紫荆公寓住区风环境研究

紫荆公寓住区风环境研究紫荆公寓住区风环境研究

一、研究背景住区微环境环境是指围绕人体的空间，及其中可以直接、间接影响人们生活和发展的各种自然因素的总体。在这其中，城镇人口密度最大、人员停留时间最长的住区微环境，则更是对人们的日常生活有着直接而重要的影响。主要包括住区热湿环境和风环境两个部分。

数值模拟方法数值模拟方法不受时间空间限制、广泛适用于对住宅区的分析研究，具有重要的现实价值。使用数值模拟方法对住区风环境进行预测评价，对优化小区规划与建筑设计有重要的指导意义。紫荆公寓住区风环境研究

一、研究背景

住区风环境的评价及其标准

“根据当地的风玫瑰图，对风环境进行典型气象条件的模拟预测，优化规划设计方案。达到：

(1)在建筑物周围行人区1.5m处风速小于5m/s；

(2)冬季保证建筑物前后压差不大于5Pa；

(3)夏季保证75%以上的板式建筑前后保持1.5Pa左右的压差，避免局部出现旋涡和死角，从而保证室内有效的自然通风。”

－－－“中国生态住宅技术评估手册（2003版）”紫荆公寓住区风环境研究

二、研究概要研究内容和目的(1)通过实验测量验证数值模拟方法研究小区风环境的可靠性，并讨论应用于实际工程问题的可能性；(2)通过对紫荆公寓住区的数值模拟分析，对紫荆公寓住区风环境进行总体的评价；研究采用数值模拟方法进行住区风环境研究采用的方法是CFD技术。PHOENICS该软件由英国帝国理工学院CHAM研究所开发，实践应用证明，其分析结果具有比较好的可靠性。紫荆公寓住区风环境研究

二、研究概要紫荆公寓住区概况范围包括紫荆1-13号楼、紫荆园食堂、在建的研究生公寓以及继续教育学院公寓和留学生公寓；紫荆1～11号楼高25m；紫荆园高20m；研究生楼高50m，六座在建中的继续教育学院留学生公寓为35m；紫荆公寓住区面积较大、容积率较高、建筑布局和结构多样，在民用住区中有一定的代表性；而这个区域周围有比较开阔的区域，受周围环境影响较小，也使得对问题的描述较为简单。因此，使用紫荆公寓住区来进行以上研究是有一定价值的。紫荆公寓住区风环境研究

二、研究概要紫荆公寓住区风环境研究

三、风环境模拟方法研究－讨论研究对象的简化(1)忽略周围建筑对其风场；(2)忽略住区内草木对风场的影响；(3)忽略建筑物本身的的特殊形状；而紫荆各楼底层的架空结构，则通过空洞来近似表达。

边界条件

梯度风模型

标准k-ε模型

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三、风环境模拟方法研究－研究过程Step1预模拟(西南风工况)速度大小

有比较典型的风速数值速度方向

方向稳定且易于判断测量方便

周围环境的影响紫荆公寓住区风环境研究

三、风环境模拟方法研究－研究过程Step2现场实测仪器准备

热球风速仪和同方自计仪

拟合误差曲线实地测量

以上得到的四个关键点

来流梯度风紫荆公寓住区风环境研究

三、风环境模拟方法研究－研究过程

Step3数据处理和对实际工况的模拟实地测值和修正结果模拟结果紫荆公寓住区风环境研究

三、风环境模拟方法研究－研究过程Step4实测结果和模拟结果比较分析从表中可见，误差在允许的误差范围以内；而从图上，两组数据趋势基本一致。可见CFD模拟结果是符合实际情况的，在反映客观事实上具有一定的可靠性和准确性。紫荆公寓住区风环境研究

