好的室外環(huán)境是非常重要的。
　　在傳統(tǒng)的小區(qū)規(guī)劃與設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來考慮小區(qū)內(nèi)風(fēng)場的分布，最簡單的方法就是在主導(dǎo)風(fēng)向預(yù)留一個(gè)進(jìn)風(fēng)口，以使能夠?qū)�風(fēng)引入住宅區(qū)內(nèi)，但是對于樓群布局的是否合理，建筑師們還是沒有辦法直觀的得到。在理論上，對于風(fēng)流過建筑物的現(xiàn)象主要有4種方法來進(jìn)行研究，一種為：進(jìn)行縮尺實(shí)驗(yàn)；第二種為進(jìn)行風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)；第三種是根據(jù)發(fā)表的有關(guān)數(shù)據(jù)與使用類型進(jìn)行計(jì)算，本文采用了第四種方法，即通過計(jì)算機(jī)對住宅小區(qū)的室外風(fēng)場進(jìn)行模擬。
　　1. 模擬對象說明
　　“元邦綠洲”住宅小區(qū)位于廣州市白云區(qū)黃石路地段，南臨黃石公路，西面為15m規(guī)劃路，用地面積34902㎡。小區(qū)規(guī)劃建設(shè)如圖1示。
　　
　　圖1.元邦綠洲小區(qū)規(guī)劃總平面
　　潘俊（1979-）：廣東省人廣州國夏建筑設(shè)計(jì)研究院建筑師兼廣東工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師研究方向：生態(tài)建筑設(shè)計(jì),E-mail：157655991@qq.com，電話：15602205545
　　高云飛（1976-）：吉林省人，廣東工業(yè)大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院講師，研究方向：建筑節(jié)能，E-mail：yunfei_gao@163.om，電話：020-62357745
　　2.模擬計(jì)算方法
　　對于吹過建筑物與建筑群中風(fēng)流動的現(xiàn)象是一個(gè)三維湍流流動問題，這個(gè)現(xiàn)象與過程的控制方程仍然是Navier－Stokes方程與連續(xù)性方程。在進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí)采用了比較成熟且應(yīng)用比較廣泛的兩方程模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，并且作為了穩(wěn)態(tài)的情況進(jìn)行處理。
　　2.1氣體流動的基本方程
　　對氣體流動的情況進(jìn)行分析和簡化，建立數(shù)學(xué)模型有：
　　（1） 本模擬只是得出小區(qū)內(nèi)的風(fēng)場情況，在求解方程時(shí)沒有進(jìn)行溫度變化，室外空氣與墻壁等之間的熱量傳遞，以及能量等的計(jì)算。
　　（2） 空氣的流速遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于音速，屬于低速流動，所以忽略能量方程中的壓力項(xiàng)，同時(shí)引入了boudinesq假設(shè)，忽略了浮力的影響。
　　（3） 在計(jì)算過程中，空氣處理為常物性。
　　基于上面的假設(shè)并應(yīng)用兩方程湍流模型，得到本次模擬的方程為[1,2]：
　　(1)
　　（2）
　　其中：為Reynolds應(yīng)力
　　
　　(3)
　　(4)
　　其中：,湍流粘度
　　，湍動能
　　，湍流能量耗散
　　由上面的數(shù)學(xué)模型就可以組成一個(gè)包含六個(gè)方程，求解六個(gè)未知數(shù)的封閉方程組，求解出三維的速度u,v,w和壓力p，以及湍動能k與能量耗散。
　　
　　2.2氣體流動的邊界條件
　　小區(qū)風(fēng)環(huán)境分析過程中邊界條件設(shè)置如下：
　　（1） 入口風(fēng)速分布
　　在近地大氣層內(nèi)風(fēng)速是隨著高度而變化的，為了使模擬結(jié)構(gòu)更加準(zhǔn)確，在入口邊界設(shè)置了風(fēng)與高度變化的關(guān)系式。風(fēng)速輪廓線可以近似使用下面的式子進(jìn)行描速[3]：
　　（1）
　　其中：――高度h處的風(fēng)速；
　　――高度處的風(fēng)速
