城市与建筑风环境及自然通风研究

1、城市与建筑风环境及自然通风研究如何在建筑室内各部分良好通风的同时避免废气回流，在室外环境规划中 “风道”，促进城市空气流通更新与人们区域的风速舒适与减轻污染，是设计建筑风环境的基本考虑。城市与建筑风环境及自然通风研究建筑群风环境与建筑室内通风是营造舒适性的主要生理，而且通风效率与建筑节能直接相关，因此成为可持续发展的“绿色建筑”的重要。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区的气候环境差异，造成北方、长江流域热带地区完全不同的风环境考虑，居住小区布局如何适应当地的气流条件，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，都对建筑风环境设计提出了更富于性的要求。城市与建筑风环境及

2、自然通风研究我国城市风影响严重，每年强风导致建筑结构损毁造成的大。损失十分巨城市与建筑风环境及自然通风研究仅举几例，1999年9月中旬“约克”台风登陆期间，税务大楼、入境事务大楼及大楼等数栋大楼400多块玻璃幕墙被吹毁；2002年8月，苏州新建的尚未投入使用的体育场和体育馆屋顶被强风掀去4000多平；，大剧院大屋盖屋顶一块覆面材料被强风成两段，造成损坏面积250平。城市与建筑风环境及自然通风研究风气候并不经常发生，与的日常生活更加关的是建筑风环境。当一栋大楼矗立起来，不可避免地改变了原来吹经此处的风的正常，也即改变了当地的风环境，这种变化有时可能产生不良。例如，在繁华的商业中心街道两旁，高低错

3、落的建筑群了一道人工的“街道峡谷”，风汇合在街道里，由于“峡谷效应”，风速加大，出现局部强风，加上建筑物的阻滞，形成涡旋和强烈变化的升降气流等复杂的空气现象。在大风天气，“街道峡谷效应”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。城市与建筑风环境及自然通风研究不仅群体建筑会形成这种不良的区域性风气候，在单独的建筑附近往往也出现不利的风环境。研究表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，加速，并在建筑前方形成停驻的漩涡，将建筑周围行人高度的风环境，危及过往行人的安外曾了因“高楼风”造成伤害的案例。在一栋建筑附近，由于建筑的存在改变了风的正常，使

4、建筑周围的风速突然增大数倍，突如其来的旋风将两名经过该处的老妇人刮倒并导致又如在，被，曾有该建筑的建设者赔偿责任。200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，行走在高楼附近，行人特别是老人应特别注意安全。城市与建筑风环境及自然通风研究风环境还涉及健康和节能风环境不仅和人们的安全有关，也和健康密切关系。建筑设计对风环境考虑不周，会造成局部地区气流不畅，在建筑物周围形成漩涡和死角，使得污染物不扩散，直接影响到人的生命健康。淘大花园因为密集的高楼之间形成的“风闸效应”加剧了SARS的扩散与就是一例，并了人们对“健康住宅”的广泛关注。又据有关部门监测，崇文门和宣武门一带，沿街两

5、排东西的板楼挡住了常见的南北风，形成的涡旋阻滞了污染物的正常扩散，造成空气质量的不良。城市与建筑风环境及自然通风研究风环境还涉及建筑节能。住宅小区室外风环境不良，在夏季可能阻碍室内外自然通风的顺畅进行，增加空调的负荷；在冬季又可能会增加维护结构的渗透风而提高采暖能耗。因此，设计良好风环境品质的建筑能有效地降低建筑能耗。城市与建筑风环境及自然通风研究由于建筑风环境涉及行人的安全和舒适，小区气候和居民健康，绿色建筑与节能，污染物的扩散与空气自净等问题，建筑风环境问题在发达国家已经引起了相当的重视。不仅运用先进的技术且上升到开展对建筑风环境的系统研究，而规范管理的层面上。许多城市制定专门的来管理和监

6、督新建或改建城市街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，通过行政和司法境的产生。有效控制城市不良建筑风环城市与建筑风环境及自然通风研究在国外，行人风环境问题早已成为公众关注。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，甚至。一些地方例如东颁布条例规定，高度超过100m的建筑与占地面积超过10万m2的开发项目，开发商必须进行包括行人风环境在内的对周边的评估。不仅有这些强制性的要求，当住户对发展商提出要求时，也经常要进行行人风环境的环境而，时常发生居民因附近新建建筑改变了当地的风。在澳大利亚，每一栋3层以上的建筑都需要的进行风环境评估，住户因风环境

