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摘要：风环境是绿色建筑关键评价指标，影响建筑室内和室外舒适度。运用PHOENICS软件模拟苏州郎江小学的建筑风环境，首先通过模拟夏季、过渡季节和冬季的场地风况，获取室外风速和建筑物表面的风压。在此基础上，模拟夏季和过渡季节的室内自然通风。基于《绿色建筑评价标准》GB/T 50378-2019，对不同季节典型工况下的流场、风速、风压、空气龄等因素进行考察，评价该小学建筑方案是否满足二星级绿色建筑对风环境的要求。
关键词：绿色建筑；场地风环境；自然通风；模拟；标准
引言
绿色建筑，是指在全寿命周期内，最大限度地节约资源、保护环境、减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，最大限度地实现人与自然和谐共生的高质量建筑[1]。我国自2006年初步建立绿色建筑评价体系以来，以“政策引领、资金支持、研发加持、技术推广”为路线，绿色建筑实现跨越式发展，截至2017年12月底，我国共评出绿色建筑标识项目10927个，绿色建筑面积超10亿平方米[2]。随着《绿色建筑评价标准》GB/T 50378-2019的推出，“高质量”将成为绿色建筑新时代的发展主题，极大推动“以人为本”的感知性佳、获得感强绿色建筑体系的形成。
气候是影响建筑使用性能的关键因素之一，与用户舒适度和建筑能效直接相关。绿色建筑将风环境作为控制评估的不可忽视的指标，由室外风和室内自然通风两部分内容组成，具体为：①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[1]；②优化建筑空间和平面布局，改善自然通风效果[1]。对于学校建筑而言，良好的热舒适性有利于改善学习环境，集中学生注意力，高效课堂学习，而通风可以有效提高热舒适性，是良好学习环境必不可少的部分[3，4]。
本文采用PHOENICS软件模拟苏州郎江小学的建筑风环境，即室外风环境和室内自然通风，以《绿色建筑评价标准》GB/T 50378-2019为依据，对不同季节典型工况下的流场、风速、风压、空气龄等因素进行考察，评价该小学建筑是否满足二星级绿色建筑对风环境的要求。
1 项目概况和模拟软件简介
1.1 郎江小学概况及基础
郎江小学位于苏州市吴中区越溪街道吴山街南侧、溪秀路东侧，是越溪街道为周边小区建设的配套教育建筑，地块内建筑以组团布局，主要为主楼1区专业教学楼，2、3、7区教学楼，4区综合行政楼，5区图书阅览及连廊，6区食堂。本项目以二星级绿色建筑为目标进行设计，考虑建筑组团布局、建筑体形、建筑内部构件、窗户开口尺寸以及数量等因素的影响，对小学建筑风环境进行软件模拟仿真分析。
1.3 风模拟软件简述
在这项研究中，CFD（Computational Fluid Dynamics计算流体动力学）方法被用来模拟建筑物风环境，模拟软件选用PHOENICS，湍流模型为标准κ-ε模型，软件采用不同的离散格式和数值方法，计算速度快、精度级别高、稳定性佳，是风模拟领域内的常用软件。
2 室外风环境模拟
在本研究中，选择PHOENICS先模拟场地风环境，室外计算区域选取基于不影响建筑群边界气流流动，X、Y、Z轴所围成的外场尺寸各方向皆是小学模型的3倍，同时为增加计算精度，模型仅建立校区内的建筑。
2.1 夏季、过渡季工况
图2 小学室外距地1.5 m高度处风速云图和风速矢量图（夏季、过渡季工况）
郎江小学过渡季、夏季整体风速不超过5m/s，建筑迎风面楼角处风速较大，达到4.0m/s，周边种有高大树木，减小风速；其他区域的风速主要集中在0.56~2.8m/s之间，空气流场相对均匀，场地内人活动区无漩涡区和无风区，基本没有通风不畅的情况发生，符合行人舒适要求。
图3 建筑迎风侧和背风侧表面风压图（夏季、过渡季工况）
建筑表面风压等值线间距为1.31 Pa。根据《绿色建筑评价标准》，计算风压差时，室内默认压力为0Pa，则由上图可以看出，郎江小学建筑立面可开启外窗室内外表面压差均在1.31Pa以上，迎风、背风面压差也在2.5Pa以上，其利于过渡季和夏季在室内使用自然通风。
2.2 冬季工况
图4 小学室外距地1.5 m高度处风速云图和风速矢量图（冬季工况）
郎江小学场地冬季风速基本在0.5~3.0m/s之间，仅迎风面建筑拐角风速在2.5~4.2m/s之间，且均未超过5m/s，通过景观设计进行植树降低风速，减小影响，故校区整体的风环境符合行人舒适要求。人行区域距地1.5 m高处的初始风速和最大风速分别为3.5 m/s和4.2 m/s，得出该小学冬季典型工况下的室外风速放大系数约为1.20。
