【正文】 學 位 論 文基于CFD模擬的寒地商業(yè)步行街區(qū)布局模式研究摘 要隨著經(jīng)濟的不斷發(fā)展和社會的不斷進步，商業(yè)步行街區(qū)在全國各地陸續(xù)興建，并對城市商業(yè)的發(fā)展起到了重要作用，成為了市民休閑娛樂的新目的地。而隨著商業(yè)步行街區(qū)的發(fā)展，其風環(huán)境也日益受到人們的重視。由于商業(yè)步行街區(qū)街道、院落和廣場等室外活動空間數(shù)目、體量均較大，是市民休閑娛樂的主要場所，尤其是在寒地城市，風環(huán)境的水平會直接影響市民在進行室外活動時的舒適度。并且，多種空間形式的組合會改變建筑群內(nèi)的氣流組織，這種改變會影響冬季建筑的冷風滲透，造成建筑在冬季采暖時的采暖負荷增大，造成能源的浪費。因此，為寒地城市的市民提供安全、舒適、節(jié)能的寒地商業(yè)步行街區(qū)，是當今研究的熱點課題。本文以典型寒地城市哈爾濱的中華巴洛克建筑群為例，首先從寒地的氣候條件和建筑布局特點入手，探討了寒地氣候和風環(huán)境的特征，分析了影響寒地商業(yè)步行街區(qū)風環(huán)境的因素，總結(jié)了寒地風環(huán)境面臨的問題。在對CFD模擬分析的方法進行了簡單闡述后，根據(jù)前人的研究和《綠色建筑評價標準》，制定了風環(huán)境評價的標準，建立了風環(huán)境評價體系，為對寒地商業(yè)步行街區(qū)的風環(huán)境模擬奠定了基礎(chǔ)。其次，文章根據(jù)哈爾濱的氣候特點，選取哈爾濱冬季盛行風向西南風，通過CFD軟件分別對中華巴洛克建筑群內(nèi)典型的街道空間、院落空間和廣場空間進行風環(huán)境模擬。在模擬中，在街道空間、不同形態(tài)的院落空間和廣場空間現(xiàn)狀朝向的基礎(chǔ)上，分別進行七次45176。的旋轉(zhuǎn)并進行模擬，得到同一空間八種朝向的模擬結(jié)果，根據(jù)風環(huán)境評價體系研究其建筑布局、朝向與風環(huán)境的關(guān)系并發(fā)現(xiàn)現(xiàn)狀朝向下個空間風環(huán)境存在的問題。通過橫向和縱向綜合對比分析模擬結(jié)果，得到最佳建筑布局和朝向。最后，在總結(jié)前人研究和前文研究的基礎(chǔ)上，通過CFD模擬，以建筑物的風場特性、建筑圍合空間的風環(huán)境特性和防風屏障的風環(huán)境改善能力進行展開，對建筑布局與風環(huán)境的普遍性關(guān)系進行研究，從而得出解決風環(huán)境問題的辦法。在得出相應(yīng)的結(jié)論后，結(jié)合前文發(fā)現(xiàn)的中華巴洛克建筑群現(xiàn)狀風環(huán)境存在的問題進行風環(huán)境優(yōu)化設(shè)計，并通過這一設(shè)計實例總結(jié)出具有普遍適用性的建筑布局風環(huán)境優(yōu)化模式、單體建筑防風優(yōu)化模式和防風屏障設(shè)計模式，應(yīng)用于寒地商業(yè)步行街區(qū)室外風環(huán)境的優(yōu)化。本論文在研究過程中，綜合運用了CFD模擬、對比分析、總結(jié)歸納的方法，通過CFD模擬使規(guī)劃中的風環(huán)境問題具象化，在可視的問題中進行分析和優(yōu)化，總結(jié)出建筑布局與風環(huán)境的規(guī)律以及規(guī)劃中風環(huán)境設(shè)計的方法，將規(guī)劃設(shè)計參數(shù)化，為寒地商業(yè)步行街區(qū)的風環(huán)境設(shè)計提供科學理論依據(jù)。關(guān)鍵詞　寒地；商業(yè)步行街區(qū)；建筑布局；風環(huán)境；CFD模擬；AbstractWith the continuous development of economy and society, mercial pedestrian streets swarm in all parts of the country, which is ing out to be the new ideal place for locals to enjoy entertainment and leisure and meanwhile playing an important role in the