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摘要：風環境對于寒地住宅區來說是極其重要的，文章以沈陽市萬科金色家園住宅區為樣本，使用winair4軟件進行計算機模擬，通過對該住宅區風環境優劣的分析，對其存在的風環境問題提出相應的優化設計策略，從而構建住宅區優良的風環境條件，為改善冬季、夏季的風環境問題提供一定的參考意見。
關鍵詞：住宅區；風環境模擬；優化設計；嚴寒地區
在21世紀初，隨著大量“方盒子”式的住宅席卷而來。但是近年來，居住區的建筑設計中主要還是以日照間距、消防疏散、綠化率等作為住宅建筑的硬性標準，缺少對于建筑風環境的關注，以及如何提升住宅區的通風效果，使夏季不至于通風不暢，悶熱難耐，通過自然通風，從而能夠進一步減少相關用電設備的運用，最終還能達到節能環保低碳的效果，冬季不至于冬季寒風呼嘯，導致房間散熱增加，從而導致建筑能耗的增加，特別對于嚴寒地區來說，人行走在其中由于風速過快，導致人體的舒適度大大降低。因此，如何改善住區的風環境，也是當今建筑設計亟需解決的問題之一。
1風評價標準
人體舒適度的最重要的因素就是人的感受，利用《綠色建筑評價標準》（GB/T50378-2014）相關的條例[1]大致有以下規則：首先是在冬季盛行風條件下的風速和風向，建筑群體周邊的風速低于5m/s，并且室外風速放大系數低于2。其次是除了迎風的第一排建筑群之外，建筑群前后迎風面的風壓差不大于5N/m2。春秋兩季與效應夏季盛行風條件下的風向與風速，范圍內的人群活動場地不出現無風區與渦流區，百分之五十可開啟外窗室內外風壓差不大于5N/m2。
2國內研究現狀
這些年來，住宅區風環境也被各種專家學者用來進行大量的研究，一種是通過對住宅的計算機模型，對不同建筑布局方案進行比較性研究。例如胡春的基于風環境模擬對于高層住區布局的優化[2]。胡一東的上海地區住宅建筑布局對室外風環境的影響分析是通過得到上海的氣象數據，然后通過運用軟件建立模型，得到不同建筑形體風環境的優劣，從而能夠指導規劃設計[3]。另一種是對于一個實際存在的項目進行計算機模擬分析，比如曹向明的基于風環境的西安市高層建筑區規劃布局策略，以曲江新區為例，通過建立模型之后導入Phoenics，從而獲得曲江新區風環境存在的問題，提出相應的解決方法[4]。
3風環境模擬實驗對寒地住區的分析
風環境模擬是將實地測試的風環境基本數據通過計算機模擬出該地塊風環境的優劣，從而指導場地風環境的改善，并進行建筑的優化設計。
3.1Winair4軟件簡介。Ecotect是一個微環境生態模擬軟件，Winair4是計算CFD（ComputationalFluidDynamics)流體力學的主流計算平臺之一，本文運用該軟件對沈陽市大東區萬科金色家園住區進行模擬實驗，從而提出優化設計策略。Winair4相比較其他軟件而言，對各種軟件的建模方式更加兼容，操作更加的方便，速度相比較其他的軟件較快，缺點就是對比于其他的CFD模擬軟件精準度不夠。適用于建筑學專業用來測試建筑的風環境改善，風環境對建筑設計的不利影響,從而進行優化設計。圖1所示為各種風環境的軟件特征及功能。
3.2沈陽市大東區氣候狀況分析。沈陽市屬于嚴寒地區，沈陽市的年平均氣溫基本維持在6.1℃～9.8℃之間，夏季溫暖時間就比較短，并且雨量充沛，春季、秋季持續時間較短，溫差變化較大且多風，夏季盛行東南風，冬季盛行西北風。
3.3萬科金色家園區位分析。本次模擬的地塊是萬科金色家園，位于遼寧省沈陽市較為重要的干道東、西快速干道及聯合路之間，緊鄰沈陽大學。現有的住區規劃設計為行列錯落式布局，布局比較規整，如圖2所示，東側除臨街的一層商業裙房外，大部分為六層的住宅區，西側為十二層與十八層的高層住宅區。
3.4軟件模擬方法。軟件模擬的求解過程如下。導入萬科金色家園的地形圖，進行檢查文件，設置地面等信息。進行計算之后顯示計算結果，保存數據，并且分析計算結果，如圖3所示。
3.5萬科金色家園現場測量。通過進行現場調研和實地測量得出沈陽詳細的溫度、濕度、風速風向等相關的需要參數，如圖4所示。
3.6萬科金色家園現場測量。通過測量所得的數據輸入winair4進行模擬。然后通過軟件模擬得出相應住宅區的大致風環境，見圖5、6所示。
