街區(qū)與建筑室內空氣環(huán)境耦合特征的研究.pdf

1、自然通風是增加室內新風和改善室內熱環(huán)境最簡單最經(jīng)濟的通風方式。在一年中的氣候溫和時段，居住者通常習慣打開窗戶，讓建筑進行自然通風。然而，當室外空氣污染物濃度較高時，自然通風可能導致室內空氣環(huán)境惡化。在這一背景下，本文采用三維CFD模擬和現(xiàn)場觀測的方法，對臨街建筑開窗條件下，街谷內氣流流動和污染物的分布特征及室內外空氣環(huán)境的耦合效應進行了詳細分析與討論。
　　利用數(shù)值方法對不同窗戶開啟率（WOP）情況下街谷和房間內流場和污染物（以C

2、O為代表）濃度場所做的模擬結果表明，WOP增大時，大量背景空氣將從街谷上游建筑通過穿透式通風進入街谷，從而導致街谷內流場和污染物濃度場發(fā)生改變。在行列式和錯列式街谷中，當窗戶開啟率從0％增加到10%時，街谷內污染物平均濃度將分別下降23%和23%~27%。模擬結果表明，當街谷寬高比增加到4時，街谷內的氣流結構和污染物平均濃度將不再受窗戶開啟率的影響。
　　在此基礎上，分析發(fā)現(xiàn)，窗戶開啟率不同時，上游建筑兩側的壓強差基本沒有明顯的變

3、化，但下游建筑兩側的壓強差變化較大，并且由于上游建筑兩側壓強差為正，街谷內的污染物將不會擴散到上游建筑內。因此，街谷兩側建筑的窗戶開啟率對下游建筑室內空氣質量的影響更顯著。根據(jù)數(shù)值模擬得到的統(tǒng)計結果表明，下游建筑不同位置處的房間通風情況和室外污染物濃度有差別，大部分房間的通風通量來自尾流區(qū)，并隨窗戶開啟率的增大而減小。若房間的通風氣流來自街谷，則通風通量隨窗戶開啟率的增大而增加。在下游建筑的迎風面和背風面處，污染物濃度均隨窗戶開啟率的增

4、大而下降。為定量描述室外交通污染物對臨街自然通風建筑室內污染物的貢獻量，定義了一個無量綱窗外污染物有效源強。行列式和錯列式街谷中下游建筑的有效源強均隨著窗戶開啟率的增加逐漸下降，錯列式街谷的有效源強低于行列式的相應值。
　　由于街谷的對稱性是影響街谷內流場和污染物分布的重要因素之一。對行列式和錯列式布局建筑高度比（即上游建筑高度H1與下游建筑高度H2之比，H1/H2）不同時的街谷內流場和濃度場進行了數(shù)值模擬，并引用了三個用于表征室

5、內通風過程的參數(shù)來評價街谷內人員活動區(qū)域的空氣質量。結果表明，街谷的不對稱性對街谷內和下游建筑尾流區(qū)內的污染物分布有明顯影響。下游建筑高度越低，則尾流區(qū)濃度越高。行列式和錯列式街谷中人員活動空間的無量綱平均濃度分別在H1/H2為7/3和7/2時最大，并且上梯型街谷的空氣質量要好于下梯型街谷。同時，利用有效源強概念，考察了街谷非對稱性對下游建筑室內空氣質量的影響。數(shù)值模擬結果顯示，當街谷為上梯型時，下游建筑房間的通風量均來自街谷；街谷為等

6、高和下梯型時，下游建筑部分房間的通風量來自街谷，其余來自尾流區(qū)。下游建筑迎風面和背風面濃度均隨著H1/H2的增大而增大?？紤]到實際城市環(huán)境中風向的隨機變化，行列式街谷中當H1/H2為1/7和7/1時，下游建筑的有效源強最大。在錯列式街谷中，為維持較好的室內外空氣質量，應盡可能使兩側建筑高度接近，H1/H2控制在5/7~7/5以內。在避免較差的H1/H2的條件下，錯列式布局下游建筑的有效源強度低于行列式布局。
　　為全面了解街谷幾何

7、結構形式可能產生的污染物擴散機制，分析了街谷長寬比L/W（建筑長度L和街道寬度W）對谷內通風量和污染物擴散的影響。結果顯示，當 L/W較小時，街谷空間中的通風量和污染物主要通過街谷端部開口與外界交換，街谷端部的污染物高于街谷長度中心區(qū)的濃度。而當 L/W較大時，街谷頂部成為氣流和污染物與外界交換的主要通道，大部分污染物分布在街谷長度中心區(qū)，污染物擴散規(guī)律發(fā)生轉變的L/W在2~2.5之間。盡管街谷長寬比不同時，街谷內污染物擴散途徑不同，但

8、街谷中的平均濃度均隨著長寬比的增大明顯升高。
　　街谷上游建筑之外（即街谷之外）的建筑物對來流的阻擋和干擾，會影響到進入街谷的通風量和谷內污染物的擴散。利用數(shù)值計算模擬了上游阻擋建筑高度不同時，行列式和錯列式街谷內的流場和濃度場。結果表明，不論目標街谷臨街建筑布局形式是行列式還是錯列式，街谷內渦流結構和通風量都主要由街谷上游建筑與阻擋建筑的平面相對位置和阻擋建筑的高度來決定。當阻擋建筑與目標街谷的上游建筑對齊布置時，街谷內通風量隨

9、阻擋建筑高度的增加而減少，當阻擋建筑高度是上游建筑高度的2倍時，目標街谷內通風量開始上升。當上游阻擋建筑與目標街谷上游建筑錯開布置時，街谷內通風量隨阻擋建筑高度的增加逐漸降低。街谷中污染物擴散受氣流速度和流場結構的共同影響，無論阻擋建筑為何種布局，當阻擋建筑高度不大于1.5H時，街谷內背風區(qū)濃度最高，阻擋建筑高為2H時，最大濃度將出現(xiàn)在街谷迎風區(qū)。
　　為考察室內外污染物濃度間耦合關系，分別以CO、PM2.5和PM10為代表性污染

10、物，對臨街建筑和遠離街道的建筑室內外污染物濃度進行了連續(xù)測量。濃度時間序列表明，夏季工作日時，臨街和遠離交通線的兩觀測點室內外CO濃度的日變化規(guī)律表現(xiàn)出很強的規(guī)律性，即CO濃度的時間序列有兩個峰值。分析室內、外PM2.5和PM10濃度之間的關系發(fā)現(xiàn)，室內外CO濃度比小于但接近1，并且室內外濃度的變化呈正相關性。對自然通風房間而言，實測結果未發(fā)現(xiàn)室內外濃度的時間延遲效應。根據(jù)工作日室外CO濃度時間序列，通過理論分析給出了預測室內 CO濃度