城市与建筑风环境(1)

城市与建筑风环境及自然通风研 究
• 一方面，随着钢铁、机 一方面，随着钢铁、 械、电气及电梯工业技 术的进步， 术的进步，在技术上为 高层建筑的进一步发展 提供了可能性。 提供了可能性。另一方 面，伴随着城市用地的 进一步紧张， 进一步紧张，发展商不 断要求提高建筑容积率， 断要求提高建筑容积率， 造成目前城市中的建筑 越来越高， 越来越高，密度越来越 大，而由高层建筑引发 的建筑风环境问题已引 起广泛的注意。 起广泛的注意。
城市与建筑风环境及自然通风研究
• 而且类似中国的广大地 气候环境差异， 区的气候环境差异 区的气候环境差异，造 成北方、 成北方、长江流域及亚 热带地区完全不同的风 环境考虑， 环境考虑，居住小区布 局如何适应当地的气流 条件， 条件，以及采暖节能与 制冷节能对风环境的完 全不同的要求等等， 全不同的要求等等，都 对建筑风环境设计提出 了更富于挑战性的要求。 了更富于挑战性的要求。
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• 极端风灾害气候并不经常发生， 极端风灾害气候并不经常发生， 与我们的日常生活更加息息相关 的是建筑风环境。当一栋大楼矗 的是建筑风环境。 立起来， 立起来，不可避免地改变了原来 吹经此处的风的正常走向， 吹经此处的风的正常走向，也即 改变了当地的风环境， 改变了当地的风环境，这种变化 有时可能产生不良后果。例如， 有时可能产生不良后果。例如， 在繁华的商业中心街道两旁， 在繁华的商业中心街道两旁，高 低错落的建筑群构成了一道人工 街道峡谷” 的“街道峡谷”，风汇合在街道 由于“峡谷效应” 里，由于“峡谷效应”，风速加 出现局部强风， 大，出现局部强风，加上建筑物 的阻滞， 的阻滞，形成涡旋和强烈变化的 升降气流等复杂的空气流动现象。 升降气流等复杂的空气流动现象。 在大风天气， 街道峡谷效应” 在大风天气，“街道峡谷效应” 加强了风的作用，强大的乱流、 加强了风的作用，强大的乱流、 涡旋再加上变化莫测的升降气流 形成了街道风暴，殃及行人。 形成了街道风暴，殃及行人。
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• 在国外，行人风环境问题早已成为公众关注的问题。日本的建筑 在国外，行人风环境问题早已成为公众关注的问题。日本的建筑 开发商与居民之间因风环境问题引起的争端时常发生， 开发商与居民之间因风环境问题引起的争端时常发生，甚至引发 诉讼。一些地方政府例如东京都颁布政府条例规定， 诉讼。一些地方政府例如东京都颁布政府条例规定，高度超过 100m的建筑与占地面积超过 万m2的开发项目，开发商必须进 的建筑与占地面积超过10万 的开发项目 的开发项目， 的建筑与占地面积超过 行包括行人风环境在内的对周边环境影响的评估。 行包括行人风环境在内的对周边环境影响的评估。日本不仅有这 些强制性的要求，当住户对发展商提出要求时， 些强制性的要求，当住户对发展商提出要求时，也经常要进行行 人风环境的调查， 人风环境的调查，时常发生居民因附近新建建筑改变了当地的风 环境而引发的诉讼。 澳大利亚，每一栋3层以上的建筑都需要 环境而引发的诉讼。在澳大利亚，每一栋 层以上的建筑都需要 进行风环境评估，住户因风环境提请的诉讼频仍， 进行风环境评估，住户因风环境提请的诉讼频仍，风环境问题成 为一个公众严重关切的问题。 为一个公众严重关切的问题。一个开发项目如果风的问题没处理 那么开发商绝不可能获得建设许可。 北美， 好，那么开发商绝不可能获得建设许可。在北美，许多大城市如 波士顿、纽约、旧金山、多伦多等， 波士顿、纽约、旧金山、多伦多等，新建建筑方案在获得相关部 门批准之前，都需要进行建前和建后该地区建筑风环境的考察， 门批准之前，都需要进行建前和建后该地区建筑风环境的考察， 以对新建建筑对区域行人风环境的影响进行评估。 以对新建建筑对区域行人风环境的影响进行评估。
