基于Ecotect,的居住区风环境人体舒适度评价——以呼和浩特市为例
时间：2022-11-18 16:15:03 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
田沁，李伊仑，朱莹，秦宇豪
（内蒙古工业大学，内蒙古呼和浩特 010051）
随着城市化进程的不断发展，人类建造技术不断进步，城市内部居住区逐渐被大量高层板楼占领。建筑室外风环境是构成城市微气候的要素之一，在呼和浩特市风环境更是评价户外体感舒适度的重要标准。CFD 风环境模拟作为20 世纪60 年代崛起并成熟的高端分析技术产品，现如今在建筑布局、城市微气候环境分析领域发挥重要的作用[1]。杨涛等[2]通过Fluent 分析长沙市围合式布局得出，布局开口方向是影响居住区内部通风的关键。瞿珺[3]通过CFD 风环境模拟吴江城市不同布局的居住区风环境，探讨了居住区选址，建筑布局方式，建筑单体设计对风环境的影响。孙良等[4]利用PHOENIC 模拟徐州矿区居住区风环境，得到改善建筑布局的策略。总之，针对居住区风环境形成的影响因素以及通风效果的优良研究较多，但对不同风环境下人体舒适度研究相对较少。
呼和浩特市位于内蒙古自治区中西部，西接包头市、鄂尔多斯市，东邻乌兰察布市，北邻大青山，南达山西省，全市总面积为17221km2，其中中心城区总面积为2183.2km2。呼和浩特市属于中温带大陆性季风气候，全年气候干燥，且降水较少，夏季出现频率最高的是东南风，冬季是西北风，年内最大风速多集中于春末夏初的3-6 月，全年最大风速可达到75m/s，有“风城”之称。
图1 区位分析图
目前，在建筑室外风环境评估方面，常用的风环境评价方法主要有5 种，分别为蒲福风级、风速比评估法、风速概率数值评估法、基于热舒适度的评价方法、风速离散度评估法。以上方法中风速离散度评估法在此次实验中能较好地反映4 个样本的人体舒适度差异。因此，本实验选择CFD 风环境模拟与风速离散度评估法研究人体舒适度。
（离散度公式，n 为样本数量，μ 为平均值，σ 为标准差）。
3.1 物理模型的建立
本试验主要模拟了混合式，点群式，围合式和行列式4 种在呼和浩特市中基本住宅建筑布局的风环境情况，各建筑的高度相同，且都是高层住宅建筑，朝东南方向布置。为了便于计算模拟，提高计算的速度，利用建筑相似性原理，将建筑物形态理想化为长方体，简化实际的建筑，按照实际尺寸建立模型。主要分析不同布局形式下，高层住宅建筑的风环境，使用的模拟软件为Ecotect。
3.2 风环境实测
3.2.1 实验方案。首先对4 种布局形式进行预先风环境模拟，从中选择最高风速测点一与最低风速测点二。选择在四季中风速最大的春季（4-6 月）以及一天中风速最大的时间段（11：00-17：00）进行现场实测，进而得出春季城市空间中的平均风速，以实测平均风速作为参数重新模拟各个布局形式，得到最终的风环境模拟结果。
图2 测点分布图
3.2.2 测试场地。蓝宇花园位于玉泉区，地处呼和浩特西南方，占地3hm2；
金城百合位于回民区，地处呼和浩特西北方，占地5hm2；
万锦松香位于玉泉区，地处呼和浩特西南方，占地10hm2；
青山水恋位于新城区，地处呼和浩特东北方占地4hm2。
图3 混合式每天平均实测值
图4 行列式每天平均实测值
图5 点裙式每天平均实测值
图6 围合式每天平均实测值
图7 4 种布局形式平均实测值
3.2.3 实测结果。从4 种布局整体上看，围合式的风速在所有时间段中风速较大，但波动较小，混合式的布局方式风速随着时间而逐渐上升，最后达到4 种布局方式的最高值，行列式的布局方式整体上风速较小，但波动较大，4 种布局方式的平均值介于1.17m/s～1.66m/s。
3.3 风环境模拟
以现场实测得到的平均风速1.54m/s，以及高度1.5m 处风环境作为模拟的主要参数。
图8 风环境模拟
在组团建筑物的排列中，建筑物组合方式的不同，会改变通风的方向，影响风速的大小，不同的居住建筑布局形式都会产生不同的室外风环境，改变人体的舒适度。
4.1 混合式
在混合式的建筑布局中，建筑的布局形式呈现出较多样化与繁琐化的特征，该组团建筑与建筑的山墙之间产生了较强劲的风速，形成了狭管效应，且随着左右山墙间距的减小而增大；
每一排建筑之间则形成了较大的涡流区域；
在类似于点状围合的外部空间处，风速较低，且内部形成静风区，但就整个组团风速模拟来看，组团整体通风性较好。风速数值离散度评价中标准值为0.36，在4 种建筑布局形式中舒适度最差。
4.2 点群式
点群式的建筑布局形式呈现的是散点状，外界的风比较容易进入组团内部，容易形成狭管效应，且该现象在4 种建筑布局中最明显。该建筑布局形式中组团内部静风区所占面积较小，该组团内部通风性良好。风速数据带入风速数值离散方程式中，计算得出点群式的风速数值离散度的标准值为0.14，该标准值小于混合式的标准值，所以点群式布局舒适度比混合式舒适度高。
4.3 围合式
在围合式的建筑布局形式中，由于围合的空间与外界环境隔绝较大，建筑组团内部形成内向的空间，致使外界的风不易进入该空间，因此围合的空间内部风速很小，且形成了比较明显的静风区，由此可知，围合式建筑空间布局内部风流通性较差。围合式的风速数值离散度的标准值为0.14，该值与点群式相同，舒适度较为不适。
4.4 行列式
在行列式的布局形式中，建筑的排列形式为前后对齐，左右对齐，因为该建筑布局左右、前后建筑间距比较紧凑，所以风不易进入组团内部，但这也导致了组团内部形成大面积的静风区，导致组团内部空气流通性很差；
由于第四排建筑的东南侧没有与之相对应的下一排建筑，因此此处风速较强。风速数值离散度评价中标准值为0.09，舒适度在以上4 种建筑布局形式中为最舒适。
通过使用Ecotect 软件分析呼和浩特市4 种不同建筑布局类型的住宅区风环境，并结合人体舒适性评价中的风速离散度评估法评估呼和浩特市的居住区风环境情况，得到以下结论：（1）通过风速离散评估法评估4 种建筑布局形式后得出，4 种建筑布局形式的舒适度由大到小排序为：行列式＞围合式=点群式＞混合式。即4种建筑布局形式中，行列式布局风环境最舒适，混合式为最不舒适。（2）通过分析4 种建筑布局风环境模拟结果图发现：在组团内建筑前后间距较大的区域容易形成涡流区；
建筑左右间距较小的地方风速相对较大，易形成狭管效应。（3）高层住宅区组团内部普遍存在通风不良的问题，其中行列式和围合式此种情况最为严重。行列式布局内部风速多在0.15m/s 以下，人在此种风环境中虽然感到舒适，但这种情况会影响小区内部空气的流通，引起通风不良等问题，长期如此会损害人体健康。（4）其他方面如建筑间距、建筑风向角及建筑外形等能对居住区内部风环境产生影响的因素，本文并未作为重点内容进行详细介绍，后续将这些因素作为研究的主要内容。
