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建筑畢業(yè)論文

建筑布局對高層住宅小區(qū)的室外風(fēng)環(huán)境影響論文

時間:2022-10-05 07:46:40 建筑畢業(yè)論文 我要投稿
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建筑布局對高層住宅小區(qū)的室外風(fēng)環(huán)境影響論文

  摘要:本文通過使用流體分析軟件建立高層住宅小區(qū)相關(guān)的流場分析模型,通過調(diào)整建筑布局對高層住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境所產(chǎn)生的影響進行闡述。同時,從實際工作出發(fā),從冬夏兩季的建筑的布局對室外風(fēng)環(huán)境產(chǎn)生的影響分別進行研究,旨在通過研究所得結(jié)論為今后利用建筑布局改善高層住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境提供一個思考方向。

建筑布局對高層住宅小區(qū)的室外風(fēng)環(huán)境影響論文

  關(guān)鍵詞:高層住宅;風(fēng)環(huán)境;建筑布局;數(shù)值模擬

  隨著我國城市化水平的提高,建筑領(lǐng)域也在不斷的進步,出現(xiàn)了眾多高層住宅建筑的住宅小區(qū)。這就加大了城市的建筑密度,并由此引發(fā)了許多關(guān)于風(fēng)環(huán)境的問題。如建筑過于密集從而導(dǎo)致氣體污染物無法迅速擴散消失,這引起了人們的高度關(guān)注,許多建筑規(guī)劃和流體運動研究人員也對此進行了研究。國內(nèi)一些研究機構(gòu)開展了對不同風(fēng)向時的空氣流場分布、矩形截面建筑的群體風(fēng)場、相鄰高層建筑擾流的風(fēng)流場的研究從中取得了一定的研究成果。國外的相關(guān)學(xué)者也對城市中不同的住宅小區(qū)的風(fēng)環(huán)境進行了模擬和研究。本文以某嚴寒地區(qū)的高層住宅小區(qū)在冬、夏兩季不同風(fēng)向的風(fēng)環(huán)境情況進行分析,得出了不同建筑物布局時的風(fēng)速場的分布,從而得知了調(diào)整迎風(fēng)面建筑的布局方式對高層住宅小區(qū)室外的風(fēng)場分布產(chǎn)生的影響最顯著。

  1室外風(fēng)場相關(guān)模型的建立與CFD的相關(guān)數(shù)值模擬

  1.1模型的建立

  我國東北某城市A位于氣候類型I區(qū),具有嚴寒地區(qū)的特點:冬季漫長寒冷,夏季短促涼爽,季節(jié)溫差較大。如果室外風(fēng)速很大則會使得小區(qū)有很冷的感覺,導(dǎo)致環(huán)境舒適性下降。本文選取城市A的某高層小區(qū)B建立物理模型,通過冬季、夏季兩季室外的風(fēng)速場分布對此高層小區(qū)的影響進行研究。小區(qū)B區(qū)域內(nèi)共有十棟樓分布其中,1號樓至六號樓高度為60m,其余各棟樓高30m。建筑體型分為兩種:1號、2號樓及7號至10號樓為板式建筑模式,其余各樓為塔式建筑模式。住宅樓房北側(cè)為一主干道路。

  夏季室外溫度取A城市夏季平均溫度24.6℃,室外風(fēng)速取夏季平均風(fēng)速3.0m/s,風(fēng)向大致為南向。冬季溫度取室外冬季平均溫度-23℃,風(fēng)速取冬季平均風(fēng)速3.2m/s,風(fēng)向大致為北向。計算域依據(jù)現(xiàn)實情況選取大約是小區(qū)3-4倍的寬度,背風(fēng)面選取大致為3-6倍小區(qū)的寬度,高度方向選取2-3倍的建筑高度。幾何建模及網(wǎng)格劃分使用Fluent的前置處理器Gambit。速度入口為計算域的來流風(fēng),自由出流風(fēng)為出口,使用壓力耦合半隱法Simple來求解壓力與速度的耦合問題,使用一階迎風(fēng)格式對壓力、動量、紊流脈動動能和動能耗散率進行離散。

  1.2CFD數(shù)值模擬

  Fluent是一種主要用于對復(fù)雜的流體流動及熱的傳導(dǎo)進行模擬的計算機程序,是目前應(yīng)用較為廣泛的一種流體力學(xué)計算軟件。由于其采用了多種算法和多重的網(wǎng)格加速收斂技術(shù),所以Fluent的收斂速度和求解精度都是最佳的。此外Fluent也提供了下列湍流模型:Spalart-Allmaras模型、標準k-£模型、重組化群RNGk-£模型、可實現(xiàn)模型、雷諾應(yīng)力模型RSM和大渦模擬模型LES。其中湍流模型的選取和許多因素有關(guān),如流體物理、特定問題的經(jīng)驗、精度級別和風(fēng)速的特定條件。在本文中,主要考慮人的主要在地面附近活動,所以使用標準k-£模型。

  2模擬結(jié)果的分析

  通過對夏季、冬季三種不同的建筑布局方式進行模擬,得出了室外風(fēng)速場的相關(guān)分布,進一步對三種形式的高層住宅小區(qū)室外風(fēng)環(huán)境進行分析和對比。

