当前世界环境

介绍

城市和城市的居民往往增加。如今，大约一半的世界总人口生活在城市定居点。这一大量居民生产各种活动，改变城市空气质量，图案。受潮风流由深层分层的城市边界层驱动，具有大量风力波动。太阳能加热效应包括建筑物和树木，空气动力学阻力，受面部性能变化和湍流热传输影响的热交换的阴影。

城市地区风野修改的原因

在城市地区，来自盛行风的主要气流受到强烈的影响，这取决于建筑的形态和城市微气候的影响。^3.由于越来越多的高层建筑，工业和车辆活动等，风场修改变得尤为重要。由于以下元素和现象，在城市地区的垂直水平的风速频率分布中可以发现显着差异。

• 建筑物、植被(物理及热障碍/粗糙度)
• 空调(热)
• 自然地形（表面，起伏等的水分性质）
• 由于车辆移动而影响街道运河。(热)
• 高层建筑-湍流，粗糙
• 地方气候条件/季节性变化
• 从附近的建筑物避难所，
• 城市热岛效应（UHI）

风场修改因UHI效应

城市表面充当热能的巨型储层。混凝土可以保持大约2000倍的热量作为等同量的空气。

UHI内的较大的白天表面温度通过热遥感容易地看出。在夜间时，将该反转层形成这一层捕捉到表面附近的城市空气，并将表面空气从静止温暖的城市表面保持温暖，在UHI内形成夜间温暖的空气温度。在城市地区的建筑物被夜间失去了含量。

城市风况的困难和特点 城市的粗糙度

建筑环境中的风速预测很难。其中一个原因是“表面粗糙度”。建筑物的许多障碍和不同的高度使Builtenvironment是一个高粗糙度系数，²与开放，农村地点相比。其中致浓度系数通常用于在仅一个或两个高度和位置的不同高度处外推动风速。随着高度的增加，高粗糙度系数的高粗糙度系数是推动速度的加速度，因此降低能量产量。

表1a给出了一般用于某一类型表面的粗糙度系数(或长度)。值得注意的是，开放的农业区域(即使有一些房屋和灌木篱墙)的粗糙度在0.055到0.1之间，而有高层建筑的大城市的粗糙度为0.8，这是目前考虑安装小型风力设备的典型地点。

表1（a）：不同表面的粗糙度系数2 点击此处查看表格

表1(b):城市建筑粗糙度-流动状况 点击此处查看表格

图1:地面和 较高水平（Grimmond等，2007） 点击这里查看图

由于建筑环境的粗糙度较高，接近地面的风速成为一个局部参数(取决于接近地面的当地条件)。这是不可能测量一个局部参数(风速)的基础上的粗糙度的一些平均特征的更广泛的建筑环境。

动荡

地球表面的粗糙度对风产生阻力，将一些风能转化为机械湍流。由于湍流是在地面产生的，因此地面风速远小于图1中较高高度的风速。湍流包括垂直和水平的空气运动，因此表面摩擦阻力的影响向上传播。机械乱流和摩擦阻力的影响随高度逐渐减小，在“梯度”水平(约1000至2000英尺)，摩擦效应可以忽略不计。在这一高度的压力梯度被科里奥利力(可能还有离心力)平衡，风几乎与等压线平行

风评估和规划控制

制订适当的规划指引，是避免市区不利风环境的重要步骤。目前有各种各样的风评估标准，如建筑在现场的位置和间距。在相互一致和实地观察的情况下，大多数方法都是有效的。其他标准要么是不必要的严格，要么是稍微宽松。在前者的情况下，这也是不可取的，因为它会对建筑的形式和外观造成不必要的限制。在城市和郊区环境中，风洞测试仍然是模拟建筑物周围风环境影响的最可靠的技术。使用计算流体动力学(CFD)或风洞可视化技术(如冲刷技术)可能只作为初步定性评估的形式有用，不应仅仅依赖。

图2(a):风在和周围的运动 暴露建筑物：图2（b）：周围的流动模式 高,平板的建筑。风力增强区域 行人水平的速度 点击这里查看图

图3：墨尔本的一个45层高的塔楼项目 点击这里查看图

应在规划控制的制定中进行规划控制，以使要求没有过度限制创新设计。空气动力学塔形式，足够讲台，提供遮阳篷，应鼓励伪装，战略种植等特征，但不强制。同时，应提供对风效的充分建模的控制。

暴露建筑周围的最关键的区域通常是建筑物底部（侧流效应）附近的区域，在暴露建筑物的宽面上（挖掘效果，这适用于建筑物的建筑物高度的12个级别）和建筑物底部的拱廊或开口，这对高层建筑物基部的相反方面（间隙效应）开放。每个程度都取决于风险的暴露水平，风化的力量和方向性以及周围建筑物的屏蔽或漏斗效应。需要调查的其他方面是风条件如湍流风，风中的任何计划户外区域或邻近所提出的发展的风险。

