樹木對建筑小區風壓環境影響的模擬研究

梁朋雲，楊雙亮

（山西省工業設備安裝有限公司，太原030012）

樹木對建筑小區風壓環境影響的模擬研究

梁朋雲，楊雙亮

（山西省工業設備安裝有限公司，太原030012）

實現降低建筑物能源消耗的方式之一是從建筑方案的設計階段的源頭考慮建筑物的風壓環境。創造優良的建筑風壓環境，有助于實現城市小區的可持續發展。論文闡述了CFD（計算流體動力學）數值模擬工具在分析樹木對建筑小區風壓環境影響的一般流程，并通過案例說明了樹木對建筑室外風壓環境的影響。

樹木;室外風壓環境;CFD;模擬

1 引言

目前，CFD數值模擬技術廣泛用于溫度場、壓力場的模擬及預測。論文通過數值模擬，預測城市小區在不同樹木種植方案的條件下的壓力場及速度場，并以此提出了用于改善建筑風壓環境的具體方案。根據《綠色建筑評價標準》（GB/ T50378—2014）[2]和《中國生態住宅建筑技術評估手冊》[3]（以下簡稱“評價標準”和“評估手冊”）相關指標，應用CFD數值模擬技術，模擬已初步成型的規劃方案的風壓環境，并得出具體指標。模擬出的室外風壓環境不能滿足手冊及標準的要求時，可通過種植綠色樹木改善建筑物室外的風壓環境。

2 基于CFD模擬樹木在改善建筑小區風壓環境中的應用

2.1 建筑物風壓環境評價指標

依據“評價標準”和“評估手冊”中對室外風壓環境的具體要求，即根據當地的風玫瑰圖，模擬預測該地典型特征氣象條件下的風壓環境，并使其滿足建筑物周圍風速小于5m/s（行人區垂直1.5m處），并使建筑的前后壓差不大于5Pa（冬季），或保證75%以上的建筑（板式）前后保持2Pa左右的壓力差，以避免局部發生死角和漩渦，達到保證室內能進行有效的自然通風的目的。

2.2 基于FLUENT模擬樹木在改善建筑小區風壓環境中的應用流程

對于室外風壓環境，通過應用CFD數值模擬技術，模擬、預測、判斷、改善與評價建筑小區的室外風壓環境[1]。論文的分析對象為已初步成型的設計方案建筑物的室外風壓環境，運用FLUENT6.3軟件對建筑室外風壓環境進行模擬分析。若分析結果不能滿足建筑風壓環境評價標準的具體指標，則采用種植綠色樹木（采用不同的布置形式）的方式來改善建筑風壓環境，以此滿足室外風壓環境評價標準及手冊的指標。

2.3 案例分析

通過一個具體案例來介紹FLUENT6.3數值模擬軟件模

擬、預測、判斷、改善建筑小區風壓環境的具體操作方法，案例的模擬工況為夏季。

2.3.1 模型的建立

通過建筑學SketchUp軟件建立小區建筑物的規劃模型，如圖1所示。

圖1 通過SketchUp軟件生成的建筑小區模型

2.3.2 模擬結果

依據“評價標準”和“評估手冊”中對室外風壓環境的具體指標數值，截取了模擬結果中的風速度場圖、壓力場分布圖（行人區垂直1.5m處），如圖2～圖5所示。

2.3.3 模擬結果分析

通過軟件模擬可以看出：在行人區垂直1.5m處，方案1中空氣速度最高值為5.11m/s；方案2中空氣速度最高值為5.12m/s。雖然這2種方案的速度最大值均超過了標準和手冊的要求值（最大風速5m/s），但方案2速度最高值5.12m/s發生在小區的左上區域，不在建筑小區內，因此，不選擇。而方案1與方案2相似，速度最高值5.11m/s發生在小區的左半區域，同樣不滿足室外風壓環境評價指標要求，因此，需要通過種植綠色樹木，以改善建筑小區室外風壓環境。