development of the society. Nevertheless, humans also start to pay attention to the wind environment due to the development of the mercial pedestrian streets.Keywords　目錄摘要 IAbstract II1 緒論 1 研究背景 1 能源的浪費與廢氣的過度排放 1 城市五島效應(yīng)日益嚴重 1 社會對城市微氣候的日益關(guān)注 2 研究目的與意義 3 研究目的 3 0研究意義 3 國內(nèi)外相關(guān)研究綜述 3 CFD技術(shù)的可行性研究 3 CFD技術(shù)對建筑布局與風環(huán)境的研究 4 CFD技術(shù)應(yīng)用于實際環(huán)境問題的解決 5 研究內(nèi)容和方法 5 研究內(nèi)容 5 研究方法 6 論文研究框架 62 寒地商業(yè)步行街區(qū)風環(huán)境的基礎(chǔ)研究 8 相關(guān)概念 8 寒地城市 8 寒地商業(yè)步行街區(qū) 8 寒地城市的風環(huán)境特征 11 寒地城市的氣候特征 11 寒地城市的風環(huán)境特征 12 寒地城市風環(huán)境的影響因素 13 寒地城市風環(huán)境面臨的問題 13 寒地城市風環(huán)境對生產(chǎn)生活的影響 13 寒地城市冬季防風與夏季通風的矛盾 14 本章小結(jié) 143 寒地商業(yè)步行街區(qū)建筑布局的CFD模擬與分析 15 基于CFD模擬的風環(huán)境評價方法 15 CFD技術(shù) 15 評價體系的建立 16 寒地商業(yè)步行街區(qū)建筑布局的現(xiàn)狀 18 中華巴洛克建筑群的街道空間布局與現(xiàn)狀 19 中華巴洛克建筑群的院落空間布局與現(xiàn)狀 20 中華巴洛克建筑群的廣場空間布局與現(xiàn)狀 22 模型的建立與相關(guān)參數(shù)的設(shè)定 23 中華巴洛克建筑群的模型建立 23 風環(huán)境模擬的相關(guān)參數(shù)設(shè)定 24 中華巴洛克建筑群街道布局模式的CFD模擬與分析 24 中華巴洛克建筑群街道布局模式的CFD模擬 24 中華巴洛克建筑群街道布局模式的風環(huán)境分析 25 中華巴洛克建筑群院落布局模式的CFD模擬與分析 26 中華巴洛克建筑群院落布局模式的CFD模擬 26 中華巴洛克建筑群院落布局模式的風環(huán)境分析 31 中華巴洛克建筑群廣場布局模式的CFD模擬與分析 32 中華巴洛克建筑群廣場布局模式的CFD模擬 32 中華巴洛克建筑群廣場布局模式的風環(huán)境分析 35 本章小結(jié) 374 基于CFD模擬的寒地商業(yè)步行街區(qū)風環(huán)境優(yōu)化 38 建筑布局與風環(huán)境特性 38 建筑物的風場特性 38 建筑圍合空間的風環(huán)境特性 39 防風屏障的擋風特性 41 中華巴洛克建筑群的風環(huán)境優(yōu)化設(shè)計 41 中華巴洛克建筑群院落空間的風環(huán)境優(yōu)化設(shè)計 42 中華巴洛克建筑群廣場空間的風環(huán)境優(yōu)化設(shè)計 43 中華巴洛克建筑群街道空間的風環(huán)境優(yōu)化設(shè)計 44 寒地商業(yè)步行街區(qū)風環(huán)境優(yōu)化模式 44 建筑布局風環(huán)境優(yōu)化模式 44 單體建筑防風優(yōu)化模式 45 防風屏障設(shè)計模式 46 本章小結(jié) 47結(jié)論 48參考文獻 50附錄 53攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文 54致謝 55個人簡歷 56千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。