3.7萬科金色家園風環境存在的問題。由圖5、6中分析可知，原有住宅區風環境存在的問題如下。①角隅效應：風吹向建筑時，在風繞過建筑到達建筑兩側時形成原有風力2-3倍的強風，而且強風區對行人的舒適度影響極大，如圖7所示。②垂直渦旋：由于建筑物高度比較高，導致風吹向建筑物時會導致風的反刮，因此會形成自上到下的渦旋區，如圖8所示。③狹管效應：當兩座高層建筑相鄰較近時，通過的風會形成高速的氣流，如果建筑布局與自然風向平行時會加劇這種效應的影響，如圖9所示。④角流風效應：由于前排建筑較高擋住來風而存在的角流風現象，并且在前排建筑頂部形成氣流凝滯點，氣流凝滯點上部的氣流繞過前排較高的建筑向后運動，氣流凝滯點下部的氣流沿著前排較高的建筑向下運動，由于下沖風從而加速渦旋風的強度，塵土飛揚的程度也會加大，如果地面有垃圾，會導致垃圾滿天飛的現象，如圖10所示。⑤渦流風：萬科金色家園西北角處，由于前后建筑高度過高，建筑群采用半圍合布局，從而導致西北角處建筑群內渦流風速度過快，導致行人在此環境舒適度大大的降低，如圖11所示。
3.8優化設計策略。通過上述模擬實驗分析得出，萬科金色家園住宅區風環境存在幾種問題，應當對住宅區組團進行優化。①由于建筑物高度比較高，導致風的反刮，通過高低的植物配置，一方面弱化風的風力，一方面調整風的方向。據相關數據，草坪冬季能降低風速5%~10%，夏季能降低15%~18%,如果園林中構成喬灌草組合的綠色屏障，冬季能夠降低20%左右，夏季更是能夠降低60%左右，可以大大地提升防風能力。②萬科金色家園西側高層建筑轉角處風速過大，因此要加強這部分結構和保溫的性能，減少不必要的突出物構件及裝飾物，減少本身的體型系數，避免因風速過大，導致墜落。③在環境布置上應該設置擋風屏障，減緩風對行人的影響。④作為住宅區首先要考慮冬季防風的問題，應當在西側建筑表面增設導風板等外在的輔助設施，建筑的入口一般都設置在北側，建議在入口處設置擋風屏障和樹木。通過以上的相關措施，在Ecotect軟件模型中進行相應修改的參數，得到模擬結果，見圖12、13。
3.9驗證設計策略。從改良的圖中和原有建筑風環境圖的對比可以看出，冬季西側高層較改良之前風速明顯下降，板式高層之間的狹管效應也明顯減弱，風速的明顯下降可以直接增強居民冬季戶外活動的舒適度，夏季較改良之前，風速略微提高，更加有利于住戶室內污染物的排出與室內良好的通風環境。但是東側裙房之間風環境變化不明顯，住區業主入口處不論夏季和冬季風速都較大，可以設置擋風墻或布置園林景觀來減弱風速給人們帶來的不適感。
4結論及措施
通過對萬科金色家園的實測與模擬分析得出以下結論：①該住宅區北部角隅效應較為嚴重；②該住宅區臨街面高層建筑垂直渦旋較為嚴重；③該住宅區西部高層與多層建筑之間狹管效應較為嚴重；④該住宅區高層建筑角流風效應較為嚴重；⑤該住宅區西北部建筑群渦流風效應較為嚴重。通過相應的問題提出相應的解決辦法，因為是已建成小區，無法通過建筑布局、朝向等改善風環境，因此主要措施有：①通過喬灌草形成階梯式綠化的園林景觀布局能有效減弱冷風滲透；②對于風速較強地段可以通過布置擋風墻、擋風屏障等相關措施；③通過加強冬季主導風向一側保溫、結構的性能；④通過減少冬季主導風向一側不必要裝飾物，減少體型系數；⑤通過設置導風板來引導風的走向，減少冬季的冷風滲透，增強夏季的污染物排出。
5展望
本文以已建成的沈陽市大東區萬科金色家園為例，通過該住宅的實地調研與軟件模擬，得出該住宅區風環境存在的問題，通過優化措施加以改正，并且再次通過軟件驗證優化措施的可行性，從而得出相應的風環境優化措施。當然本文僅僅從風環境角度針對住宅區進行探討，由于模擬軟件和現場測量的誤差，本文研究存在一定局限性，希望能夠拋磚引玉，使得建筑的風環境研究進一步深化。
參考文獻
[1]GB/T50378-2014,綠色建筑評價標準[S].
[2]胡春,王薇,朱珍英.基于風環境模擬對高層住區布局的優化[J].河北工程大學學報(自然科學版),2020,37(01):53-58.
[3]胡一東,譚洪衛,鄧豐.上海地區住宅建筑布局對室外風環境的影響分析[J].建筑熱能通風空調,2017,36(01):32-37.
[4]曹象明,王超.基于風環境的西安市高層建筑區規劃布局策略———以曲江新區為例[J].城市發展研究,2017,24(08):20-26.
作者:李冰 劉健 單位:吉林建筑大學