  2.1夏季室外風(fēng)速場分析

  根據(jù)高層住宅小區(qū)布局一,即1號樓至六號樓,樓高60m.7號樓至10號樓,樓高30m對夏季室外風(fēng)速場進行相關(guān)模擬。夏季風(fēng)向大致為南風(fēng),距地距離大致為1.5m出速度分布參見圖1。由圖可知,夏季迎風(fēng)向,氣流從南側(cè)建筑之間垂直進入小區(qū),風(fēng)速在入口處最大為3.23m/s,并且風(fēng)主要在建筑物間南北向流動,形成一個導(dǎo)風(fēng)巷,風(fēng)速可到2.24m/s。每個樓房間有巷道風(fēng)效應(yīng)的存在,并且每個樓的背風(fēng)側(cè)形成了一個漩渦死角。其中,由于1號樓和2號樓擋風(fēng)部分較大,樓房的南向風(fēng)速大致為2.23m/s,在樓后形成了一個負壓區(qū)。

  由圖1可知,小區(qū)風(fēng)速很高,改變建筑物布局,降低了小區(qū)1號樓房和2號樓房的高度再進行對比分析,此時1號樓和2號樓樓高均為30m,其余各樓高度不變。小區(qū)地面高度1.5m處夏季風(fēng)場分布參見圖3,據(jù)此可知,夏季迎風(fēng)方向,整個小區(qū)內(nèi)風(fēng)速無變化,但是改變1號樓和2號樓的高度后二者背風(fēng)側(cè)風(fēng)速驟然降至1.4m/s,這說明建筑物的布局的改變對風(fēng)速場會產(chǎn)生影響。

  圖2進一步驗證了建筑的布局方式對室外風(fēng)環(huán)境會產(chǎn)生影響。接下來進一步對建筑布局進行改變,此時設(shè)定此小區(qū)1號樓至6號樓高度為30m,其余各樓高度設(shè)定為15m。最高建筑高度降為30m時,距地面高度1.5m高度夏季風(fēng)場分布參見圖3。由圖可知,建筑物高度降低的同時,夏季迎風(fēng)方向前排建筑間通道內(nèi)風(fēng)速減小,最大風(fēng)速降至2.62m/s,各樓之間的風(fēng)速降至1.57m/s。氣流自南向北形成一個導(dǎo)風(fēng)巷,而且風(fēng)速從入口到出口處遞減。1號樓和2號樓在迎風(fēng)面的風(fēng)速降低,風(fēng)速降至1.05m/s,樓后的負壓區(qū)域減小。

  2.2冬季室外風(fēng)速場分析

  冬季風(fēng)向大致為北風(fēng),建筑布局一距離地面高度為1.5m處的風(fēng)速分布參見圖4。

  圖4布局方式一冬季距地面1.5m室外風(fēng)速場速度矢量圖

  由圖可知氣流由北側(cè)建筑垂直進入小區(qū),由北向南流動。氣流的流速受1號樓與2號樓的阻隔,小區(qū)內(nèi)風(fēng)速較低,但是可看出,由于小區(qū)樓高度較高且入口狹小,入口處風(fēng)速最大可至3.72m/s,使出入小區(qū)時感到不舒適,并且形成較大的漩渦區(qū),風(fēng)速為1.99m/s,因此污染物會聚集于此,而不消散。建筑物的拐角處迎風(fēng)面有一個較大的風(fēng)速區(qū),風(fēng)速達到4.38m/s,使人感到特別寒冷。值得一提的是在建筑物的背風(fēng)面會形成渦流區(qū),而導(dǎo)致漂浮物殘留。

  建筑以布局方式二時,氣流向南流動,由于建筑物布局改變,入口處風(fēng)速降至2.98m/s,降幅達0.74m/s,在1號樓和2號樓的迎風(fēng)拐角處風(fēng)速發(fā)生改變,降至3.40m/s。但由于其他樓高度未發(fā)生變化,所以風(fēng)速場沒有任何的改善。

  建筑布局以方式三時,可以知道,隨著樓高度的改變,小區(qū)內(nèi)風(fēng)速場發(fā)生明顯變化。由此可知,建筑物布局的改變可以改善小區(qū)的風(fēng)流場,使居住更加適宜。

  3結(jié)語

  從相關(guān)模擬結(jié)果可以看出,位于寒冷地區(qū)的住宅小區(qū),夏季時,建筑物之間風(fēng)速較大,利于建筑物散熱;在冬季時,小區(qū)建筑物之間的風(fēng)速很大,這樣必然導(dǎo)致冬季采暖的不利。同時住宅小區(qū)局部風(fēng)速過大會產(chǎn)生渦流,影響相關(guān)區(qū)域的衛(wèi)生。通過對小區(qū)出入口和主干道上建筑物的高度進行調(diào)整及布局,可以對室外風(fēng)環(huán)境進行改善。由此可知,調(diào)整建筑物的布局方式對小區(qū)的室外風(fēng)環(huán)境的影響很大。

  參考文獻

  [1]張培紅,成鳳,董清明等.建筑布局對高層住宅小區(qū)的流場影響分析[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2012,28(4).

  [2]吳琛,季翠華.建筑布局對高層住宅小區(qū)的流場影響分析[J].建筑知識:學(xué)術(shù)刊,2013(05).

  [3]成鳳.沈陽某高層住宅小區(qū)空氣質(zhì)量及流場分布的研究[D].沈陽建筑大學(xué),2013.

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