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• 人、自然、建筑、城市一直是紧密相关的概念，而风与它们都有 自然、建筑、城市一直是紧密相关的概念， 关系，风是构成环境，尤其是室外环境的重要因素之一， 关系，风是构成环境，尤其是室外环境的重要因素之一，在城市 • 中，近地风的特性非常复杂，它不仅依赖于建筑物本身的外形、 近地风的特性非常复杂，它不仅依赖于建筑物本身的外形、 尺寸和某些建筑物特征(如开口 通道等)， 如开口、 尺寸和某些建筑物特征 如开口、通道等 ，而且依赖于周围建筑 物的相对位置、外形以及四周地形的粗糙程度。 物的相对位置、外形以及四周地形的粗糙程度。随着建筑物的增 布局的密集，近地面大气层对建筑的影响也越来越明显。 高、布局的密集，近地面大气层对建筑的影响也越来越明显。在 近地面大气层内，空气的流动是很容易突变的， 近地面大气层内，空气的流动是很容易突变的，在某一点上的风 向和风速，短时间内可能会有很大的变动，理论上认为是一种湍 向和风速，短时间内可能会有很大的变动，理论上认为是一种湍 流现象。在高大建筑物周围变化更为剧烈， 流现象。在高大建筑物周围变化更为剧烈，往往会引起局部地区 风速的增大和紊乱，产生强烈的气流变化，引起风环境的恶化。 风速的增大和紊乱，产生强烈的气流变化，引起风环境的恶化。 在一般的气象条件下，都市风影响着城市建筑环境的小气候。 在一般的气象条件下，都市风影响着城市建筑环境的小气候。而 高层和超高层建筑的问世，产生了尖锐突出的再生风环境和二次 高层和超高层建筑的问世，产生了尖锐突出的再生风环境和二次 风环境，成为城市环境公害的一个重要方面， 风环境，成为城市环境公害的一个重要方面，高层建筑周围强烈 的湍流会对行人产生强烈的影响，直接影响到风环境的舒适感， 的湍流会对行人产生强烈的影响，直接影响到风环境的舒适感， 在高层建筑林立的“山谷”之中，经常可以看到举步为艰， 在高层建筑林立的“山谷”之中，经常可以看到举步为艰，迎风 前进的行人们。 前进的行人们。
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• 如何在建筑室内各部 分维护良好通风的同 时避免废气回流， 时避免废气回流，在 室外环境规划中维护 风道” “风道”，促进城市 空气流通更新与人们 聚集区域的风速舒适 与减轻污染， 与减轻污染，是设计 建筑风环境的基本考 虑。
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• 建筑群风环境与建筑室 内通风是营造人体生理 舒适性的主要因素， 舒适性的主要因素，而 且通风效率与建筑节能 直接相关， 直接相关，因此成为可 持续发展的“绿色建筑” 持续发展的“绿色建筑” 的重要主题。 的重要主题。
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• • 风环境还涉及健康和节能 风环境不仅和人们的安全有关， 风环境不仅和人们的安全有关， 也和健康密切关系。 也和健康密切关系。建筑设计对 风环境因素考虑不周， 风环境因素考虑不周，会造成局 部地区气流不畅， 部地区气流不畅，在建筑物周围 形成漩涡和死角， 形成漩涡和死角，使得污染物不 能及时扩散， 能及时扩散，直接影响到人的生 命健康。 命健康。香港淘大花园因为密集 的高楼之间形成的“风闸效应” 的高楼之间形成的“风闸效应” 加剧了SARS病毒的扩散与传播 加剧了 病毒的扩散与传播 就是一例，并引发了人们对“ 就是一例，并引发了人们对“健 康住宅”的广泛关注。 康住宅”的广泛关注。又据有关 部门监测， 部门监测，北京崇文门和宣武门 一带， 一带，沿街两排东西走向的板楼 挡住了北京常见的南北风， 挡住了北京常见的南北风，形成 的涡旋阻滞了污染物的正常扩散， 的涡旋阻滞了污染物的正常扩散， 造成空气质量的不良。 造成空气质量的不良。
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• 不仅群体建筑会形成这种不良的区域性风气候，在单 不仅群体建筑会形成这种不良的区域性风气候， 独的高层建筑附近往往也出现不利的风环境。 独的高层建筑附近往往也出现不利的风环境。研究表 高层建筑趋于将高空的高速气流引至地面， 明，高层建筑趋于将高空的高速气流引至地面，特别 在建筑转角处，流动加速， 在建筑转角处，流动加速，并在建筑前方形成停驻的 漩涡，将恶化建筑周围行人高度的风环境， 漩涡，将恶化建筑周围行人高度的风环境，危及过往 行人的安全。国外曾报道了因“高楼风” 行人的安全。国外曾报道了因“高楼风”造成人员伤 害的案例。在一栋高层建筑附近， 害的案例。在一栋高层建筑附近，由于高层建筑的存 在改变了风的正常走向， 在改变了风的正常走向，使建筑周围的风速突然增大 数倍， 数倍，突如其来的旋风将两名经过该处的老妇人刮倒 并导致死亡，被法院判决该建筑的建设者赔偿责任。 并导致死亡，被法院判决该建筑的建设者赔偿责任。 又如在北京，曾有报道200米高的京广中心附近出现行 又如在北京，曾有报道 米高的京广中心附近出现行 人屡被大风吹倒的现象。因此在大风天气， 人屡被大风吹倒的现象。因此在大风天气，行走在高 楼大厦附近，行人特别是老人与儿童应特别注意安全。 楼大厦附近，行人特别是老人与儿童应特别注意安全。