三、风环境模拟方法研究－结论数值模拟方法在预测实际住区风场时有较好的准确性和可靠性；因此，采用这种方法研究住区室外风环境是可能的。理论上，更精细的网格、更长的计算时间能够得到更符合实际情况的模拟结果。在本工况的模拟中，整个区域大小为700×580×50m，采用网格数为150×120×20，则得到较好的结果所需时间约为30h。而考虑到实际工程应用中遇到的问题可能精度要求较低且看重经济效益，因此可以考虑在一定范围内减小网格密度。在实际工程应用中，需要根据不同的问题、不同的精度要求来选择网格密度甚至选用其他模型，以实现解决问题和方法经济合理的平衡。紫荆公寓住区风环境研究

四、紫荆公寓住区风环境评价－南风南风为北京夏季的主导风向，来流风速按统计数据设为10m高处为3m/s。分析的主要内容为(1)室外人员活动区域的风速分析

1.5m高度速度不超过5m/s(2)建筑自然通风的风压分析

75%以上的建筑前后保持1.5Pa左右的压差(3)室外环境的通风效果分析局部没有明显旋涡和死角

紫荆公寓住区风环境研究

四、紫荆公寓住区风环境评价－南风室外人员活动区域的风速分析最大速度为5m/s左右，基本不会造成人体不适和行动不便。紫荆园底层架空紫荆公寓住区风环境研究

四、紫荆公寓住区风环境评价－南风建筑自然通风的风压分析

(1.5m高处压力场图)

紫荆1、4、8、11号楼以及靠南的继教学院公寓研究生公寓紫荆2、3、5、6紫荆园紫荆10、12、13等楼紫荆公寓住区风环境研究

四、紫荆公寓住区风环境评价－南风室外环境的通风效果分析整个区域基本风速都在1~5m/s之间研究生楼北侧风速在0.5m/s以下改善措施是在建筑底部设架空层

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四、紫荆公寓住区风环境－综合评价总体上紫荆住区有比较好的风环境，主要体现在：(1)典型的风速作用下没有出现明显的局部速度高于5m/s的区域。(2)冬季大部分建筑物前后压差不大于5Pa，有利于冬季的节能；(3)夏季大部分建筑前后保持1.5Pa左右或以上的压差，通风条件较好；(4)夏季紫荆公寓住区内部基本没有有大面积局部旋涡和死角，极少数局部漩涡也在住区边界附近，对整个住区影响不大。紫荆公寓地区的设计从风环境的角度来看比较成功；进一步改善：种植高大乔木紫荆公寓住区风环境研究

五、研究总结研究解决的问题使用实验分析验证了数值模拟可靠性，阐述了应用于实际工程问题的一些要点；以紫荆公寓住区为例，阐述了使用数值模拟方法来预测评价小区风环境的基本方法。进一步研究需要解决的问题(1)对研究对象更精确的描述；(2)提高测量和计算的精度；(3)对模拟方法进行更深入的研究；(4)将住区风环境和热湿环境结合研究，并考虑污染物排放等问题；(5)给出实际工程中对住区微环境评价的标准和方法。Thanksforyourattention!紫荆公寓住区风环境研究

仪器和标定转速12.545酒精微压计示数/mmHg柱0.160.531.191.67由压强求得的实际风速m/s1.62.934.395.2341示数值m/s0.721.693.574.63误差值×100%-55.00%-42.32%-18.68%-10.96%351示数值m/s0.691.613.244.75误差值×100%-56.88%-45.05%-26.20%-8.65%412示数值m/s0.752.233.945.23误差值×100%-53.13%-23.89%-10.25%0.58%414示数值m/s0.752.224.075.5误差值×100%-53.13%-24.23%-7.29%5.77%420示数值m/s0.772.213.935.27误差值×100%-51.88%-24.57%-10.48%1.35%风速仪误差曲线

风速计420相对误差曲线实地测量－四个关键点和来流风预模拟结果1.5m高处速度场矢量图实验测量值－研究时间段验证模拟结果使用实验测得的来流风速Zg=16，Ug=3.6m进行数值模拟，结果如下(1.5m高度即风速仪的测量高度)：疏密网格下模拟