城市风环境标准

如果低建筑物位于高楼的风影子中。如图3B所示。，阻挡块的高度的增加将在与风的相反的方向上增加空气流过低建筑物。大型涡流的下翼将通过建筑物。

实验表明，风舒适度与阵风速度的关系比与平均风速的关系更密切。¹在极端风的情况下，这尤其如此，这可能导致人们在风中失去平衡。Rofail（2005）提出了一系列标准，将平均舒适标准转换为最大阵风或峰值风速的标准。然而，这套标准是基于15％湍流强度的假设，这在绝大多数情况下是非常保守的。ROFAIL（2007）提出了一种替代的峰风速标准组。平均气流，动态波动和建筑速度湍流都紧密耦合到建筑物的复杂几何形状。同样有效的方法是比较达文口的平均风速标准⁵抵抗阵风 - 等效的平均值（均值或阵风的最大值除以阵风因子）。除了舒适性标准之外，无论使用类型或频率，还适用于所有可触及的户外区域的安全限制。墨尔本（1978）建议的安全限制为2300 /秒，用于年度最大值¹Gust已被大多数顾问采用，并构成大多数标准集的一部分。可靠的风洞试验要求确保在风洞中进行一套可靠的风速测量的关键因素是:

• 建筑物和周围的比例模型，
• 接近风行为的建模
• 用于测量风速的采样参数和仪器类型。

风模型的主要因素

这三个因素是各种平均和阵风环境标准的比较，假设15%的湍流和阵风因子为1.5。风洞模型比例尺不应小于1:50 m比例尺。

1. 该模型必须包括周围环境的影响，包括当地的陆地地形。研究大楼及邻近建筑物的模型必须更精确。接近模型应该延伸到至少400米的半径。在建模多孔元素时，如树木、百叶窗或多孔屏风，应小心谨慎，以确保相同的空气动力学特性，如雷诺数相似。为了实现这一点，可能需要对模型的几何形状进行变形。在模型尺度下，阳台栏杆等特征的建模可能会过度压缩通过这些区域的流量，因此需要特殊处理。类似地，通过建筑物的缝隙的建模可能需要被扭曲，以实现模型比例和全尺寸之间的流态相似。⁴
2. 建模接近风的行为的关键参数是为了确保流量在平均风速的变化以及高度到10％以内的湍流强度的变化方面正确地匹配。另一个参数是在3倍（Awes，2002）的范围内的整体长度比例的建模。参考风速需要基于从位于研究现场合理的观察站获得的风气候数据的分析。建议使用风速的气候数据至少10年的时间。⁷应适当地纠正风力气候数据，以获得上游地形，屏蔽效应和当地土地地形的影响。⁷
3. 测量应由峰值和平均风速制成。需要施加速度信号的滤波，以用于最大阵风以表示3秒钟的峰值。测量应从至少8个风向中取出，尽管16个风向是目前标准的做法，并建议使用。有两种类型的仪器可以使用，热线风速谱和基于压力的传感器，例如IRWIN探针⁷．注意，有些类型的压力传感器对风向非常敏感，应该避免使用。基于压力的传感器应适当校准，以确保它们在风洞中运行的风速范围内提供可靠的风速估计。结果应表示为阵风风速或阵风当量平均风速和阵风当量平均风速。阵风当量平均定义为平均风速与阵风当量平均风速之间的最大值。

后者是阵风速度除以适当的阵风因子。初期试验应在不受植被影响的情况下进行，以使风工程顾问能够适当地确定主要的风流动机制。同样重要的是，要确保报告中提出的任何建议都要经过充分的建模和风洞测试。这一点很重要，因为即使风的流动机制相似，适用于一个项目的解决方案不一定对另一个项目足够有效。

案例研究

为了确保一个可行的设计，策略的制定需要与负责项目的建筑师或设计师密切合作。以下是由wind -tech Consultants承担的一些风效应项目的例子，以及通过风洞测试确认其有效性后推荐的解决方案的细节。注意，在某些情况下，可能会提出多个解决方案。

案例研究1

图3中所示的塔适用于墨尔本的45层高的塔楼。

该塔位于一个城市街区的角落，宽阔的正面面对一条狭窄的街道，以及墨尔本(北)的盛行风向。此外，该场地在那个方向相对暴露。结果是，这座塔可能会在城市街区的拐角处产生显著的下冲洗和侧流效应。图6显示了塔的侧面轮廓与风从北方向入射。提出了两种选择。其中一个要求把塔楼从巷子往后移。第二个处理需要一个小平台和高墙，以捕捉向下吹来的风，并将它们引导到一个可渗透的停车场。

