徐州高铁生态商务区某二星级绿色公共建筑室外风环境评价与分析

田秋红潘正伟王雪夏忠卫黄棣

（1.徐州开放大学 徐州 221000 2.江苏博智工程咨询有限公司 徐州 221000）

1 引言

2 工程概况及自然环境

2.1 工程概况

本项目位于徐州鸿运路的东边，玉湖路的南边。本项目总用地面积为48611.1m2，总建筑面积为93472.77m2，计容面积为58324.74m2，不计容面积为35148.03m2。建筑高度小于24m，分为组团式办公楼（6～8#）、SOHO办公楼（1～5#）和配套服务楼，建筑朝向呈由南至东分布，大体为南偏西25°。

图1 项目方案鸟瞰图

2.2 自然环境

徐州四季分明，日照充分，雨热同期，属暖温带，湿润至半湿润气候。农业气候资源较优越，但部分气候要素年际变化大，气象灾害较多。本区基本气象：主导风向多为东北风，其次是东风，风频为11%。年平均气温13.7℃，1、2月份最冷，7、8月份最热，一月平均气温-4℃，7月平均气温26.8℃。极端最低气温-23℃，最高气温40.1℃。年平均日照时数2399.5h。年平均无霜期200～220d左右，最大冻土层深度24cm。

3 室外风环境评价技术路线

本课题采用计算流体力学（CFD）模拟技术对该项目周边风环境进行模拟，综合考虑流场、风速、风压三个因素，对该项目周边的风环境状况进行分析评价，并进一步为其室内自然通风适用性及舒适性分析提供参考数据。

3.1 室外风环境模拟分析参考依据

主要参考资料为：《绿色建筑评价标准》（GB/T50378-2014）；《江苏省绿色建筑设计标准》（DGJ32/T173-2014）；《民用建筑设计通则》（GB50352-2005）；《民用建筑绿色设计规范》（JGJ/T229-2010）；《中国建筑热环境分析专用气象数据集》中国气象局气息信息中心资料室。

3.2 室外风环境评价说明

该项目工程位于江苏省徐州市，属于夏热冬冷地区。本课题对项目内参评建筑周边风环境状况的评价主要从室外风场分布情况及室外风环境对室内环境影响两方面内容通过流场、风速、风压三个因素进行分析。评价内容设定为2种工况，工况1为冬季主导风，工况2为夏季及过渡季主导风。具体评价为：①工况1下，距地1.5m高处建筑物周围人行区，风速V小于5m/s；且室外风速放大系＜2；②除迎风第一排建筑外，建筑迎风面与背风面表面风压差不超过5pa；③工况2下，50%以上建筑的可开启外窗室内外表面的风压差＞0.5Pa；场地内人员活动区不出现涡流或无风区。

3.3 模拟分析

3.3.1几何模型及网格划分

分析模型中包括该项目所有建筑及周边300m内所有建筑。模型中边界尺寸选择主要以不影响建筑群边界气流流动为准，边界尺寸为区域长、宽、高的3倍，为1100m长、900m宽、75m高，模型中Y轴正方向设置为北向。计算网格划分采用局部加密形式，建筑区域内的网格为0.5m×0.5m，外场网格为1m×1m，建筑高度方向，1.5m以内有3个网格，.5m至到建筑高度处每1m一个网格，建筑高度以上每2m一个网格。模型及网格效果分别如图2～3示。

图2 模型效果图

图3 工程分析网格

图4 收敛曲线图

3.3.2 参数设置

⑦孙启祥：《陆游打虎诗辨析》，陶喻之：《陆游刺虎公案》，刊《文史知识》2005年第11期“纪念陆游诞辰880周年专号”。

本模拟考虑来流边界条件、出流边界条件以及收敛判断三方面。来流边界中设定均匀分布风速，不同高度平面上的来流风速大小沿建筑高度方向按梯度递增。不同高度的风速不同，高度与风速的计算公式如下：式中：V0-基准高度h0处的风速，m/s，一般取10m处的风速；Vh-高度为h处的风速，m/s；n-指数，根据《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001），依据室外场地状况，n 取 0.22[1～2]。

出流边界条件按自由出口设定，建筑出流面上空气流动按湍流充分发展考虑。

收敛判断：湍流模型采用标准k-ε模型，离散方式采用二阶迎风格式，根据工况1、工况2主导风向、风速对项目方案周边风环境进行模拟。方案中，考虑建筑周围的四周地形、地貌以及相对位置、外形，并建立简化室外风场模型。设置计算域计算步数为1500次，终止标准按连续性方程与动量方程残差为1.0E-3以下，收敛曲线如图4所示。