此外，為了預測建筑物室外風壓環境中的壓力是否符合設計指標，還需預測建筑物前后的風壓力差。在建筑物的前后表面均勻布設壓力測點，通過模擬數據結果分析計算建筑物前后對應壓力測點的壓力差，通過統計不滿足壓差的對應壓力測點占總測點的百分比作為判斷壓力指標是否滿足標準的根據。

對方案2實施壓力取點，看是否滿足要求。從建筑前后壓力測點的相關數據得出：方案2中，能保證80.77%的板式建筑前后維持在2Pa左右的壓差。因此，方案2滿足建筑風壓環境評價標準。

圖2 方案1的1.5m處空氣速度模擬矢量圖

圖3 方案1的1.5m處壓力模擬云圖

圖4 方案2的1.5m處空氣速度模擬矢量圖

圖5 方案2的1.5m處壓力模擬云圖

3 室外風壓環境的改善

通過軟件模擬顯示：方案1不能滿足“評價標準”和“評估手冊”中的指標，因此，需采用種植綠色樹木的方式優化建筑小區風壓環境。

依據樹木種植的不同區域，提出2種綠色樹木種植方案（見圖6），用于改善建筑小區風壓環境。（1）在空氣速度較高的樓宇間種植樹木；（2）在空氣速度較高的迎風面種植綠色樹木。改善后的模擬結果如圖7～圖10所示。

圖6 綠色樹木種植方案

根據模擬結果可以看出：在行人區垂直1.5m處，方案3的最高風速為5.53m/s；方案4的最高風速為4.89m/s。從評價標準判斷，方案4滿足建筑物室外風壓環境指標中對風速的要求，方案3不滿足。

為了判斷改善后方案4是否同時滿足對風壓力差的要求，對修改后方案4的建筑前后分別取相對應壓力測點。從壓力測點的數據得出：方案4能保證76.923%的板式建筑前后維持在2Pa左右的壓差，因此，滿足標準及手冊中的指標。

從以上2個不同的改善方案來看，種植綠色樹木并不是就可以達到改善建筑小區風壓環境的效

果。若樹木種植區域不當，極有可能導致小區內局部區域發生漩渦，進而對小區風壓環境產生不利影響。因此，在選擇種植綠色樹木方案時，應合理安排布置區域，合理搭配合適樹種，從而營造健康、舒適城市小區建筑室外風壓環境。

圖7 方案3的1.5m處空氣速度模擬矢量圖

圖8 方案3的1.5m處壓力模擬云圖

圖9 方案4的1.5m處空氣速度模擬矢量圖

圖10 方案4的1.5m處壓力模擬云圖

4 結論

面對越來越差的建筑室外風壓環境，如何改善建筑室外風壓環境日益受到重視。論文提出的通過綠樹改善小區風壓環境的方法為城市建筑小區規劃提出了一種新的思路，從而為人類營造更加優良的小區風環境。

【1】GB/T 50378—2014綠色建筑評價標準[S].

【2】中國建筑科學研究院，等.中國生態住宅技術評估手冊[K].北京：中國建筑工業出版社，2003.

【3】夏春海，朱穎心，林波榮.方案設計階段建筑性能模擬方法綜述[J].暖通空調，2007，37(12):32-40.

Simulation of the Influence of Trees on the Wind Environment of Building Community

LIANG Peng-yun,YANG Shuang-liang
(Shanxi Industrial Equipment Installation Co.Ltd.,Taiyuan 030012,China)

One way to reduce building energy consumption is consideration of building wind pressure environment from the design stage construction plan.Creating excellent building wind environment,can realize the sustainable development of city district.This paper describes the general process of the CFD(computation fluid dynornics)as a numerical simulation tools in the analysis of trees on the building area of wind pressure on the environmental,and through a case illustrates the impact of trees on the out door wind pressure on the environment.

trees;outdoor wind environment;CFD;simulation

TU201.5；TU119

A

1007-9467（2016）11-0015-03【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.11.108

2016-10-24

梁朋雲（1986～），女，河北隆堯人，工程師，從事風壓環境及能耗分析研究。