图4:物业的再开发 在德里的民间线 点击这里查看图

案例研究2

图4所示的开发位于德里。这一发展暴露于德里的所有3个主要风向。⁶

东北风和西风尤其值得关注，因为两座塔楼朝南北方向排列。这个特殊的地点恰好位于南北走向的地形山脊的顶部。这导致了两座塔楼之间潜在的强大漏斗效应，远远超过了安全极限。建筑师研究了许多处理方案，包括沿着两座塔楼的整个长度和跨越缝隙的大型檐篷。这可能是由于平台北部边缘的地面风的上升流的重要贡献。由于场地位于马鞍状地形的顶端，沿着宽阔的方向暴露在东北风中，这种效果似乎得到了强调。唯一有效的治疗方法是最便宜的。

图5：印度运输公司Gurgaon 点击这里查看图

案例研究3.

印度运输公司有限公司，古尔冈 - 内心的紧凑型，受到受控曝光。

设计了两种类型的窗户：Peep Windows，用于可能的交叉通风和视图，另一个是日常照明。该建筑物具有更多透明度的法院具有结构框架，可以为着色屏幕提供支持。景观充当气候改性剂。窗外揭示了窥视窗口剪掉了夏天的阳光和别致的冬天的阳光。双窗中的可调节威尼斯百叶窗，三明治剪裁并留出日光。在墙壁和屋顶的聚氨酯板绝缘材料。与水列的喷泉法院作为环境主持人。建筑系统设计以绘制外部环境以补充空调系统。空调采用环保吸收技术。仔细规划空气分配系统。 Air-conditioning standards set by acceptance level of office staff andnot by international norms. Energy-efficient lighting system and daylight integration with controls. Optimization of structure and reduction of embodied energy by use of less energy-intensive materials⁶

图6：滑铁卢模型的照片， Windtech顾问公司在悉尼的风力开发 隧道显示最佳治疗的细节 西风风对风条件的影响 在西北角1 点击这里查看图

案例研究4.

另一个例子是Waterloo的发展，悉尼图6。结果表明，由于西风风的影响，这种发展将受到不利风条件的影响。

建立了这是由于直接地面风的组合以及由拟议建筑西北角在拟议的高柱廊的效果中突出的侧流效果。这种效果进一步复杂于，在建筑物的角落的高柱廊下提出了室外咖啡馆。最佳解决方案涉及使用战略树种植沿着开发的西方方面以及在柱廊地区的西北角下的独立树冠，以采取偏转器。通过这种处理，风条件从超过安全限制，以便可接受的座位，因此可接受用作户外咖啡馆地区。

图7：阿布扎比开发 受差距效应影响的区域 点击这里查看图

案例研究5.

在图7中描述的Abu Dhabi中对该项目进行了一个风环境研究。该开发包括3个连接的住宅塔楼，位于连杆下方的两个9级高凹槽区域。

进行了一种风洞模型研究，并表明由于间隙效应，在这些间隙内发生了显着的加速效果。对于每个间隙，通过位于间隙的每个端部的挡板屏幕成功地改善了效果。

其中一个屏幕用作覆盖的凉亭的墙壁。需要治疗的其他区域包括其中一个街角和其中一个塔的底座。通过战略种植成功地改善了风效。图7：ABU DHABI开发与受差距效应影响的区域表示。

结论

本文展示了如何在满足建筑意图的同时，规划适宜居住的风环境。平均气流、动态波动、建筑尺度湍流都与建筑复杂的几何形状密切相关。在设计中应鼓励采用空气动力学建筑形式、适当的平台、提供遮阳篷、策略性的种植等特色。

采用适当的建模和仿真技术和适当的风野研究。可以为所有者和最终用户达到有利的结果。当地当局也可以在规定的开发控制方面具有作用，而无需过度指定建筑形式，这符合扼杀创新的风险。

参考

1. 艾哈迈德Sirajwind能源理论与实践，Phi Publication First Edition2010
2. Borisjay P.Tust在风中：城市空气动力学的挑战，计算物理和流体动力学实验室2002
3. 坎贝尔Neil等。Al“建造环境的风能”论文在Procs中发表。2001年7月2日至6日欧洲风能会展＆展览会，哥本哈根
4. 达文波特，A.G。建筑气候学综合学人的人类舒适标准，（1972年）。
5. rafail，托尼“开发居住环境”削减8^TH.2008年世界大会。
6. 2001年由塔塔能源研究所出版的印度节能建筑的代表性设计
7. 英国城市风评估，2007年2月的城市环境中风资源评估介绍