　　――氣象臺風(fēng)觀測點(diǎn)的基準(zhǔn)高度，一般為10m
　　 ――與地面粗糙有關(guān)的常數(shù)，
　　A類：近海小島，沙漠，，B類：鄉(xiāng)村、田野、城郊，C類：建筑物密集的大城市。
　　由于“元邦綠洲”小區(qū)為廣州市內(nèi)的一個(gè)住宅小區(qū)，所以地面粗糙常數(shù)應(yīng)該屬于C類。廣州的平均風(fēng)速約為1.9m/s[4]，所以不同高度處的風(fēng)速為：。
　　廣州城區(qū)夏季的主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南，在此模擬中風(fēng)向采用南偏東15度。
　　（2） 出口
　　出口設(shè)置為自由出口，相對壓力為0。
　　（3） 壁面處理
　　在模擬中，氣體的流動會受到建筑物的影響，在模擬時(shí)采用了壁面函數(shù)法，并設(shè)建筑物表面為代摩擦的光滑墻壁。
　　
　　3.數(shù)值分析計(jì)算與分析
　　小區(qū)最高層建筑為14層，高57m，在住宅小區(qū)內(nèi)人們活動的范圍是距離地面1.5m的近地區(qū)域，通過計(jì)算得到近地區(qū)域的風(fēng)場分布情況如圖2和圖3所示。
　　小區(qū)的主入口在東南方向，為夏季風(fēng)進(jìn)入小區(qū)內(nèi)部提供了良好的便捷條件，同時(shí)，小區(qū)在東側(cè)留出一定的開口，便于風(fēng)的流通，利于小區(qū)內(nèi)風(fēng)流線的組織。參考圖2可知，小區(qū)內(nèi)部的主要公共活動區(qū)域可以獲得良好的風(fēng)速，風(fēng)速范圍約0.8m/s~2.1m/s，風(fēng)速十分舒適，不僅可以為小區(qū)內(nèi)活動的居民降溫，而且不會影響人們的活動[5]。小區(qū)內(nèi)有少部分區(qū)域風(fēng)速較小，主要集中在小區(qū)的西北部，其主要原因在于建筑間空隙小，阻擋了風(fēng)的流動。
　　
　　圖21.5m高度的風(fēng)場分布
　　夏季的東南風(fēng)進(jìn)入小區(qū)后，受到建筑的阻擋，在建筑群中形成漩渦且速度下降，如圖3示，如果小區(qū)南側(cè)的的建筑底層適當(dāng)架空，將會為小區(qū)引入更動的風(fēng)，利于小區(qū)內(nèi)的空氣流動與夏季降溫。
　　
　　圖3風(fēng)場垂直分布情況
　　4.小結(jié)
　　自然通風(fēng)設(shè)計(jì)是建筑節(jié)能設(shè)計(jì)中利用自然資源的重要方面，對于居住建筑，自然通風(fēng)更是一種經(jīng)濟(jì)、健康、受人們喜愛的降溫方式。良好的建筑布局和規(guī)劃是合理利用自然通風(fēng)的前提，良好的規(guī)劃布局不僅可以大量引入自然風(fēng)，而且為小區(qū)內(nèi)各單體建筑的通風(fēng)創(chuàng)造了條件，因此，對小區(qū)進(jìn)行風(fēng)環(huán)境分析是十分必要的。借助計(jì)算機(jī)軟件的環(huán)境分析可以有效的提供建筑師對環(huán)境利用效果的評估，及時(shí)改進(jìn)方案，提高建筑設(shè)計(jì)水平，為居住者創(chuàng)造健康的高品質(zhì)生活環(huán)境，為城市生態(tài)做出貢獻(xiàn)。
　　通過本小區(qū)建筑群室外風(fēng)環(huán)境分析，可以了解到在廣州地區(qū)進(jìn)行住區(qū)環(huán)境設(shè)計(jì)時(shí)要注意將小區(qū)的東面、南面設(shè)置為小區(qū)的出入主入口，利于將夏季涼爽的風(fēng)引入小區(qū)內(nèi)，為小區(qū)的室外活動環(huán)境提供了有利因素，同時(shí)夏季風(fēng)的引入，利于形成小區(qū)內(nèi)部各建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面的壓力差，為建筑單體的各用戶通風(fēng)提供了條件，提高了居民的生活質(zhì)量。若在小區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)中適當(dāng)配置植被、水體降溫，在風(fēng)留出的方向適當(dāng)?shù)慕o與流動通道，小區(qū)內(nèi)的通風(fēng)質(zhì)量將更加提高。
　　
　　
　　參考文獻(xiàn)：
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