建筑群布局与自然通风关系的探讨.docx
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建筑群布局与自然通风关系的探讨
建筑群布局与自然通风关系的探讨
作者：
高云飞孟庆林赵立华金玲上传：
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网易行业2005-09-0700:
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在气候炎热的华南地区，自然通风在建筑中尤为重要。
与建筑自然通风效果有关的因素有以下几个方面：
1.对于建筑本身而言，有建筑物的高度、进深、长度和迎风方位；2.对于建筑群体而言，有建筑的间距、排列组合方式和建筑群体的迎风方位；3.对于住宅区规划而言，有住宅区的合理选址以及住宅区道路、绿地、水面的合理布局[1]。
1.影响建筑群布局的因素与基本形式：
建筑楼群的布局受到气候因素、地理因素,楼群自身建筑的形式等因素的影响，其中风向与朝向是影响建筑群布局的重要因素。
我国南方地区，主导风向南与东南方向之间，传统建筑的朝向是南或偏南方向。
广州地区，综合考虑防止太阳辐射及防止暴雨吹袭，选择南偏西5º到南偏东10º是最佳的朝向[2]。
建筑群的布局方式在平面上一般有以下五种方式，即并列式、错列式、斜列式（统称为行列式）、周边式和自由式。
如图1。
图1建筑群的布置[2]
2.楼群基本布局方式的通风模拟分析
2.1模拟说明
在广州地区，建筑的夏季对通风环境更加重要，因而，以夏季主导风向（东南）、参考速度（2.6ms-1）和最热月平均室外温度（28ºC）为模拟分析的气候条件参数。
模拟分析中建筑物尺度为24m×8m×20m,朝向为正南向，楼东西间距12m，前后间距20m[3]，分析楼群布置区域为100m×100m。
图2分析标准楼房平面图
其中，边界风速满足梯度风变化v/v0＝（z/z0）α，其中，v0为标准高度处的风速（本文取值为2.6ms-1），z0为标准高度（10m），α为地面粗糙程度（取值为0.333）[4]。
2.2基本布局方式的模拟分析
楼群的布局方式直接影响到室外活动区域的舒适性，对单体的通风情况也有重要影响。
本文将通过室外活动区域内的风速分布情况，夏季典型日的室外舒适指标WBGT和建筑单体前后的压力差三方面来说明楼群布局方式对建筑室外舒适度的影响。
2.2.1活动区域内的风速分布
目前，对于城市环境的舒适风速和危险风速，
国内外的建筑规范还没有统一的标准。
国内外研究人员在大量的现场测量、调查统计与风洞实验的基础上，同时考虑平均风速与脉动风速的综合作用，提出表1中行人舒适感与风速之间的关系。
表1风速与舒适性关系[5]
风速人的感觉
υ<1.6m/s感觉不到风
υ<5m/s舒适
5m/s<υ<10m/s不舒适，行动受影响
10m/s<υ<15m/s很不舒适，行动受严重影响
15m/s<υ<20m/s不能忍受
υ>20m/s危险
一般认为，风速大于1m/s时，在夏季室外人们感觉是舒适的，风速大于5m/s时，就会影响人们的活动[4，6]。
所以，1m/s～5m/s之内的风速，是比较理想的室外风速。
大约2m高度内的空间是人们经常活动的空间，因此，本文采用1.5m高处的风速为进行分析。
图3并列式1.5m高度风速分布图 图4斜列式1.5m高度风速分布图
图5错列式1.5m高度风速分布图 图6周边式1.5m高度风速分布图
根据图3～图6所展示的4种不通布局情
表2各种布局情况的速度分布情况1
布局方式
v<1ms-1区域面积比率
速度最大值m/s
行列式
20％
3.28
斜列式
21％
6.04
错列式
14％
4.49
周边式
38％
2.98
况下的建筑物周围风速分布情况，同时参考表2中的数据，可以得出下面的结论：
（1）在并列式、斜列式、错列式的布局都可以得到速度适中而且比较均匀的风场分布，具有较多的风速舒适区域，周边式的建筑布局则由于内部几乎成为一个封闭空间，处于更多建筑的风影区内，而导致了周边式布局内部风环境恶化，有相当多的区域处于弱风区中，使得整个环境的风速也比较低。
（2）在各种布局中，建筑（群）与建筑（群）之间会产生狭管效应，使风速增大，除斜列式外，风速一般在5m/s以下，不会对人们的活动造成影响。
在斜列式中有最大风速6.04m/s出现，虽然在斜列式的情况中大于5m/s的情况只有一点，而且是阵风，应该不会造成大的影响，但参考图4说明在斜列式的布局方式中，右上方（东北）的建筑附近容易出现比较高的风速，如果当地风速很高，则对于局部的布局应该考虑，增加前后左右的间距等方式来舒缓风速的变化。
（3）在大部分建筑物的西北方向（背风面），产生了风速小于1m/s的弱风的风影区，参考图5还说明在第二栋建筑建在了第一栋建筑的风影区内，则会使该栋建筑的前后大部分户外区域都处于弱风区内，应该调整建筑前后或左右的位置；
