住宅區(qū)氣體污染物擴(kuò)散的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

摘 要：住宅區(qū)人口密度大，小區(qū)微環(huán)境的污染對人們的生產(chǎn)和生活造成嚴(yán)重的影響。近年來很多學(xué)者和專家圍繞住宅區(qū)氣體污染物擴(kuò)散的問題相繼開展了一系列的研究工作，包括風(fēng)洞實驗、現(xiàn)場監(jiān)測和數(shù)值模擬，文章就現(xiàn)今國內(nèi)外對住宅區(qū)氣體污染物擴(kuò)散的研究現(xiàn)狀做出一個總結(jié)。

關(guān)鍵詞：住宅區(qū)；氣體污染物；擴(kuò)散；研究現(xiàn)狀

隨著我國城市化進(jìn)程的推近，城市建筑群的污染愈加嚴(yán)重[6]。針對居民住宅區(qū)氣體污染物擴(kuò)散，國內(nèi)外很多學(xué)者從不同的角度進(jìn)行了研究。現(xiàn)今，對住宅區(qū)氣體污染物擴(kuò)散的研究，主要是利用風(fēng)洞試驗及FLUENT數(shù)值分析[8]從風(fēng)環(huán)境，熱環(huán)境及建筑布局的角度進(jìn)行的，文章將對這些研究成果做一個系統(tǒng)的總結(jié)。

1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

1.1 風(fēng)洞試驗研究

歐陽琰，蔣維楣[1]等對北京市東南部的方莊小區(qū)環(huán)境流場及污染物擴(kuò)散進(jìn)行了風(fēng)洞實驗，結(jié)果表明：小區(qū)內(nèi)污染物分布受到建筑物及環(huán)境風(fēng)速大小的影響，建筑物高度不同，水平流場不同；垂直方向流場基本符合冪指數(shù)分布。郭棟鵬，閆函[2]等和郭棟鵬，姚仁太[3]采用數(shù)值模擬與風(fēng)洞試驗相結(jié)合的方法分別對復(fù)雜建筑物及方形建筑物周圍污染物流場進(jìn)行研究。總體表明，數(shù)值模擬與風(fēng)洞試驗結(jié)果總體一致；在建筑物迎風(fēng)側(cè)和頂部比在后方空腔區(qū)域準(zhǔn)確度大。

1.2 FLUENT數(shù)值模擬研究

風(fēng)環(huán)境和熱環(huán)境影響的研究：當(dāng)前對建筑群風(fēng)環(huán)境研究分為兩類：對寒冷地區(qū)，合理布局建筑群，減少冬季強(qiáng)的影響；高層超高層建筑群對區(qū)域風(fēng)場的影響。楊麗[4]針以上海市多年的平均氣象環(huán)境作為初始條件，對繞流風(fēng)場進(jìn)行模擬，分析狹管風(fēng)、風(fēng)影區(qū)等建筑物周圍分布的特征以及將產(chǎn)生的影響。林波榮、李瑩[6]等人利用改進(jìn)的 CTTC模型模擬小區(qū)風(fēng)場，對區(qū)域內(nèi)的熱環(huán)境進(jìn)行評價，提出預(yù)測小區(qū)室外熱環(huán)境的方法。王建輝[8]對自然通風(fēng)情況下高層建筑周圍污染物擴(kuò)散進(jìn)行研究，通過風(fēng)洞試驗和數(shù)值分析表明 Realizable k-ε湍流模型分析結(jié)果最為接近風(fēng)洞試驗結(jié)論。

建筑布局影響的研究：朱穎心等對北京地區(qū)的住宅小區(qū)內(nèi)風(fēng)環(huán)境和污染物的擴(kuò)散問題進(jìn)行了數(shù)值模擬，研究表明：冬季改變住宅區(qū)的布局有利于降低污染物濃度。尤學(xué)一、李莉[7]研究單棟和多建筑的污染物擴(kuò)散問題，對污染源和建筑物位置不同的模型進(jìn)行污染物濃度分析，從而找出通過建筑合理布局減少污染的方法。

