建筑环境学 2008013168_杨乐_室外微环境之风环境测试

1、室外微环境之风环境测试 杨乐2008013168 建 筑 环 境 学实 验 论 文 题目:室外微环境之风环境测试 姓名:杨乐 学号:2008013168 班级:建环8 指导老师:林波荣 指导研究生:王冰、冯宁 （建环6） 同组成员：裴祖峰（建环8）、 何家豪、林旭勤、周进升（建环7） 完成时间：2010年7月4日 室外微环境之风环境测试摘 要 通过利用小型气象站对某校学生公寓区建筑室外微气候进行多点测试，在假设一天内微气候变化不大的前提下，大致得出该区域建筑微环境的风场、温度场、湿度场，并针对其风场进行分析，比较各点的风速、风向，构建室外风场模型，并从中得出一些室外风环境方面的初步结论。关键词

2、 室外风环境 假设条件 测点一、引言1、研究背景及意义在当代，建筑周边微环境越来越成为一个人们所关注的话题。建筑室外微环境，不仅直接影响到室外人、间接影响到室内人们的舒适感，而且对于建筑节能等设计规划具有重大意义。室外微环境，包括了风环境（风场）、热环境（温度场）、湿环境（湿度场）等基本因素，因此，要想研究室外微环境，就应当首先了解这些基本环境的特性。本次实验，共与4名同学为一大组，与其中一名（裴祖峰）为一小组，共同展开测试。但分析处理数据时有所分工：笔者侧重研究风环境；小组另一名成员侧重研究热湿环境。2、实验目的在同一段时间内，利用仪器实地测量某个建筑群区域内的多个测点，得出各点的温湿度、风

3、速分布，针对风场，各点相互比较，并构建该区域风场模型，分析建筑布局等因素对风环境的影响，从而加深对室外微环境尤其是风环境的理解。二、研究方法1、实验仪器仪器名称：FSR-4便携式自动气象站 数量:9台基本结构：风速风向传感器、温湿度传感器、防辐射通风罩、数据存储系统、电源开关功能： 较为精密地测量周围环境的温度、湿度、风速、风向且排除了太阳辐射直射的干扰配套软件：气象生态环境监测系统2、实验思路2.1选定实验地点选定清华大学紫荆公寓区（含研究生W楼）作为实验对象，利用Google Earth得到该区域俯视图，并选取若干测点，即实验中小型气象站的摆放位置。 2.2核心思路鉴于实验仪器数量有限，难

4、以同时测试多个位置微环境，故做以下处理：将9台小型气象站中的8台编号18，每台分别在上午（9:00-12:00）、中午（12：00-15：00）、下午（15:00-18：00）三个时间段内测量三个不同的位置，即每台仪器有三个测点，且各台之间相互不重复，于是在一天（此处仅指白天，约9时至18时之间，下文同）之内得到24（ = 83）个测点。将9台小型气象站中的另外一台做特殊处处理放在某高楼楼顶，做全天测试。这里将要用到一个假设条件：若该气象站数据显示顶层全天温度变化不大、风速较均匀且三个时间段内主导风向、各向平均风速等均保持基本一致，则可以粗略认为地面上温度场、风场变化不大，即各测点温度、风速、

5、风向等均不随时间变化，故可以将不同时间段内的测点数据当做是同一时间段内所测数据，放在一起进行比较分析，从而得出同一时段内紫荆公寓区的风场。若该气象站数据显示顶层一天内温度变化剧烈且风速分布不均匀，则不能忽略时间变化对地面风场的影响，即不能将不同时段内的测点一齐比较，而只能分别在各时间段内8个测点中进行研究分析。2.3两点忽略为了研究建筑布局对风场的影响，本次实验做出两点忽略：（1）忽略下垫面对风场的影响。实验所选取的测点的下垫面大多为干硬的水泥地面或土地，几乎没有植被覆盖，故可以忽略不同下垫面的影响。（2）忽略周围绿化带对风场的影响。实验所选取的测点周围大多只有建筑物，并无高而多的植被，而且小

6、型气象站本身具有一定高度，较低的植被对其所测风速风向影响甚微，故可以忽略绿化带的影响。2.4数据处理在以上假设条件成立及合理做出以上两点忽略的前提下，便可将各仪器中记录的数据通过其配套软件导入电脑，利用EXCEL进行数据处理与分析。鉴于仪器中录入的风向是以其偏转角度为单位的，故可以将0360划分为8个区间：正北N（337.5360或022.5）、东北NE（22.567.5）、正东E(67.5112.5)、东南SE(112.5157.5)、正南S(157.5202.5)、西南SW(202.5247.5)、正西W(247.5292.5)、西北NW(292.5337.5)。分别对每台仪器每个时间段内

7、的数据按照上述8个区间进行筛选，并记录各区间的数据频数，计算其频率及其速度平均值。由此可以得到风向频率分布图（又称“风向玫瑰图”）及各方向平均速度分布图。从图中可以直观看出各点主导风向（频率最高的风向）及各方向上的平均速度情况。此外，还可得到各点平均风速，做出柱状图，并与楼顶平均风速进行比较。综合以上各图表及数据，可绘出含有各点主导风向、最大平均风速及其方向、风速分布情况等信息的表格。 2.5构建模型综合以上各种信息，可以粗略得出紫荆公寓区的风场模型，并以箭头表示各点风速分布箭头指向代表风的流向，箭头粗细代表该点平均风速大小。据此图及相应数据可以分析比较该区域风场受建筑布局的影响情况，并可得出

