住宅小区风环境模拟评价示例

住宅小区的风环境模拟及评价

室外风环境模拟是绿色建筑认证模拟中的重要一项，国家的《绿色建筑评价标准》中对住宅的室外风环境有以下要求：其中 4.1.13规定“住区风环境有利于冬季室外行走舒适及过渡季、夏季的自然通风”和4.1.4规定“住区建筑布局保证室内外的日照环境、采光和通风的要求，满足现行国家标准《城市居住区规划设计规范》GB 50180中有关住宅建筑日照标准的要求“。本文对某住宅小区的风环境进行模拟和评价。

1.项目概况

本项目位于杭州市区，由四栋高层住宅组成。建筑高度都是30m。

建筑模型根据住宅的实际尺寸建立。并简化到对风环境影响很小的拐角、凸起等。具体的几何模型如下：

图1：住宅小区建筑的几何模型

本次分析模型以住宅小区的所有建筑为依据，根据建筑图纸建立几何模型。模拟计算区域的大小以不影响气流流动为准。根据相关的规范和文献等资料，确定室外计算区域为250X250mX90m，模型中以Y轴正方向为正北方向。网格如下图4和图5：

图2 住宅小区的建筑模型网格

2. 模拟设置

2.1 计算=数设置

⑴梯度风边界设置

建筑物附近的风速可以按照大气边界层理论和地形条s来确定。不同地形下的风速梯度也不一样，可以用以下的公式表示：

式s：

Vh—高度为h处的风速，m/s；

V0—基准高度h0处的风速，m/s，一般取10 m处的风速；

n—指数。根据《建筑结构荷载规范》GB 50009—2001，地面粗糙度可分为A、B、C、D 四类：

——A 类指近海海面和海岛、海岸、湖岸及沙漠地区，指数为0.12；

——B 类指田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇和城市郊区，指数为0.16；

——C 类指有密集建筑群的城市市区，指数为0.22；

——D 类指有密集建筑群且房屋较高的城市市区，指数为0.30；

新加坡地毯科技园周边风环境模拟时设置n值为0.22

⑵出口边界条件

计算区域的出口为自由出口，压力设置为环境压力值

⑶计算收敛判据

CFD数值模拟代数方程的终止标准按连续性方程与动量方程残差为1.0 E-3以下，能量方程残差为1.0 E-6以下，收敛曲线如图6所示：

图3:收敛曲线

2.2 Case计算说明

根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》统计的杭州地区气象数据设置3个CASE进行分析

本次模拟主要为Case1，夏季工况，风向是SSW（南偏西22.5度），风速为2.6m/s。

3.计算结果

3.1评价方法

1.人行区域风环境

一般情况下要求规划区建谖镏芪人行区域距地1.5 m高度处的风速ν小于5 m/s，以达到满足不影响人们正常室外活动的基本要求。

评价指标以风速状况为主。

2.无风区或涡旋区

在某些区域是否会形成无风区或涡旋区，导致通风不畅，严重的阻碍空气流动，影响室外散热和污染物消散。

评价指标以流场、空气龄分布状况为主

3.建筑物前后风压分布状况

分析新加坡低碳科技园的立面上的风压分布状况，查看压差是否达到夏季、过渡季节的自然通风以及冬季防风的要求。

评价指标以风压状况为主。

3.2风环境模拟结果评价

Case1主要分析在夏季和冬季主导风向为SSW，2.6m/s时，本项目周边人行区域的舒适度、空气质量及室内自然通风的可行性。舒适性

图4夏季住宅小区1.5m高度的速度矢量图

图4为夏季、冬季主导风向为SSW，2.6m/s时，距地面1.5m高度处的流场分布情况。从图中可以看到，整个项目的流场分布均匀，无滞风区域。风从建筑群的西南侧进入，经过建筑群，最后由东北侧离开建筑群。在项目西南侧风速在1.5~2.0m/s，在项目东北侧风速较少，在0.25-0.5m/s，项目其他区域的风速基本在0.5-1.0m/s之间。具体的风速分布如图12所示，等值线的间距为0.25m/s。

图5夏季住宅小区1.5m高度的速度等值线图

图5为夏季、冬季主导风向为SSW，2.6m/s时，距地面1.5m高度处的等值线图。通过整理模拟所得的数据，在夏季、冬季主导风向为SSW，2.6m/s，新加坡低碳科技园项目周边人行区域距地1.5m高度的初始风速为1.33m/s，最大风速1.87m/s分别是，可得风速放大系数为1.41。

空气质量

图6夏季住宅小区1.5m高度的空气龄图

图6为在夏季、冬季主导风向为SSW，2.6m/s时6距地1.5m高度处空气龄分布情况。从图中分析可得，项目在西南侧空气龄较少，在40-80s之间：东北侧的空气龄较大，在80-150s左右。整个项目所在区域的空气龄在200s以内，总体上说，项目本身及其周边区域空气更新速度较快，新鲜程度较高。
通风可行性

图7夏季住宅小区1.5m高度的压力等值线图

图7为夏季、冬季主导风向为SSW，2.6m/s时距地1.5m高度处的压力分布情况。项目西南侧的压力基本在2.0Pa以上，东北侧的压力基本在-2.0Pa左右。这个项0的压力差在4.0Pa以上。

4.结论

通过对住宅小区的风环境模拟结果分析，可以知道该住宅小区的人行高度1.5m处风速小于5m/s，符合国家标准的规定。整个小区的空气龄在200s以内，空气新鲜程度较高，小区建筑的前后压力在4.0Pa左右，有利于进行自然通风。