建筑室外风环境模拟相关问题探讨 宋建涛

建筑室外风环境模拟相关问题探讨宋建涛

摘要：建筑室外风环境模拟分析作为绿色建筑设计咨询过程中非常重要的一环，但室外风环境模拟相关重要问题没有统一的规范，导致行业内模拟质量良莠不齐。本文通过对国内外建筑风环境CFD数值模拟技术及发展研究，对建筑室外风环境

模拟涉及的模型简化、网格处理、边界条件、数值模型、模拟软件等方面进行归

纳总结，旨在通过研究所得结论为今后指导和规范建筑风环境模拟评价分析过程

提供有效帮助，可用于绿色建筑咨询、建筑设计以及工程实践。

关键词：绿色建筑；风环境；CFD；数值模拟

Abstract：The simulation analysis of building outdoor wind environment is a very important part of green building design consulting process.But the outdoor wind environment simulation related to important issues without uniform norms，which leads to the industry simulation quality varies greatly.In this paper，through the domestic and international architectural wind environment CFD numerical simulation technology and development research，summarizes the aspects of model simplification，grid processing，boundary condition，numerical model and simulation software involved in the simulation of outdoor wind environment.The purpose of this study is to provide effective help for the future guidance and regulation of the wind environment simulation and analysis process，which can be used in green building consultation，architectural design and engineering practice.

Key words：Green building；Wind environment；CFD；Numerical Simulation

0 前言

随着中国绿色建筑政策的不断出台、标准体系的不断完善、绿色建筑实施的

不断深入及国家对绿色建筑财政支持力度的不断增大，中国绿色建筑在未来几年

将继续保持迅猛发展态势。

2011年中国绿色建筑评价标识项目数量得到了大幅度的增长，绿色建筑技术

水平不断提高，呈现出良性发展的态势。2013年1月6日，国务院发布了《国务院办公厅关于转发发展改革委、住房城乡建设部绿色建筑行动方案的通知》）提出"十二五"期间完成新建绿色建筑10亿平方米；到2015年末，20%的城镇新建

建筑达到绿色建筑标准要求。同时还对"十二五"期间绿色建筑的方案、政策支持

等予以明确。

良好的建筑室外风环境可以避免建筑群之间形成的旋涡区，利于空气的流动

与废气、热气的排放，提高行人的舒适性，有效改善区域热岛[1]。

当前建筑室外风环境模拟的重要性已渐渐被行业意识到，风环境模拟报告是

绿色建筑评审需要提供的重要资料。尽管《绿色建筑评价标准》 GB/T 50378-

2014[2]及地方标准、规范都对建筑风环境模拟做了相应的要求、说明，但均不够

明确具体，造成模拟质量良莠不齐，不利于绿色建筑的良好发展，需对建筑风环

境模拟做进一步探讨。

1 几何建模探讨

基于不同的规划布局，建立建筑室外风环境模型时，应尽量遵循建筑实际形状，并做适当简化，以满足项目实际需要，并保证模拟结果准确性。

当前，对于建筑室外风环境模型，业界存在三种常见做法，即：仅建立目标

建筑、建立目标建筑和绿化模型、建立目标建筑、绿化模型和周边建筑。

1.1建立目标建筑模型

由于模拟人员的专业素质良莠不齐，再加上工期、人员分配等多种原因，模

拟评估人员在进行室外风环境模拟分析时，往往只建立目标建筑模型，而忽略其

他影响模型，例如，绿化、道路、水体等模型。实际上，绿建现行国标以及新国

标中，都对建筑场地内的绿化措施有明确的指标要求。若是只建立建筑模型，这

种“图省事”的做法，不但不能如实的反映室外风场的真实分布情况，也会造成室

外风环境模拟评价只是走过场，不利于绿建行业的良性发展[3]。

另外，考虑到某些工况下的初始风速已经接近或大于5m/s，若是只建立建筑

模型，极易造成项目室外风环境的最终模拟结果难以达标，从而不符合绿建国标

的相关规定。

1.2建立建筑+绿化模型

绿化设施对改善建筑室外风环境质量、绿化环境和提高居民居住舒适度有着

重要作用。

在夏季，合理的利用绿化植物与建筑物的组合，不仅能起到绿化环境，还可

以改善和优化建筑外风环境。一方面树木可起到遮挡太阳辐射，在一定程度上降

低建筑外围护结构的表面温度，另一方面可引导风向，有效带走居住区热量和室

外污染物气体，改善自然通风效果。

在冬季，合理的绿化布局可有效的形成防护带，阻挡寒风，封闭不利风向，

减少寒风对建筑的影响，降低建筑采暖能耗。

对于建筑室外风环境模拟来说，考虑到模拟结果的精确性和计算机配置的需求，需要对绿化设施模型进行适当的简化，去掉一些不影响分析结果但会增加网

格数目的地方。例如，主要考虑草坪、灌木和乔木三种类型绿化，对于灌木和乔木，建立模型时只需考虑树冠外轮廓即可，并且具有建模简便，计算快捷，收敛

性好，数值模拟计算结果准确等优点[4]。

1.3 建立目标建筑+绿化模型+周边建筑

合理的建筑规划可以形成良好的室外风环境，有利于居住区内污染物的排放

和空气的良好流通。

在建筑室外风环境评价方面，冬季工况下要求建筑周围人行区距地面1.5m高度处风速不大于5m/s，以满足不影响行人室外活动的舒适性要求。另外在夏季工况和过渡季工况下要求场地内人活动区不出现涡旋或无风区。

在实际项目中，新建建筑位于既有建筑群中，既有建筑群已形成一定形式的

建筑布局，其对新建建筑的室外风环境影响是显而易见的。如果周边建筑体量较

大且距离目标建筑较近，在进行室外风环境模拟时，应考虑周边建筑对目标建筑

室外风环境的影响。

2 气象参数探讨

《绿色建筑评价标准》 GB/T 50378-2014 第4.2.6考察的是冬季工况、夏季工

况和过渡季工况典型风速和风向条件下的室外模拟结果，虽然标准规定了室外风

环境的风速限值，但是没有明确规定各个地区各个工况下室外风速及风向的选取。而室外风速作为数值模拟的边界条件，如果没有统一的标准，势必会造成对于同

一地区得到结果差距较大甚至相反的结果，影响绿色建筑的发展。

2.1 气象参数选取

当前，对于冬、夏和过渡季的典型工况气象参数，业界内主要采用《中国建

筑热环境分析专用气象数据集》和《全国民用建筑供暖通风与空气调节设计规范《GB50736-2012》中典型气象年中各季节出现风频最大的风向和所对应的风速值；对不同季节，当存在主导风向、风速不唯一时，宜依据《暖通空调设计手册》或

当地气象局历史数据分析确定。