English Catalog摘要 IAbstract II1 緒論 1 研究背景 1 能源的浪費與廢氣的過度排放 1 城市五島效應(yīng)日益嚴重 1 社會對城市微氣候的日益關(guān)注 2 研究目的與意義 3 研究目的 3 研究意義 3 國內(nèi)外相關(guān)研究綜述 3 CFD技術(shù)的可行性研究 3 CFD技術(shù)對建筑布局與風環(huán)境的研究 4 CFD技術(shù)應(yīng)用于實際環(huán)境問題的解決 4 研究內(nèi)容和方法 5 研究內(nèi)容 5 研究方法 5 論文研究框架 62 寒地商業(yè)步行街區(qū)風環(huán)境的基礎(chǔ)研究 8 相關(guān)概念 8 寒地城市 8 寒地商業(yè)步行街區(qū) 8 寒地城市的風環(huán)境特征 11 寒地城市的氣候特征 11 寒地城市的風環(huán)境特征 12 寒地城市風環(huán)境的影響因素 13 寒地風環(huán)境面臨的問題 13 寒地風環(huán)境對生產(chǎn)生活的影響 13 寒地城市冬季防風與夏季通風的矛盾 14 本章小結(jié) 143 寒地商業(yè)步行街區(qū)建筑布局的CFD模擬與分析 15 基于CFD模擬的風環(huán)境評價方法 15 CFD技術(shù) 15 評價體系的建立 16 寒地商業(yè)步行街區(qū)建筑布局的現(xiàn)狀 18 中華巴洛克建筑群的街道空間布局與現(xiàn)狀 19 中華巴洛克建筑群的院落空間布局與現(xiàn)狀 20 中華巴洛克建筑群的廣場空間布局與現(xiàn)狀 22 模型的建立與相關(guān)參數(shù)的設(shè)定 23 中華巴洛克建筑群的模型建立 23 風環(huán)境模擬的相關(guān)參數(shù)設(shè)定 24 中華巴洛克建筑群街道布局模式的CFD模擬與分析 24 CFD模擬 24 分析 25 中華巴洛克建筑群院落布局模式的CFD模擬與分析 26 CFD模擬 26 分析 31 中華巴洛克建筑群廣場布局模式的CFD模擬與分析 32 CFD模擬 32 分析 35 本章小結(jié) 374 基于CFD模擬的寒地商業(yè)步行街區(qū)風環(huán)境優(yōu)化 38 建筑布局與風環(huán)境特性 38 建筑物的風場特性 38 建筑圍合空間的風環(huán)境特性 39 防風屏障的風環(huán)境改善能力 41 中華巴洛克建筑群的風環(huán)境優(yōu)化設(shè)計 41 街道 41 院落 42 廣場 43 寒地商業(yè)步行街區(qū)風環(huán)境優(yōu)化模式 44 建筑布局風環(huán)境優(yōu)化模式 44 單體建筑防風優(yōu)化模式 45 防風屏障設(shè)計模式 46 本章小結(jié) 47結(jié)論 48參考文獻 50附錄 51攻讀學位期間發(fā)表的學術(shù)論文 52致謝 53個人簡歷 54千萬不要刪除行尾的分節(jié)符，此行不會被打印。在目錄上點右鍵“更新域”，然后“更新整個目錄”。1 緒論 研究背景人的生存離不開環(huán)境，生存環(huán)境的好壞深深地影響著人的生活質(zhì)量。在人類脫離條件惡劣的自然環(huán)境建立起城市后，生存環(huán)境得到了巨大的改善，而城市的選址、布局則起到了至關(guān)重要的作用。我國春秋時代的政治家、哲學家管子曾提出“高毋近阜而水用足，下毋近水而溝防省”的筑城選址原則。而古羅馬建筑師維特魯威所著《建筑十書》提出的理想城市模式中，為了避免強風，設(shè)立了放射道路不應(yīng)直接對著城門的原則。然而，隨著人類社會數(shù)千年空前的高度發(fā)展，機械化和智能化的建筑施工技術(shù)早已取代了低效且施工能力極其有限的人力，城市在橫向和縱向上的發(fā)展規(guī)模遠遠大于古代中西方的城市，甚至可以擺脫或消除自然條件對城市發(fā)展的限制。如今，在鋼筋水泥的城市叢林中，隨著山川地貌被人為地改變，環(huán)境也與原始狀態(tài)大相徑庭：自然條件不再是影響環(huán)境的唯一因素，由城市拔地而起帶來的人為因素已經(jīng)對環(huán)境產(chǎn)生了深遠的影響。 能源的浪費與廢氣的過度排放自蒸汽機的發(fā)明，以能源消耗為動力源泉的工業(yè)全面發(fā)展并極大地改善了人類的生活水平。如今人類的生活已離不開能源，城市更是能源最大的消費者。