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• 我国城市遭受风灾害 我国城市遭受风灾害 影响严重， 影响严重，每年强风 导致建筑结构损毁造 成的财产损失十分巨 大。
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• 仅举几例，1999年9月中旬 仅举几例， 年 月中旬 约克”台风登陆香港期间 登陆香港期间， “约克”台风登陆香港期间， 湾仔税务大楼、 湾仔税务大楼、入境事务大 楼及湾仔政府大楼等数栋大 多块玻璃幕墙被吹毁； 楼400多块玻璃幕墙被吹毁； 多块玻璃幕墙被吹毁 2002年8月，苏州新建的尚 年 月 未投入使用的体育场和体育 馆屋顶被强风掀去4000多平 馆屋顶被强风掀去 多平 方米； 方米； 2003年8月2日，上海 年 月 日 大剧院大屋盖屋顶一块覆面 材料被强风撕裂成两段， 材料被强风撕裂成两段，造 成损坏面积250平方米。 平方米。 成损坏面积 平方米
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• 当前， 当前，我国城市兴建高层建筑的 热潮还在不断上升， 中心城区， 热潮还在不断上升，在中心城区， 大量高层、超高层建筑不断涌现， 大量高层、超高层建筑不断涌现， 不断涌现 如不加以规范， 如不加以规范，势必会造成城市 建筑风环境问题越来越严重。 建筑风环境问题越来越严重。在 北京和其他城市， 北京和其他城市，意识先进的开 发商和设计单位已在个别住宅小 区及高档写字楼的开发建设中开 始考虑建筑风环境问题。 始考虑建筑风环境问题。但整体 来看， 来看，建筑风环境问题还尚未引 起足够的重视， 起足够的重视，还没有一个地方 政府和权威机构将此问题的管理 提升到立法与规范的层面上。 提升到立法与规范的层面上。有 识之士已认识到建筑风环境在城 市建设中的重要性， 市建设中的重要性，呼吁通过立 法等手段对城市建筑风环境加以 规范。 规范。
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• 通过风洞试验与计算机 通过风洞试验与计算机 模拟手段可以预测建筑 模拟手段可以预测建筑 建成之后的风环境状况。 建成之后的风环境状况。 中国建筑科学研究院等 国家科研机构借助先进 的数值仿真技术， 的数值仿真技术，正在 开展建筑风环境的研究 与评估， 与评估，为设计具有良 好风环境品质的建筑提 供科学的指导。 供科学的指导。通过对 建筑风环境问题的关注， 建筑风环境问题的关注， 加上科技工作者的努力， 加上科技工作者的努力， 将有助于提高城市建筑 的规划和设计水平， 的规划和设计水平，改 善人居环境， 善人居环境，并有利于 环境保护和节约能源。 环境保护和节约能源。
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• 风环境还涉及建筑节能。 风环境还涉及建筑节能。 住宅小区室外风环境不 在夏季可能阻碍室 良，在夏季可能阻碍室 内外自然通风的顺畅进 内外自然通风的顺畅进 增加空调的负荷； 行，增加空调的负荷； 在冬季又可能会增加维 护结构的渗透风 渗透风而提高 护结构的渗透风而提高 采暖能耗。因此， 采暖能耗。因此，设计 良好风环境品质的建筑 能有效地降低建筑能耗。 能有效地降低建筑能耗
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• 由于建筑风环境涉及行人的安全和舒适，小区 由于建筑风环境涉及行人的安全和舒适， 气候和居民健康，绿色建筑与节能， 气候和居民健康，绿色建筑与节能，污染物的 扩散与空气自净等问题， 扩散与空气自净等问题，建筑风环境问题在发 达国家已经引起了相当的重视。 达国家已经引起了相当的重视。不仅运用先进 的技术手段开展对建筑风环境的系统研究， 的技术手段开展对建筑风环境的系统研究，而 且上升到立法规范管理的层面上。 且上升到立法规范管理的层面上。许多城市制 定专门的法规来管理和监督新建或改建城市街 区和住宅小区的建筑风环境问题， 区和住宅小区的建筑风环境问题，对于较大型 的工程项目都要进行风环境的强制性评估， 的工程项目都要进行风环境的强制性评估，通 过行政和司法手段有效控制城市不良建筑风环 境的产生。 境的产生。