图5 建筑迎风侧和背风侧表面风压图（冬季工况）
在冬季工况下，郎江小学建筑立面风压等值线间距为1.31Pa。图中可见，除迎风第一排建筑外，建筑立面上南北两侧压差在1.0~4.0 Pa之间，以2区为例，建筑迎风面压力为-1.5~2Pa，背风面为-4.5~-2Pa，压差最大为4.0Pa，大部分区域的压差均在5 Pa范围内，有利于冬季防风节能。
3 室内自然通风模拟
对小学的专业教学楼、普通教学楼及综合行政办公楼的主要功能房间进行CAD三维建模，导入PHOENICS软件中。根据室外风环境模拟结果，确定主要功能房间每个进出口的风压和风速，设定网格精度、计算次数、湍流模型、温度等参数，进行模拟计算。
3.1 专业教学楼
图6 专业教学楼3F风速云图和空气龄云图（夏季、过渡季典型工况）
从上图可以看出，朝南的房间窗口为主要进风口，进风口风速高达2.8m/s。房间进风口附近区域风速相对较大，约为1.5～2.5m/s，房间内大部分区域的平均风速约为0.3~0.8m/s，风速适宜。除东北角的教室外，其他房间的室内空气龄保持在210s以下，东北角教室的空气龄约240s，整体通风良好，在夏季和过渡季节的典型工况下，可保证室内的自然通风效果。
3.2 普通教学楼
图7 教学楼标准层风速云图和空气龄云图（夏季、过渡季典型工况）
标准层南侧窗户和门为主要进风口，北侧的门窗为出风口，各风口风速高达3.5m/s。房间进风口附近区域风速较大，约在1.5～2.5m/s。教学楼南北通透，进深较小，教室、办公室等主要功能房间空气龄均在15~70s之间，整体换气次数远远大于2次/h，能够保证室内的通风效果，在夏季和过渡季节典型工况下通风条件良好。
3.3 综合行政楼
图8 综合行政楼5层风速云图和空气龄云图（夏季、过渡季典型工况）
综合行政楼东、南侧窗户为进风口，进风口风速高达2.2m/s。房间内进出口附近区域风速相对较大，约为1.0～2.0m/s，其他区域风速维持在0.2~1.0m/s左右，风速适宜。其中，由于南侧房间遮挡的影响，北侧房间室内风速略小于南侧房间。气流经过主要功能房间的时间最大的是西南角的广播社团办公室，此房间南侧无窗户，空气龄为300s左右，此外楼梯间空气龄较大，约为220s，其他办公室等主要功能房间的空气龄均在30~180s之间，整体能够保证室内的通风效果。夏季、过渡季典型工况下通风状况良好。
4 结论
本文在绿色建筑设计的理念下，以苏州吴中郎江小学为研究对象，采用PHOENICS软件对室外风环境（夏季、过渡季典型工况、冬季典型工况）和室内自然通风（夏季、过渡季典型工况）进行模拟分析，对比《绿色建筑评价标准》GB/T 50378-2019中条文5.2.10和8.2.8的相关内容，总结如下结论：
（1）建筑迎风面拐角处易产生高速风，种植高大的树木有利于减小风速，使得场地整体的风环境符合行人舒适要求。
（2）室内风速受进出口压力和风速的影响：普通教学楼室外风速和风压较大，室内进深小，风速较大，空气龄小，可充分利用自然通风；综合行政楼位于西北侧，室外风速及建筑表面压差均较小，加之南北两侧皆设置房间，导致北侧房间内风速普遍较低。
（3）在不同季节的典型工况下，小学的场地风环境和室内自然通风符合《绿色建筑评价标准》中评价内容的要求，充分体现绿色建筑所强调的自然通风，满足在校师生的舒适感，提高教学质量。
参考文献：
[1]GB/T 50378-2019，绿色建筑评价标准[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2019.
[2]韦婷. 2018年中国绿色建筑行业发展现状及趋势分析 政策加码推动行业发展[EB/OL].（2019-01-06）. https：//www.qianzhan.com/analyst/detail/220/190104.
[3]张宝心. 组团布局教学建筑通风优化——以某小学设计为例[J]. 建筑节能.2017（12）.
[4]丛闯. 中学教学楼热舒适度及影响因素的初步分析研究[D]. 太原：太原理工大学，2013.
论文作者:王浩1,樊杨梅2
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第14期
论文发表时间:2019/12/16
标签：风速论文; 建筑论文; 工况论文; 环境论文; 风压论文; 室外论文; 夏季论文; 《建筑细部》2019年第14期论文;