国内外室外风环境数值模拟技术研究进展

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常 规 风 环 境 试 验 一 般 布 置 测 点 并 进 行 测 试 ,但 目前 也 出
研 领 域 占有 一 定 的 地 位 , 使 得 模 拟 建 筑 周 边 风 环 境 更 加 的 准 确 。对 于 建 筑 室 外 风 环 境 的研 究 在 风 洞 工程 利 用 比建 筑 物 理
领域进行 的更为深入 。很多研究人员都提 出了保 证建 筑周围 舒适 安全 的风 环境的重要性 。由于认识到 了室外风环 境研 究
点 来 记录 该建 筑 物 附近 的长 期 风 环 境 状 况 , 并结 合 市 民 的 日 常 行 为 和 气 象 资 料 来 评 价 这 一 地 区 的 风 环 境 状 况 。 1 9 年 ] 92 Wht阐 述 了利 用 风 洞 试 验 进 行 风 环 境 测 试 的 详 细 过 程 和 口 i e 了 行 性 ,此 后风 洞试 验 被 广 泛 地 应 用 于 风 环 境 研 究 。 】
李 魁 山 , 丹 丹 , B 涛 , 然 ( 蒋 赤沛 孟 1华东建筑设计研究院有限公司, 上海 2 00 2 天津新金融投资 0 0 2: .
有 限公 司 ,天 津 305 0 4 6)
摘 要 :2 0世纪 8 0年代中期 ,随着计算机技术的快速发展,各种风环境模拟软件也逐渐出现,其中包括 Any 、Fu n 、SaC ss le t trD等,以 C D技术为 F
筑 物 占地 面积 与整 个 小 区平 均 风 速 的关 系 ,并 提 出 了 以建 筑
覆盖率为主要参数的风 环境 设计指 导意见 ,得 出结论 : 建筑
覆 盖 率 的 增加 降低 了建 筑 群 内等 平均 风速 。
仅节约 时间和成本 ,也可 以关注到建筑物周边各个 点的流动
状 况 。 19 9 2年 B t ma等 人 首 先 采 用 C D 方 法 研 究 了 单 体 ot e F 建筑 和 建筑 群 周 边 人 员 活 动 区 室 外 风环 境 , 并 与 风洞 试 验 的 结 果 进 行 对 比 。 19 9 3年 Gai e 人 半 圆形 广 场 周 边 气 流 组 dl 等 h
作 《 建筑十 书》中就 已经提到过关于建筑 的风环 境问题 以及
有 关 如 何 改 善 该 问题 的办 法 …。他 建 议 : 建 筑 规 划 中 , 城 在 市 街 道 的布 局 方 向应 与 当 地 冬 季 的 主 导 风 里 正 交 布 置 , 为 行
人提供最大 限度 的风延蔽 。城 市的发展和高层建筑等现代建
中 图分类 号 : U 7 T 21
文献标 识码 : B
文章编 号 : 6 48 4 2 1 ) 0 .90 1 7 - 1 X( 0 2 .50 . 4
1 研 究概 况
风 环 境 ( n n i n n) WidE vr met问题 在 古 罗 马 时期 就 有 研 究 。 o 当 时 的 建 筑 巨 匠 维 特 鲁 威 ( iu i ) 在 他 的建 筑 学 经 典 著 Vt vi r u
筑 的 兴 起 ,使 城 市 风 环 境 的研 究 更 显 重 要 。 近 代 室 外 风 环 境 一 般 仅 作 为 分 析 室 内热 湿 环 境 、人 员 舒 适度 以及 墙 体 蓄 热 性 能 的边 界 条件 ,研 究 的 关 注 点 并 不 在 于 室 外 风 环 境 本 身 。 自从 2 0世 纪 7 代 开始 , 由于 大 气 边 界 0年
41相对舒适度 ( e uot . B a fr )评估标准
2 纪7 0世 0年 代 ,P n adn和 W i 根 据 自己 的研 究 并 e w re s e
19 9 5年 T 0和 L m 讨论 了建筑物排列位置 以及风 向角对 a
于 由一 列 相 同尺 寸 建筑 物 构 成 的 建 筑 群 风 环 境 的 影 响 问题 。 研 究 了风 向沿 建 筑 物 排 列 方 向和 垂 直 于 建 筑 物 排 列 方 向情 况
果这些发生的频率被判定为过高,那么这些 “ 不舒适性 ”就