7、提请的频仍，风环境问题成为一个公众严重关切。一个开发项目如果风没处理好，那么开发商绝不可能获得建设。在，许多大城市如波士顿、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以对新建建筑对区域行人风环境的影响进行评估。，城市与建筑风环境及自然通风研究当前，我国城市兴建建筑的 热潮还在不断上升，在中心城区，大量、层建筑不断涌现，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。在和其他城市，意识先进的开发商和设计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。但整体来看，建筑风环境问题还尚未引起足够的重视，还没有一个地方和机构将

8、此问题的管理到与规范的层面上。有识之士已认识到建筑风环境在城市建设中的重要性，呼吁通过立法等规范。对城市建筑风环境加以城市与建筑风环境及自然通风研究通过风洞试验与计算机模拟可以建筑建成之后的风环境状况。中国建筑科学等国家科研机构借助先进的数值仿真技术，正在 开展建筑风环境的研究 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。通过对 建筑风环境问题的关注，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，改 善人居环境，并有利于环境保护和节约能源。城市与建筑风环境及自然通风研究一方面，随着钢铁、机械、电气及电梯工业技术的进步，在技术上为建筑的进一步发展提供了可能性。另一方

9、面，伴随着城市用地的进一步紧张，发展商不断要求提高建筑容积率，造成目前城市中的建筑越来越高，密度越来越大，而由建筑的建筑风环境问题已引起广泛的注意。城市与建筑风环境及自然通风研究人、自然、关系，风是市一直是紧密相关的概念，而风与它们都有环境，尤其是室外环境的重要之一，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、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。随着建筑物的增高、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

10、是一种湍流现象。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，产生气流变化，引起风环境的。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。而和层建筑的问世，产生了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，建筑周围强烈的湍流会对行人产生影响，直接影响到风环境的舒适感，在建筑的“山谷”之中，经常可以看到举步为艰，迎风前进的行人们。城市与建筑风环境及自然通风研究不良风环境的影响:.人造成人们活动的有不舒适、寒冷的感牌吹坏、玻璃破碎、觉行走不稳、摔倒手持物易脱手.建筑物门窗开关建筑屋顶掀翻建筑的给排气、通风性能不好强风造成的噪音或挤轧声等噪音.自行车车骑不

11、快、费劲、不易控制.其他植物倾倒、受晾晒在外的物品易被吹掉商店等的陈列品翻倒、飞散灰尘、飞散，影响环境风大时气温下降，无风时闷热异常等对环境温度产生的影响大量的事例，不断发生的纠纷、部门、规划师、建筑师和风工程学家:风都在提醒着有关环境和再生风环境已是不可回避的问题，必须从、规划、设计、实验、理论诸方面进行深入研究，从而提出必要的对策，而近些年来国内外对这一领域的研究也己开展起来。城市与建筑风环境及自然通风研究建筑物周围风环境的空气动力学性质自然风的性质与建筑物周围的风环境在大气边界层中的自然风，由于受到处于风场中建筑钝体的阻挡，使得在建筑物的周围区域风场产生很大的变化。实际的建筑钝体本身具有

12、各种复杂的三维几何体形状，而处于大气边界层中的自然风来流本身沿铅直高度有不同的风速，这些都造成了建筑物周边的气流在空间和时间上都具有非常复杂的非定常流性状。城市与建筑风环境及自然通风研究建筑物的存在改变了其周围的气流分布，造成 局部扰动，由此而引起速度场和压力场的变化，发生空气动力学畸变，建筑物对上游的气流具 有阻挡作用，在下游形成下洗现象，使周围的 流场变得非常复杂，尤其是随着城市建筑密度 的增加，建筑物之间的气流影响也增大，建筑 物与主导风的角度、建筑物之间的距离、排列 方式等产生的各种风效应对建筑物和周围的环 境影响很大，大多数建筑物的形状都是非流线 形体，各个方向的气流流经建筑物时都将