2 國外的研究現(xiàn)狀

2.1 風(fēng)洞試驗研究

Stathopoulos[9]等研究不同截面、不同排列的建筑群周圍的風(fēng)環(huán)境，結(jié)果證明數(shù)值模擬與風(fēng)洞試驗結(jié)果具有較好的一致性。通過對日本典型居民小區(qū)風(fēng)洞試驗，KUBOTA[10]等人提出了用建筑物覆蓋率評價小區(qū)內(nèi)風(fēng)環(huán)境的辦法。CHENG和CASTRO[11]對不同立方體矩陣群模型的研究表明在湍流在粗糙次層中比較強(qiáng)烈，可以用單一的對數(shù)函數(shù)表示其和慣性次層的平均流速。通過模擬下有點源在建筑群的擴(kuò)散，DAVIDSON[12]等人發(fā)現(xiàn)流線和湍流形式的變化對擴(kuò)散起主要作用。

2.2 FLUENT數(shù)值模擬研究

英國的Hugh Bartond[13]等都是從改變建筑布局的角度來研究建筑群微環(huán)境，達(dá)到降低能耗，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。合理的布局有利于自然通風(fēng)，加快建筑群內(nèi)的熱交換和置換通風(fēng)，有效改善建筑小區(qū)的空氣品質(zhì)。

3 結(jié)束語

結(jié)果表明：

（1）水平方向上污染物的擴(kuò)散受建筑高度的影響，但是垂直方向流場基本符合冪指數(shù)分布。

（2）在建筑的迎風(fēng)側(cè)和頂部回流區(qū)，風(fēng)洞試驗和數(shù)值模擬準(zhǔn)確性高。

（3）流場的變化主要是由流線和湍流去的改變引起的。

（4）建筑小區(qū)污染物的擴(kuò)散主要受建筑形狀、建筑布局、風(fēng)速、風(fēng)向等因素的影響。研究住宅區(qū)污染物的擴(kuò)散可以有效改善居民區(qū)的空氣質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]歐陽琰，蔣維楣，等.城市小區(qū)環(huán)境流場及污染物擴(kuò)散的風(fēng)洞實驗研究[J].南京大學(xué)學(xué)報，2003，39（6）.

[2]郭棟鵬，閆函，等.復(fù)雜建筑物對近場擴(kuò)散影響的數(shù)值與風(fēng)洞模擬的比較分析[A].實驗流體力學(xué)，2013，27（2）.

[3]郭棟鵬，姚仁太.建筑物對污染物擴(kuò)散影響的數(shù)值與風(fēng)洞模擬研究[A]，2010，24（6）.

[4]楊麗.居住區(qū)風(fēng)環(huán)境分析中的 CFD 技術(shù)應(yīng)用研究.建筑學(xué)報[J]，2010（S1）：5-9.

[5]馬劍，陳水福.平面布局對高層建筑風(fēng)環(huán)境影響的數(shù)值研究[J].浙江大學(xué)學(xué)報，2007，41（9）：1477-1481.

[6]林波榮，李瑩，趙彬，等.居住區(qū)室外熱環(huán)境的預(yù)測、評價與城市環(huán)境建設(shè)[J].城市環(huán)境與城市生態(tài)，2002，15（1）：41-43.

[7]尤學(xué)一，李莉.污染源對建筑小區(qū)影響的數(shù)值模擬[J].環(huán)境科學(xué)研究，2006，19（3）：13-17.

[8]王建輝.自然通風(fēng)條件下高層居住建筑周圍空氣污染物擴(kuò)散研究[D].重慶大學(xué)，2011.11.

[9]Stathopoulos T，Wu H. Generic models for pedest rian level winds in built-up regions[J]. Jour nal of Wind Engineering and Industrial Aerodyn amics，1995，40： 617-631.

[10]Tetsu K，Masao M，Yoshihide T，Akashi M.Wind tunn el tests on the relationship between building density and pedestrian-level wind velocity：dev elopment of guide lines for realizing acceptab le wind environment in resident neighborhoods[J].Building and Environment，2008，43：1699-1708.

[11]Cheng H，Castro 1P.Near wall flow over urban-like roughness[J].Boundary-Layer Meteorology 2002，104（2）：229-259.

[12]Davidson MJ， Snyder WH， Lawson RE， Hunt CR.Wind tunnel simulations of Plume dispersion through groups of obstacles[J]. Atmospheric Enviro nment，1996，30：3715-3731.

[13]Hugh Barton，Geoff Davis，Richard Guise. Sustain able settlements：a guide for planners，design ers and developers[C].New York：World Archite cture Special Report，1995.

作者簡介：岳紅蕾，現(xiàn)職稱：無，學(xué)歷：碩士，研究方向：建筑節(jié)能。