被认为 是 “ 法接受 ” 无 。界 定 这 个 不 同 程 度 不 舒 适 性 的最 高 可 接 受 的 发 生 频 率 即 是 通 常 所 说 的 “ 适 性 评 估 准 则 ” 行 舒 。 人 高 度 处 风 环 境 的评 估 可 参 照 表 1 表 2定义 的标 准 。 、
较高风速漏 斗型风场 因阻塞形成 的侧 向气流有利于改善垂直
于 风 向 的 过 道 区 的 气流 流通 ,并 提 高 了两 侧 建 筑 物 侧 面 及 背
风面的负压,但存在高速气 流区的范围较广 ,有可能使人行
3 建筑布局对室外风环境 的影响
目前对 于 建 筑群 风环 境 的研 究 主 要 集 中 在某 一特 定 建筑
效应 显著 ,阻止迎风 向拐角大尺度的涡形成。
20 0 5年 Z ag等 研 究 了 一 个 由 1 建 筑 构 成 的建 筑 群 hn 8个 多个 布 局 在 0 风 向角 和 4 。 向角 下 的流 场 变 化 。通 过 对 3 。 5风 个方 案 风 场 的 分 析 来 确 定 适 合 于 在 中 国南 方 的 最 优 方 案 ,此 方 案 确 定 的 主 要 依 据 是 建 筑 群 的 布 置 能 够 使 得 各 建 筑 的 自然 通 风 状 况 最 佳 。2 0 0 7年 B okn等 对 两 个 建 筑 物 Fra Baidu bibliotek 间 的 过 lc e 道 风 大 小 受 建 筑 间 距 的 影 响 做 了 详 细 的 量 化 分 析 。20 0 8年 T s 等 以 日本 的 2 住 宅 水 区 为模 型 , 分 析 了住 宅 小 区 建 et u 2个
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国内外室外风 环境数值模拟技术研 究进展
Dom e tc and l er tonal s ar he s i nt na i Re e ch on t Num erc m ul ton T i al Si a i echn ogy o t ol fOu door W i d En r n vionm en t
层 和 风 洞 试 验 研 究 的 发 展 ,建 筑 领 域 的 空气 动 力 学研 究 在 科
就首次进行 了风洞试验来预测建筑周 围的风环境 ,17 年 又 93
对 即将 兴 建 的 南 部 银 行 大 厦 周 围 的风 环 境进 行 风 洞 试 验 。 J
1 8 年S u o 过在东京市 区某高层建筑物 及其周 围布置测 96 hz通
参考 蒲福风 力等 级表提 出了 以 5 s m/ 作为风环 境舒适性 的界
限 。在 建 筑 物 “ 适 性 ”的评 估 判 定 中, 无 法 接 受 的 不舒 适 ” 舒 “ 这 一概 念 可 表 示 为 : 任 何 一 个 已知 的 设 计 情 况 下 , 因为 风 在 而 导致 的不 同程 度 不 舒 适 ,视 不 舒 适 的程 度 、设 计 用 途 以及 当 地 的风 观 测 资 料 而 会 有 一 些 不 同 的 发 生 频 率 ( 数 ) 次 。如
下 ,相邻建筑对于建筑物过道和拐角风速 的影 响。研究结果
表 明 :当来 流 风 沿 建 筑 物 排 列 连 线 方 向 ,后 方 建 筑 物 受 前 方 建 筑 物 遮 蔽效 应 影 响严 重 ,下 风 向 马鞍 形 涡 的分 离 受 阻 ;当 来 流 风 垂 直建 筑 物 排 列 连线 方 向 ,建 筑 物 过道 之 间 的狭 道 风
2 室 外 风环 境 的研 究 方 法
室 外风 环 境 的研 究手 段 方 面 ,包 括现 场 实测 、风 涮 试 验 、 数 值 模 拟 等 多 种 方 法 己应 用 于 室 外 风 环 境 的研 究 。 白 2 0世 纪 7 代 以 米 , 国外 诸 多 学 者 对 建 筑 群 风 环 境 做 过 大 量 的 0年 研 究 。 我 国在 这 方 面 的研 究 相 对 滞 后 , 于 2 世 纪 9 年 代 。 而 始 0 0 17 年 ,在 伦 敦 V u hl 区 的 两座 高 层 建 筑 在 兴 建 前 0 9 a x al 地