然而在能源大量消耗的今天，不可再生并對環(huán)境產(chǎn)生巨大污染的化石能源在能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)主要地位，而太陽能、風能、潮汐能等清潔能源雖然已得到了巨大的發(fā)展，但應(yīng)用率依然不高，而建筑能耗已達到社會總能耗的三成[6]。因此合理規(guī)劃城市的建筑布局對于節(jié)能減排、改善城市環(huán)境具有深遠的意義。 城市五島效應(yīng)日益嚴重城市的巨大發(fā)展和能源的廣泛應(yīng)用也給城市環(huán)境帶來了一系列問題。城市五島效應(yīng)就是這一系列問題的典型。城市五島效應(yīng)是城市的熱島效應(yīng)、干島效應(yīng)、濕島效應(yīng)、雨島效應(yīng)和混濁島效應(yīng)的總稱。表11列出了城市五島效應(yīng)的影響因素、基本特征、主要危害和防治措施。表11 城市五島效應(yīng)影響因素基本特征主要危害防治措施熱島效應(yīng)城市下墊面、人工熱源、水氣影響、空氣污染、綠地減少城市中的氣溫明顯高于外圍郊區(qū)夏季高溫和大量污染物排放困難引起疾病、引起城市居民的不良情緒和心理疾病提高城市綠化覆蓋率、降低污染物和人為熱的排放、進行合理的城市規(guī)劃干島效應(yīng)城市下墊面城市空氣中水分偏少濕度偏低城市大氣相對濕度降低穩(wěn)定性提高不利于污染物通過大氣對流排放提高城市綠化覆蓋率、增加分散水域和噴泉等、增加雨水收集和蒸發(fā)補償系統(tǒng)濕島效應(yīng)市區(qū)與郊區(qū)溫度升降的差異性凝露濕島、雨天濕島、霧天濕島、結(jié)霜濕島和雪天濕島等可能加劇熱島效應(yīng)提高城市綠化覆蓋率雨島效應(yīng)城市密度增大空調(diào)汽車尾氣排放城市降水量明顯大于郊區(qū)城市內(nèi)澇合理分布建筑物、提高城市綠化覆蓋率混濁島效應(yīng)工業(yè)排放汽車尾氣排放城市陰天日數(shù)和空氣混濁程度明顯高于外圍郊區(qū)、能見度小于郊區(qū)減少城市日照、降低能見度、出現(xiàn)低濕的城市“濁霧”、 市區(qū)降水酸度及酸雨頻率大于郊區(qū)降低排放 社會對城市微氣候的日益關(guān)注隨著城市中高樓大廈拔地而起，建筑密度加大、城市規(guī)模劇增。這種城市空間的巨大變化產(chǎn)生了獨特的有別于自然氣候的城市微氣候。城市微氣候主要是指城市的微環(huán)境氣候，主要以微氣候的各項物理指標、室外空氣質(zhì)量指標和人的體感舒適度指標等作為衡量其好壞的標準。城市微氣候與城市風環(huán)境有著密切的關(guān)系。日照、綠地、水體等自然因素和汽車尾氣、工業(yè)排放等人為因素會直接影響著城市微氣候，比如：夏季過強的日照不僅會提升室外溫度，更會增加建筑能耗和排放降低室外空氣質(zhì)量。同時，城市微氣候與建筑同樣存在著密切的聯(lián)系。不同體量、形態(tài)的建筑通過不同的組合會產(chǎn)生不同的風環(huán)境。比如，高大的高層建筑會使具有巨大能量的上層風向下方垂直流動，造成高層下方的風速風壓增大，使風環(huán)境遭到破壞[38]。而如果建筑布局合理，就能夠通過引導風降低室外溫度和污染物濃度等緩解或解決城市微環(huán)境問題，改善城市微氣候。 研究目的與意義 研究目的城市的發(fā)展必然伴隨著對自然環(huán)境和城市內(nèi)部環(huán)境的破壞。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國城市化水平大幅度提高。然而城市的快速擴張伴隨著的是環(huán)境的急劇惡化和能源的大量消耗。因此，能源與環(huán)境問題是中國城市化發(fā)展面臨的巨大挑戰(zhàn)，更是城市發(fā)展相關(guān)研究所關(guān)注的焦點。本文著眼于建筑間的位置關(guān)系，希望通過進行風環(huán)境模擬來分析得到具有良好氣候適應(yīng)性的建筑布局。通過CFD軟件的技術(shù)手段，結(jié)合寒地氣候特點，從提高室外舒適度和減少建筑能耗兩個角度進行分析和綜合考慮，建立合理的評價體系，總結(jié)出提高氣候適應(yīng)性的建筑布局模式，并結(jié)合對典型寒地城市建筑布局的實例調(diào)查所得到的建筑布局氣候適應(yīng)性特征，提出各類建筑布局的氣候適應(yīng)性策略，從而通過提高風環(huán)境的質(zhì)量實現(xiàn)對城市微氣候的改善。 0