（4）在建筑物的迎风面，由于受到建筑物的阻挡，风速也会变弱，甚至形成一定区域的凤影区。
（5）各种布局下风场分布共同之处是，在形成风通道的区域内都可以获得良好的风场，风受到建筑物的遮挡后会在起后面形成较长的风影区，风速大大减小。
由上面可以得到，要使建筑周围获得良好舒适的风速环境，就要适当的增加建筑之间的间距，同时要合理的布置建筑物的相对位置，引导风的流动，避免使建筑布置在风影区内和防止在建筑周围形成过大速度的风，进而创造良好的室外风环境。
2.2.2参考WBGT指标分析楼群布局
湿黑球温度（Wet-Bulb-GlobeTemperature，简称WBGT）是自然湿球温度、黑球温度、空气干求温度的函数，综合反映了普通的环境参数，如太阳辐射、气流速度、气温、空气的相对湿度和环境的平均辐射温度等的影响。
WBGT是一个安全性的热应力指标,是确保人体在高热环境下不受到热损伤的一种安全技术指导。
因而WBGT普遍被应用与室外热环境的舒适性评价。
据ＩＳＯ7243,ＷＢＧＴ定义为:
，WBGT＝0.7tnwb+0.2tg+0.1ta（有直接日射）WBGT＝0.7tnwb+0.3tg（无直接日射），其中ta空气干球温度，℃；tnwb自然湿球温度，℃；tg黑球温度，℃[7]。
表3ISO7243推荐WBGT阈值
新陈代
谢水平
新陈代谢率M
（W）
WBGT阈值（℃）
热适应好的人
热适应差的人
0
M<117
33
32
1
11730
29
2
23428
26
3
360感觉不到空气流动
感觉到空
气流动
感觉不到
空气流动
感觉到空
气流动
25
26
22
23
4
M>468
23
25
18
20
根据广州的统计气候资料来计算水泥地面，无遮阳情况与草坪地面、半遮阳地情况的WBGT有：
图7水泥地面、无遮阳情况下的WBGT 图8草坪地面、半遮阳情况下的WBGT
图9小于32的小时数与风速关系（水泥地面、无遮阳）
图10小于32的小时数与风速关系（草坪地面、半遮阳）
由上面图表可以得到，在风速为0.5m/s与1m/s时，保证WBGT小于32的值是相同的，所以，按照WBGT的指标来讲，速度等于0.5m/s的情况也是可以满足人们一定时间段内的活动要求的，参考表，可以看到并列式地楼群布局都可以得到比周边式更多地舒适活动区域。
表4各种布局情况的速度分布情况2
布局方式
v<0.5ms-1区域
面积比率％
行列式
6.1％
斜列式
7.84％
错列式
4％
周边式
13.6％
2.2.3建筑单体迎风面与背风面的压力差分析
建筑单体迎风面与背风面存在压力差是建筑单体获得良好通风的重要因素之一，是利用风的流动实现自然通风的重要手段。
在夏季，为保证室内有效的自然通风和避免局部出现漩涡和死角，应该保证75％以上的板式建筑前后保持1.5Pa的压力差[6]。
图11并列式1.5m高度压力分布图 图12斜列式1.5m高度压力分布图
图13错列式1.5m高度压力分布图 图14围合式1.5m高度压力分布图
图11～14图所展示了4种布局情况下的压力分布情况，处于前排的建筑物具有很大的迎风压力，后排建筑物大部分处于由于前面建筑遮挡而形成的负压区内；处于负压区域内的楼群间压力变化均匀，压力差突然变化的区域比较少，但是在建筑的转角和风通道处仍然会有压力的增加或降低，这样必然会引起楼群周围速度场的变化。
表5各种布局情况的压力分布情况
布局方式
△p<1.5Pa建筑立面面积与建筑总立面面积比率
行列式
0.33
斜列式
0.28
错列式
0.483
周边式
0.396
3.结语
建筑楼群的布局方式是非常灵活多变的，往往并不是如本文中描述的布置形式，而是根据地形地貌、周边环境、建筑群自身的构成形式与用途等等来进行布置的，并且本文对中各种布置形式的探讨只是对建筑布局与通风、环境舒适的一种简单探索，任何一种布置方式，都有着很多种不同的布置形式，这些布置形式的不同也必定会影响建筑群及周围的风场分布，所以即使是同种布置方式也会有不同种流场分布形式。
如下面各图所示，各个建筑的摆放形式的改变直接影响着建筑周边风场与压力场的变化，因而在改善建筑群内及周边室外环境时，将不同高度，不同进深，不通形式的建筑进行合理的排列组合，也可以达到良好的风环境。
参考文献：
1.周俭.城市住宅区规划原理.上海：
同济大学出版社，1999
2.华南理工大学.建筑物理.广州：
华南理工大学出版社，2002-6-13
3.中华人民共和国建设部.城市居住区规划设计规范.北京：
中国建筑工业出版社，1993
4.张士翔.四川科学建筑研究.2000,26
（2）:
10～13
5.唐毅，孟庆林.西安建筑科技大学学报.2001，33（4）：
352-356.
6.绿色奥运建筑研究课题组.绿色奥运建筑评估体系.北京：
中国建筑工业出版社，2003
7.董靓.街谷夏季热环境研究.重庆：
重庆建筑大学，1991
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