3.3.3 模拟工况

根据徐州市地区常年气象数据设定2个模拟工况，各工况的具体风向及风速设置如表1所示。

表1 模拟工况

3.4 模拟结果分析

3.4.1 工况1（冬季主导风向）

图5为冬季典型风向E（东风）典型风速3.0m/s时，距地1.5m高度处本项目周边的流场分布情况。图中可见：本项目建筑前后通风顺畅，来流风从建筑北面经建筑遮挡，建筑整体未出现大范围漩涡。

图6、7为冬季典型风向E（东风），典型风速3.0m/s时，徐州高铁站区企业区域总部项目周围距地1.5m高度处风速云图，等值线间距为0.3125m/s。由图可见：该项目风速较小，基本在0.625～3.125m/s之间。其中最大风速为4.009m/s，来流风速为2.622m/s，经计算，风速放大系数为1.528，项目参评区域周围人行高度风速基本在5.0m/s以内，有利于本项目的行人活动，营造良好的室外风环境。

图5 距地1.5m处风速矢量图

图6 距地1.5m处风速云图

图7距地1.5m处来流风速云图

图8 、9为冬季主导风向E（东风）条件下建筑立面风压分布状况图，室外平均风速3.0m/s条件下，项目周边距1.5m高度处风压云图，等值线间距为1.0Pa。图中可见：建筑迎风面第一排建筑的压力基本在3～4Pa左右，背风面的压力在-1～0Pa；除迎风第一排建筑外，其他建筑前后风压差较小，基本在2～3Pa左右。

图8 建筑背面风侧压力分布图

图9 建筑正风侧压力分布图

工况1下，在冬季典型风向E（东风），典型风速3.0m/s下，流场：本项目建筑前后通风顺畅，来流风从建筑北面经建筑遮挡，整体未出现大范围无风区及漩涡区。风速：区域周围人行高度风速基本在5.0m/s以内，有利于广场的行人活动，经计算，风速放大系数为1.528。风压：本项目迎风面建筑前后压力差较大，迎风面建筑前后最大风压差为5Pa左右，除迎风面其余风压较小，均在5Pa以下。

3.4.2 工况1（过渡季、夏季主导风向）

图10 距地1.5m风速矢量图

图11 距地1.5m处风速云图

图12距地1.5m处来流风速云图

图10 为夏季、过渡季典型风向SES（东南）、典型风速3.5m/s时，徐州高铁站区企业区域总部项目内距地1.5m高度处流场分布情况。图中可见：本项目内流场分布都比较均匀，通风效果较好，整个场地无明显的涡旋，整体未出现大范围无风区，有利于小区内的热量及污染物的扩散。

图11、12为夏季、过渡季典型风向ESE（东南东风），典型风速3.5m/s时，本项目周围距地面1.5m高度处风速云图，等值线间距为0.375m/s。图中可见：本项目的平均风速为3.055m/s，大部分区域的风速位于1.125～3.75m/s之间；最大风速为4.733m/s，来流风速为3.192m/s，经计算，风速放大系数为1.482，有利于本项目内行人活动，营造良好的室外风环境。

图13 建筑迎风正面风压图（夏季、过渡季）

图14建筑迎风背面风压图（夏季、过渡季）

图13 、14显示的是在夏季、过渡季典型风向ESE（东南东风）情况下，典型风速3.5m/s下，本项目东立面最大风压为4～5Pa左右，建筑东立面的风压值也普遍高于西立面，东西立面的压差范围在3～4Pa左右，有利用建筑室内的自然通风。

工况2下，在夏季和过渡季典型风向ESE（东南东风），典型风速3.5m/s下，流场：整个区域内流场分布都比较均匀，未出现大范围无风区、涡流区，空气品质较好。风速：整个区域内风速较稳定，周边人行区域1.5m高度处风速均在5m/s以下，风速放大系数约为1.482，小于2，有利于本项目内行人活动，营造良好的室外风环境。风压：区域内所有参评建筑迎风面与背风面风压差均大于0.5Pa，有利于夏季和过渡季节室内自然通风，带走室内热量和污浊物。

4 结论

本项目进行了2种工况模拟评价，在工况1下，建筑物周围人行区距地1.5m高处，风速V小于5m/s；且室外风速放大系数＜2，对小区风环境影响较小，满足要求；冬季除迎风第一排建筑外，建筑迎风面与背风面表面风压差不＞5Pa，满足要求；工况2下，场地内人员活动区不出现涡流或无风区；50%以上建筑的可开启外窗表面的风压差大于0.5Pa[3～4]。

综上所述，本项目整体满足《绿色建筑评价标准》（GB/T50378-2014）第4.2.6条“场地内风环境有利于室外行走、活动舒适和建筑的自然通风”。

2017年徐州市绿色建筑示范城市科技支撑项目。