13、引起振动问题。城市与建筑风环境及自然通风研究风场实测表明，对建筑物绕流特性影响最显著的是近地面风，而近地面风是有着显著的紊乱性和随机性。在一定的时间间隔内，各个高度的平均风速几乎是不变的，但实际绕流风速平均值是脉动的，且风速的平均值随高度的增加按指数律增大，故通常认为风速是由不变的平均风速和变化的脉动风速两部分组成的。作用在建筑物上的风压也可归结为由静态的平均风压和动态的脉动风压两部分组成。在风力作用下，建筑表面风压分布的测定，目前多在模拟大气边界层风场的风洞中对模型进行动态测量试验获得。但也有些对已建成的建筑物进行实测，以收集可贵的风荷载资料，供日后设计时参考或改造原设计之用。为阐明风力对建

14、筑及其周边环境的影响，下面对一座较为典型的观测到的典型绕流状况作简单介绍。建筑模型在风洞试验中城市与建筑风环境及自然通风研究由图1可见，在迎风上气流受阻，动压降低，静压增高，对称中心线上3/4高处，存在一点风速为零，即驻点O，其压强最大。由于迎面风速随高度增加 而增大，相应其阻滞的静压也相应增大。故在驻点O下存在一个递降的静压梯度，迫使一股风向动。若建筑物下部有拱廊（过道），则有些风就加速穿过拱廊流向背风面的负压区，在拱廊里形成 一股强劲的穿堂风；若建筑物整个是密 封的，则在下部形成一个类似于二次流 的固定旋涡，而后分两股成马蹄形流向 建筑物两侧，并向背风面的负压区流去，增强背风面的吸力。由驻

15、点O向两侧和屋顶方向，由于三维效应，静压也逐渐降 低，至拐角棱边处风速急剧增大，气流 沿棱边分离，伴生旋涡，造成侧壁及屋 顶形成较为均匀的负压区。一般而言，近侧负压绝对值稍大些，远侧则稍小些城市与建筑风环境及自然通风研究顺流而下在建筑物背风面形成尾流区， 尾流区的负压绝对值，一般边缘处略大，中心区略小。这种绕流特性对建筑物本 身的搭盖物、覆盖饰物、幕墙玻璃等的影响在后面阐述，而对近地面2米高度行人处环境风速的影响程度，经实测，一般实际情况大致如表1所示（设建筑物的高度为其周边建筑物高度的48倍情况）。城市与建筑风环境及自然通风研究1、外部风环境问题长期以来，人们通过试验， 观察制定了一个在人行

16、街道、广场对人类活动感到不舒适 的指标-“不舒适参数”，来近地面风环境的优劣。当1时，人们步行开始感到不适，伞难撑，眼难睁。步行者受风影响情况判别如表2所示。可见，仅当风速u5 m/s（或1）是舒适的， 47级是不舒适的，8级以上则认为是的。城市与建筑风环境及自然通风研究根据建筑物的外形，相互布局情况及风的相对方向，可能测得的建筑物外部环境的不舒参数值是不同的。常见几种下。（1）压力连通效应如图2（1）、（2）所示，当风垂直吹向错开排列的建筑物时，若建筑物间的距离小于建筑物的高度，则有部分压力较高的向背面压力较低的区域，形成街道风，在街道上形成不舒适区域。该区不舒适参数是建筑物高度的函数。一般

17、而言，对1011层，约3540米高者，街道风的1.31.6；特殊情况，对塔式高层建筑，当相互间隔不大时（如约为1/4楼高），其 1.8。城市与建筑风环境及自然通风研究（2）间隙效应：如图3所示，当风吹过突然变窄的剖面时（如底层拱廊），在该处形成不舒适区域，其不舒适参数 1.21.5，主要取决于建筑物的迎风面积与变窄剖面面积的比值或建筑物的高度。通常对7层楼高，底部不舒适参数 1.2；楼高超过50米时，取1.5。城市与建筑风环境及自然通风研究（3）拐角效应：如图4所示，当风垂直吹向建筑物时，在 拐角处由于迎面风的正压与 背面风的负压连通形成一个 不舒适的拐角区域；有时， 当两幢并排建筑物的间距