绿色建筑 9
0 n 10 忙 船 甘 日
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近年来 ,随着高性能计算机 的快速发展 ,数值风洞 的虚
拟 风 洞 试 验 被 大 量 应 用 于 风 环 境 研 究 方 面 。C D 的方 法 不 F
的重 要 性 ,城 市规 划 学 者 现 在 也 参 与 到 研 究 大 型 建 筑 物 周 边 风环境 中。
现 一些 新 的 试 验 技 术 。 19 9 6年 Y maa等 使 用 红 外 热 线 感 应 a d 图像 技术 研 究 行人 高度 处 风 环 境 ] 0 3年 Lu等 采 用 激 光 。2 0 i 粒 子 成 像 速 度 场测 量 系 统 , 模 拟 了 街 谷 存 在 地 面 加 热 时 的 流 场 特 征 ,并 讨 论 了环 境 风 场 的影 响 [。 6 ]
织情况 。T k k r 等人通过模拟 的方法 预测 了城 市里高层建 aaua
筑 周 围 强 风 的情 况 。 19 9 9年 H e和 S n o g等 人 使 用 L S模 拟 E 了 建 筑 周 边 风 环 境 。2 0 0 2年 Rc a s 人 对 整 个 A cln i r 等 hd u kad 城 区 的室 外 风 环 境 进 行 了 大 规 模 的模 拟 。
国内在此方 面的研 究也十 分丰 富。2 0 06年 王辉等 定性 分析 了以 3 3 x 行列式布置建筑群为基础变化生成的几个 典型 布局 周围风速分 布规律并 比较 了不 同布 局下的风场变 化 【。 7 】
利 用 数 值 模 拟 方 法 确 定 了几 种 合 理 的 气 流 布 局 ,数 值 计 算 结 果显 示顺 风 向过 道 区 以及 迎 风 建 筑 物 迎 风 侧 拐 角 区 域 均 存 在
代表 的流体 力 学技术 为风环 境的 研究 形成 了理论基 础 。经过这 些年 的发展 逐渐 成熟 ,现 已有一 些较为 重要 的成果 。通过 分析 国内外室 外风环 境数 值模拟 技术 研究进 展情况 ,探 讨风环境 模拟 在建筑 中的现 实意义 。
关 键 词 :室外风环 境 ; 数值模 拟技术 ; 境风场 环
感 觉 不 舒 适 。2 0 09年 徐 刚 等 分 析 了 3 2行 列 式 布 置 建 筑 群 x 中建 筑 随 距 离 的 风 压差 变 化 以及 流 场 改 变 】 。
群、选取几个典型的布局形式或者改变典型布局中某些参数
来 分 析 建筑 群 周 围流 场 的变 化 。 建 筑 物 布 局 对 于 人 行 高 度 处 风 速 状 况 的 影 响 一 个 重 要 的 方 面 就 是 两 建 筑 物 之 间过 道 区 域 的 风环 境 。 从 2 0世 纪 7 0年 代 起 陆 续 有 学 者 对 于 此 做 过 相 关 的研 究 。早 期 ,I i k 和 sz i ha Wi nB G 进 行 了 不 同布 局 的 两 个 等 建 筑 物 附近 风 场 的风 洞 r e 试 验 测 试 , 该研 究着 于两 个建 筑 物 之 间 过道 中心 线上 的平 均 风 速 。1 8 9 6年 Sa p uo 和 Soms 究 了 建 筑 物 不 同高 度 th o ls t tr 研 和 风 向对 于 过 道 区 域 风速 的影 响 ,同 时给 出 了湍 流 度 的分 布 。
4 人行高度处风环境评价指标的研 究
室 外 风 环 境 评 价 主 要 针 对 的是 建 筑 周 围 场 地 人 行 高 度 处 的 风环 境 情 况 , 价 其 是 否满 足 人 类 各 种 活 动 的 风环 境要 求 。 评 相 关 的 评 价 方法 主 要 包括 相对 舒 适 度 ( euot B a fr)评 估标 准 、 风 速 比评 价 方法 和 风速 频 率及 行 人 舒 适 感 评 价 方 法 。这 三 种 方 法 在 国 内 外均 已得 到 了应 用 。
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