徐州高鐵生態商務區某二星級綠色公共建筑室外風環境評價與分析

田秋紅潘正偉王雪夏忠衛黃棣

（1.徐州開放大學 徐州 221000 2.江蘇博智工程咨詢有限公司 徐州 221000）

1 引言

2 工程概況及自然環境

2.1 工程概況

本項目位于徐州鴻運路的東邊，玉湖路的南邊。本項目總用地面積為48611.1m2，總建筑面積為93472.77m2，計容面積為58324.74m2，不計容面積為35148.03m2。建筑高度小于24m，分為組團式辦公樓（6～8#）、SOHO辦公樓（1～5#）和配套服務樓，建筑朝向呈由南至東分布，大體為南偏西25°。

圖1 項目方案鳥瞰圖

2.2 自然環境

徐州四季分明，日照充分，雨熱同期，屬暖溫帶，濕潤至半濕潤氣候。農業氣候資源較優越，但部分氣候要素年際變化大，氣象災害較多。本區基本氣象：主導風向多為東北風，其次是東風，風頻為11%。年平均氣溫13.7℃，1、2月份最冷，7、8月份最熱，一月平均氣溫-4℃，7月平均氣溫26.8℃。極端最低氣溫-23℃，最高氣溫40.1℃。年平均日照時數2399.5h。年平均無霜期200～220d左右，最大凍土層深度24cm。

3 室外風環境評價技術路線

本課題采用計算流體力學（CFD）模擬技術對該項目周邊風環境進行模擬，綜合考慮流場、風速、風壓三個因素，對該項目周邊的風環境狀況進行分析評價，并進一步為其室內自然通風適用性及舒適性分析提供參考數據。

3.1 室外風環境模擬分析參考依據

主要參考資料為：《綠色建筑評價標準》（GB/T50378-2014）；《江蘇省綠色建筑設計標準》（DGJ32/T173-2014）；《民用建筑設計通則》（GB50352-2005）；《民用建筑綠色設計規范》（JGJ/T229-2010）；《中國建筑熱環境分析專用氣象數據集》中國氣象局氣息信息中心資料室。

3.2 室外風環境評價說明

該項目工程位于江蘇省徐州市，屬于夏熱冬冷地區。本課題對項目內參評建筑周邊風環境狀況的評價主要從室外風場分布情況及室外風環境對室內環境影響兩方面內容通過流場、風速、風壓三個因素進行分析。評價內容設定為2種工況，工況1為冬季主導風，工況2為夏季及過渡季主導風。具體評價為：①工況1下，距地1.5m高處建筑物周圍人行區，風速V小于5m/s；且室外風速放大系＜2；②除迎風第一排建筑外，建筑迎風面與背風面表面風壓差不超過5pa；③工況2下，50%以上建筑的可開啟外窗室內外表面的風壓差＞0.5Pa；場地內人員活動區不出現渦流或無風區。

3.3 模擬分析

3.3.1幾何模型及網格劃分

分析模型中包括該項目所有建筑及周邊300m內所有建筑。模型中邊界尺寸選擇主要以不影響建筑群邊界氣流流動為準，邊界尺寸為區域長、寬、高的3倍，為1100m長、900m寬、75m高，模型中Y軸正方向設置為北向。計算網格劃分采用局部加密形式，建筑區域內的網格為0.5m×0.5m，外場網格為1m×1m，建筑高度方向，1.5m以內有3個網格，.5m至到建筑高度處每1m一個網格，建筑高度以上每2m一個網格。模型及網格效果分別如圖2～3示。

圖2 模型效果圖

圖3 工程分析網格

圖4 收斂曲線圖

3.3.2 參數設置

⑦孫啟祥：《陸游打虎詩辨析》，陶喻之：《陸游刺虎公案》，刊《文史知識》2005年第11期“紀念陸游誕辰880周年專號”。

本模擬考慮來流邊界條件、出流邊界條件以及收斂判斷三方面。來流邊界中設定均勻分布風速，不同高度平面上的來流風速大小沿建筑高度方向按梯度遞增。不同高度的風速不同，高度與風速的計算公式如下：式中：V0-基準高度h0處的風速，m/s，一般取10m處的風速；Vh-高度為h處的風速，m/s；n-指數，根據《建筑結構荷載規范》（GB50009-2001），依據室外場地狀況，n 取 0.22[1～2]。

出流邊界條件按自由出口設定，建筑出流面上空氣流動按湍流充分發展考慮。

收斂判斷：湍流模型采用標準k-ε模型，離散方式采用二階迎風格式，根據工況1、工況2主導風向、風速對項目方案周邊風環境進行模擬。方案中，考慮建筑周圍的四周地形、地貌以及相對位置、外形，并建立簡化室外風場模型。設置計算域計算步數為1500次，終止標準按連續性方程與動量方程殘差為1.0E-3以下，收斂曲線如圖4所示。