18、L2d（d为建筑物沿风向的长度）时，两幢间也形成不舒 适区域；它们的 1.2。对 3545米高的塔式建筑物， 其 1.4；对100米以上的塔式建筑物，其 2.2。城市与建筑风环境及自然通风研究（4）尾流效应：如图5所示，在建筑物尾流区里，自气流分离点的下游处，形成不舒适的涡流区。随着建筑物高度的增高，不舒适影响区增大，一般塔式建筑物的 1.42.2，其影响范围与塔式建筑物的宽度与高度相近。对低矮的建筑物，其 0.5 1.6，影响区域纵深约为建筑物高度的12倍。城市与建筑风环境及自然通风研究（5）下洗涡流效应：如图6所示，当风吹向高层建筑物时，自驻点向下冲向地面形成涡流。若前面低矮建筑物的高度h

19、与两楼间间距大致相等（e= h）时，则不舒适影响最显著，其不舒适参数 1.51.8，由于有垂直向下的风速分量，故更令人感到不舒适。图中阴影线为高风速区。城市与建筑风环境及自然通风研究除上述外，其它类型的外部风环境不舒适参数就不赘述。有些研究者提出尚需考虑出现频度，并提出在广场、停车场偶发阵风，若出现阵风u = 6 m/s，只要每年不大于10 % 的时间；人行道偶发阵风出现u = 12 m/s，每月不多于12次，吹刮时间又极短暂，尽管不舒适参数较高，应认为是可以接受。城市与建筑风环境及自然通风研究众所周知，在建筑结构设计中除考虑抗竖向的重力、雪荷载及水平向的力外，随机的水平风荷载是设计中必需考虑

20、的一个重要。显然，期望在建筑风荷载规范里寻找具体地貌区域里，设计外形各异的建筑物风荷载体型系数供设计计算之用，无疑是的。何况不同风向角下，其流态是不同的，风载荷体型系数是变化的，建筑物间也存在相互干扰，风载荷的影响量是难以预估的，故只有通过模型的风洞试验，了解在风力作用下建筑群体间的相互干扰影响和改变其外表面周边的风压分布情况，获取必要的风载荷数据，才能准确评估其各个高度上局部风环境的详情，才能确保百年大计的建筑物安全可靠，具有舒适的风 环境。城市与建筑风环境及自然通风研究通过对不同外形建筑群体的风洞试验结 果表明：由于建筑物的形体各异，所处 地貌不同，相互间的气动干扰是复杂的，套用规范值于单

21、幢建筑物是欠妥的。何 况风压分布在360o方位角上是变化的， 尤其是地处东南沿海的台风影响区，而北半球台风按逆时针方向旋转，在不同风向角下建筑物的风压分布是变化的。故各种外形建筑物沿周边不同高度上，其风环境的变化是难以预估的，只有通过相似模型的风洞试验来定夺， 以免低估其风压分布值而导致其周围的围护结构、玻璃幕墙、观光电梯、屋顶搭盖物、灾事故。牌等等在大风季节出现风城市与建筑风环境及自然通风研究建筑及其群体不良风环境的防护与改善措施由于规划、设计的而出现的建筑及其群体内、外的不良风环境，特别是体型不规则及怪异的建筑物，如何防护与改善已日益引起人们的重视。对于风致摆动问题，最好在规划伊始就对其气

22、动外形的减振效果有所估计并对其在期间里可能遭遇大风暴时应具备的强度、刚度，通过科学试验与设计计算予以解决。沿用机械工程减振措施而采用的 可调质量阻尼器（TMD）及粘弹 性阻尼器的方法，只是一种不得 已而为之的补救辅助措施。下面主要提出一些建筑外部不良风环境的防护与改善措施。城市与建筑风环境及自然通风研究1、对街道、广场、人行与交通安全有影响的街道风、穿堂风、尾涡旋风，通常主动方法是改变建筑物的布局、外形，尽量把不良风环境的根源，消除在建成之前。方法是采用挡墙、格栅、种植灌木林带、乔木林带来改善风环境，以保证车辆行驶与行人的安全，并确保高楼后广场、花园的洁净。2、对建筑迎风面的下冲旋涡风的防护，目前大多采用裙楼结构隔断下冲气流，并在大楼主要出设置防护顶棚，以缓冲可能坠落的幕墙玻璃及其它装饰物。城市与建筑风环境及自然通风研究3、建筑物的拐角处、平面与曲面的交接处、立面上凸出的观光电梯等部位常是出现负风压（吸力）