8、一些有关室外风环境的初步结论。三、实验过程1、准备工作 3月底，全组5人在王冰学长的带领下，我们对荷清苑小区微环境进行了测试，初步了解了此项实验的原理、步骤、方法等，并接触实验仪器，为日后分组独立完成实验打下基础。于建筑技术科学系指导老师处开介绍信，并于实验前前往W楼楼长处申请实验当天将一台气象站安置于其楼顶。提前联系微型车以协助搬运仪器。实验前一天调试仪器，主要包括校核仪器显示时间和设定测量时间间隔（每分钟记录一个点），并对仪器充电。准备好扳手用于仪器安装、拆卸，及胶带纸等工具以备不时之需。2、第一次实验时间：4月24日8:0019:30流程：从建馆、系馆将9台仪器运往紫荆11号楼下，安装，

9、搬运至预先设定好的各个测点（8台在地面，1台在楼顶），并对每台仪器进行拍照、记录周边环境。12时、15时更换地面8台仪器的位置，并拍照、记录。18时收拾仪器。分析：此次实验数据出现了较为严重的问题。 （1）各仪器的显示时间与真实时间不符；（2） 因操作失误，许多仪器在不同时段间未关闭而没有间断；（3）个别仪器数据波动明显错误，不符合实际情况 因此，此次实验在一定程度上是不成功的，需要进行第二次实验。3、第二次实验时间：5月30日 8:0017:00流程：大体同第一次，但由于天气不好，时间段改为两段上午（9:0012:20）和下午（12:2015:40），因而在地面上只能得 到16个测点的数据。

10、分析：此次实验较为成功，得出了一些较有说服力的数据，可以此进行分析。四、实验结果及分析1、判定假设条件是否满足楼顶气象站： 从图中可以看出，楼顶全天温度变化不大，集中在2530之间；湿度变化虽较大，但其对风场的影响较小可以忽略；风玫瑰图显示，无论单从上午、下午考虑，还是从全天整体考虑，楼顶主导风向均为北偏东，且各方向的平均风速较为均匀。因此，可以粗略认为假设条件得到了满足，故可以认为地面16个测点不受时间不同的限制，进而可以相互比较分析。2、地面各测点分析比较上图为16个测点示意图。其中18号点为上午测点，916号点为下午测点。1、9号点同为1号仪器测点，2、8号点同为2号仪器测点，以此类推，

11、8、16号点同为8号仪器测点。以下分析中均以此编号为准。2.1风向频率分布 18号如下：916号如下：2.2各向平均风速（单位：m/s）18号如下：916号如下：2.3各点平均风速（单位：m/s）由此柱状图可以看出，顶层平均风速远远高于地面平均风速，这主要是因为风流过建筑群时，底部受到建筑群内各种物体的阻碍，减小了风速。随着高度增大，气流所受的阻力减小，风速上升。实际上，从地面到楼顶这个高度范围，都处于风的边界层内，此区域内风速随高度上升而上升。 2.4各点信息汇总 可见，大多数点的主导风向与其最大平均风速对应的方向是基本一致的，个别点例外，下文中将进行粗略分析。2.5构建风场模型由以上图表、

12、数据及此“风场”，可以看出：前文已述及，当天主导风向为北偏东，可以较好地解释上图中的4、5、6、7、8、9、14、15、16等测点，但难以解释1、2、3、10、11、12、13等测点。其中，7、14测点的北风主要靠W楼北侧的东北风经楼凸起处的风口流入，且风速有一定的衰减。8点主导风向与其外侧来流风向大致相反，也许是因为东北风受到“V”型建筑墙壁阻挡后返回，与来流形成局部漩涡；但也可能是因为较高速东风流过时，其压强较低，故“V”型内部静止的高压空气向该高速气流聚集。9点作为风流过建筑群的出口，风速较低，主要在于风在建筑群中受到重重阻力有一定的衰减。11、13两点之共同点是，各向平均风速较为均匀且

13、较大。可能是因为二点地理位置均为较空旷地带，各向来的风均不受到强力阻碍因而较大。4、12、14之共同点是，其主导风向与最大平均风速方向不一致甚至相反。这与它们的特殊位置有关。12点处于两栋建筑间的拐角处，风从西南吹来，触及12点北侧的南向墙壁后折向南，导致12点最大风速方向为北方；4、14两点风速均由来自13点的强劲的西风和来自总体主导方向的东北风共同作用而成，因此造成其特殊的风速分布。五、结论1、由于边界层的存在，地表风速比高处风速低。2、由流量、风速、截面积的相互关系可知，流经窄道时风速会变大。3、建筑群出口处风速可能会比入口处小。4、流经通风口转向时风速可能会变小。5、建筑拐角处可能出现

14、主导风向与来流方向相背离的情况。6、空旷位置处各项风速较为均匀且较大。7、主导方向与最大平均风速风向大体一致，但会因具体地形而有例外。8、复杂地形处风环境较为复杂难以轻易判断。六、讨论与收获1、误差分析：上述结论仅仅是建立在已有的基础知识及一次实验的数据基础上得出的，因而可能有些方面考虑不周。其中产生误差的原因较多，比如：（1）忽略了时间变化对风场的影响，即上文提及的假设条件，而实际上该条件是无法绝对满足的。（2）绘制风玫瑰图时，8个风向，各区间范围较大，不够精准。（3）处理数据中多次用到算术平均值，忽略了风场的波动性。（4）各仪器工作的起始、结束时间并非完全一致，而是有一定时差。（5）仪器本身及实验者操作仪器的细节问题可能也会影响最终的数据准确性。下表为第二次实验前后各仪器的基本情况：编号防辐射通风罩风速风向传感器换位关机12松动松动，小红旗弯曲3盘跌落4松动（略弯，但影响不大）分段有误差56小红旗弯曲分段有误差78 个别仪器的通风罩松动，但经过临时胶带加固后，影响不大；个别仪器风向标小红旗有所弯曲或松动，可能会影响到风速风向的测量；而此次实验数