3.3.3 模擬工況

根據徐州市地區常年氣象數據設定2個模擬工況，各工況的具體風向及風速設置如表1所示。

表1 模擬工況

3.4 模擬結果分析

3.4.1 工況1（冬季主導風向）

圖5為冬季典型風向E（東風）典型風速3.0m/s時，距地1.5m高度處本項目周邊的流場分布情況。圖中可見：本項目建筑前后通風順暢，來流風從建筑北面經建筑遮擋，建筑整體未出現大范圍漩渦。

圖6、7為冬季典型風向E（東風），典型風速3.0m/s時，徐州高鐵站區企業區域總部項目周圍距地1.5m高度處風速云圖，等值線間距為0.3125m/s。由圖可見：該項目風速較小，基本在0.625～3.125m/s之間。其中最大風速為4.009m/s，來流風速為2.622m/s，經計算，風速放大系數為1.528，項目參評區域周圍人行高度風速基本在5.0m/s以內，有利于本項目的行人活動，營造良好的室外風環境。

圖5 距地1.5m處風速矢量圖

圖6 距地1.5m處風速云圖

圖7距地1.5m處來流風速云圖

圖8 、9為冬季主導風向E（東風）條件下建筑立面風壓分布狀況圖，室外平均風速3.0m/s條件下，項目周邊距1.5m高度處風壓云圖，等值線間距為1.0Pa。圖中可見：建筑迎風面第一排建筑的壓力基本在3～4Pa左右，背風面的壓力在-1～0Pa；除迎風第一排建筑外，其他建筑前后風壓差較小，基本在2～3Pa左右。

圖8 建筑背面風側壓力分布圖

圖9 建筑正風側壓力分布圖

工況1下，在冬季典型風向E（東風），典型風速3.0m/s下，流場：本項目建筑前后通風順暢，來流風從建筑北面經建筑遮擋，整體未出現大范圍無風區及漩渦區。風速：區域周圍人行高度風速基本在5.0m/s以內，有利于廣場的行人活動，經計算，風速放大系數為1.528。風壓：本項目迎風面建筑前后壓力差較大，迎風面建筑前后最大風壓差為5Pa左右，除迎風面其余風壓較小，均在5Pa以下。

3.4.2 工況1（過渡季、夏季主導風向）

圖10 距地1.5m風速矢量圖

圖11 距地1.5m處風速云圖

圖12距地1.5m處來流風速云圖

圖10 為夏季、過渡季典型風向SES（東南）、典型風速3.5m/s時，徐州高鐵站區企業區域總部項目內距地1.5m高度處流場分布情況。圖中可見：本項目內流場分布都比較均勻，通風效果較好，整個場地無明顯的渦旋，整體未出現大范圍無風區，有利于小區內的熱量及污染物的擴散。

圖11、12為夏季、過渡季典型風向ESE（東南東風），典型風速3.5m/s時，本項目周圍距地面1.5m高度處風速云圖，等值線間距為0.375m/s。圖中可見：本項目的平均風速為3.055m/s，大部分區域的風速位于1.125～3.75m/s之間；最大風速為4.733m/s，來流風速為3.192m/s，經計算，風速放大系數為1.482，有利于本項目內行人活動，營造良好的室外風環境。

圖13 建筑迎風正面風壓圖（夏季、過渡季）

圖14建筑迎風背面風壓圖（夏季、過渡季）

圖13 、14顯示的是在夏季、過渡季典型風向ESE（東南東風）情況下，典型風速3.5m/s下，本項目東立面最大風壓為4～5Pa左右，建筑東立面的風壓值也普遍高于西立面，東西立面的壓差范圍在3～4Pa左右，有利用建筑室內的自然通風。

工況2下，在夏季和過渡季典型風向ESE（東南東風），典型風速3.5m/s下，流場：整個區域內流場分布都比較均勻，未出現大范圍無風區、渦流區，空氣品質較好。風速：整個區域內風速較穩定，周邊人行區域1.5m高度處風速均在5m/s以下，風速放大系數約為1.482，小于2，有利于本項目內行人活動，營造良好的室外風環境。風壓：區域內所有參評建筑迎風面與背風面風壓差均大于0.5Pa，有利于夏季和過渡季節室內自然通風，帶走室內熱量和污濁物。

4 結論

本項目進行了2種工況模擬評價，在工況1下，建筑物周圍人行區距地1.5m高處，風速V小于5m/s；且室外風速放大系數＜2，對小區風環境影響較小，滿足要求；冬季除迎風第一排建筑外，建筑迎風面與背風面表面風壓差不＞5Pa，滿足要求；工況2下，場地內人員活動區不出現渦流或無風區；50%以上建筑的可開啟外窗表面的風壓差大于0.5Pa[3～4]。

綜上所述，本項目整體滿足《綠色建筑評價標準》（GB/T50378-2014）第4.2.6條“場地內風環境有利于室外行走、活動舒適和建筑的自然通風”。

2017年徐州市綠色建筑示范城市科技支撐項目。