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树木的空间布局对典型街谷内部空气流动的影响

申小云  
【摘要】:随着城市化进程的加快,预计到2050年全球约66%的人口将居住在城市,城市街道峡谷内部空气质量与人类健康密切相关,近年来有部分学者从空气动力学角度指出:用树木来缓解街道峡谷内空气污染的措施并不可行。本文依据微尺度气象模型质量保证与改进行动计划(COSTAction732)最佳实践指南、日本建筑学会(AIJ,Architectural Institute of Japan)CFD模拟建筑物周围行人风环境的实施指南、住宅设计规范(GB50096-2011)、民用建筑设计通则(GB50352-2005)和现实生活中行道树的株距确定数值模拟的边界条件和相关参数设置,设计了深浅街谷内种植疏密不同的树木绿化方案,开展了树木空间布局的疏密性和均匀性对典型街谷(以街谷高宽比H/W表示)内气流流动的CFD模拟,着重分析了不同树木绿化措施对行人呼吸高度气流的影响。主要成果如下:(1)树木对街谷内气流的影响总体呈现减弱作用,分别为:树木减弱了街谷两端随角涡渗入街谷内部的气流,迎风侧屋顶下沉渗入街谷内部的气流和迎风建筑物背风侧回流而渗入街谷内部的气流。此外,树木还减弱了浅街谷(H/W2)中部由迎风侧流向背风侧的气流,以及深街谷(H/W≥2)两端倾斜下沉到达树冠底部的气流。CFD计算结果表明:浅街谷内随树木株距的减小,街谷两端和中部气流流速逐渐降低;深街谷内树冠底部气流流速降低。(2)均匀植树的典型街谷,随着H/W的增加,树木对气流的影响呈现由阻碍作用向促进作用转变的趋势。建议采用较宽间距的树木种植方案,如株距20米;均匀种树使得行人呼吸面气流平均相对强度,随H/W的增大,从减弱5~10%到增强7~18%。(3)均匀树木种植下,行人呼吸面气流平均相对强度Sxrhx、迎风面/背风面气流平均相对强度Syfm/Sbfm和树木占街谷相对体积Vo之间存在线性相关关系。Vo与Sxrhx呈负相关,即树木种植越密集对行人呼吸面气流阻碍作用越明显。(4)非均匀植树的典型街谷,在不同几何尺寸街谷内由于树木增强湍流的空间分布差异,树木空间配置对典型平面气流的影响变得非常敏感,需要结合具体的街谷几何形态和树木种植空间配置进一步测试树木种植方案对气流的影响。本文模拟并分析了均匀和非均匀树木种植对典型街谷几何内气流的影响,研究结果可为城市规划中确定树木种植策略提供参考。然而,街谷内的气流运动还受到太阳辐射引起热对流,真实城市建筑高低错落布局,汽车停放障碍物等因素影响,后续将开展相关方面的研究。


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