1新一代绿色建筑对环境设计的要求与虚拟风洞试验
通常由于这里所谈的环境问题也常常涉及较大型建筑的内外空间，使得较为精确的计算及其试验验证在技术上实现起来相对比较困难，亦或不能在所需的时间或有限的费用内得以实现。因此，一个具有一定工程应用精度的模拟系统就可以在工程设计和应用中成为可以依赖和不可或缺的新手段。以计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics)为基础的虚拟风洞试验结合适当的实际物理风洞试验验证的工程技术方法的建立及其应用实践已经证明，一个基于符合特别技术要求并具有与项目设计所适应的较高的准确度和生产效率的虚拟风洞已经能够提供绿色建筑环境设计相关的绝大部分设计模拟的需求。它包括了新的国家绿色建筑评价标准GB/T50378－2014所要求的，以及新标准中尚未要求的，但在国际上先进绿色建筑设计中逐渐普遍采用的一些事项。其中包括风环境、环境热舒适性、热压(烟囱)效应、自然通风的设计、空气质量控制与排放扩散、火情下的热流动与烟雾排放、烟雾条件下的室内可视度模拟和控制、大型玻璃幕墙的水汽凝结与控制等。绿色建筑评价标准的实施，无疑从另外角度上看也是对建筑质量和寿命的大大提高是一个极大的促进。可以预计，未来我国的建筑将逐渐告别过去适于较短使用寿命的低端质量建筑。建筑垃圾将大大减少，从时间跨度上和尺度上全面提高城乡整体的环境质量。这里结合作者在近年来完成的近百项各类建筑环境模拟试验的经验，以表格的形式归纳了那些可以通过虚拟风洞试验进行的国家绿色建筑评价标准所涉及的项目，以及基于这些项目并将环境设计进一步提高和拓展到更广泛、更高质量的其他试验项目的关系。通过它们之间的融合来解决三个层面上的现实任务:(1)绿色建筑评价标准达标，包括国标、地标和行业标准;(2)消除其他潜在的安全隐患或在可能的条件下把发生的可能性降至最低;(3)实现更全面、更先进的高质量环境设计。虚拟风洞试验涉及不同应用方面的几个实例。以虚拟风洞试验结果与一个2013年岁末发生在挪威的阿莱桑德的街面大风的实际发生情况作为的有效性验证的一个例子。行人在横跨人行斑马线试图进入一幢购物中心大楼时非常努力地顶风前进的镜头。由于大风，当天市政府专门为这个马路口派出了若干警察协助行人应付不测。虚拟风洞试验得到的1.5米高度风速系数云图以及与高风速区流动相关的来流三维矢量图。试验结果对应了当地机场气象台站记录的当时的风速和风向。该图清晰地验证了该区域所遭遇的局部强风的大小和方向。特别是从图上可以看出造成这一结果的原因是由于途径相邻的两座中等高度的三层和五层的建筑屋顶加速后经大楼墙面的阻挡和反射的强烈下洗气流加速所致。下洗气流的方向正好对着斑马线人行道，产生阻止行人从马路对面进入商业大楼的较大的风阻力。这些信息为解决该问题提供了准确的依据。某轻轨项目的站台及配楼等的风压的云图;其目的是研究自然通风和射流风机通风对站台和车站内环境舒适性和排除站内聚集的交通车辆尾气的能力和效率。地处夏暖冬冷地区某高层建筑的裙楼部分受由于室内外温差所致的冬季热压(烟囱)效应的影响的流速分布云图。目的是消除大楼内冬季时由于热压效应引起的门窗及电梯可能的操作困难或结构损坏。以及避免楼内冬季穿堂冷风导致的舒适性下降和热能浪费。某地铁项目在地下施工时施工机械与运输机械的燃气排放对周围环境的影响的污染气体扩、消散情况的研究所得到的相对扩散浓度的云图。由于篇幅限制其他方面的模拟试验不作一一列举。鉴于黑白印刷的原因，该文的附图不能清晰地表现彩色云图的细节和完整信息，欢迎感兴趣的读者联系作者索取彩色高精度原图。
2早期重视、及早发现和解决环境问题的必要性
虽然近年来人们对于环境设计在建筑设计中的重要性的认识方面逐渐提高，并在实际应用中得以考虑。但由于种种原因，仍有一些现代建筑在建设完成之后遭遇到比较棘手的环境问题。有的甚至经过若干年的各种努力也未能较好地解决。事实上，对有些方面的问题，一旦时过境迁，要回过头来再面对一些特定的环境问题，要么代价昂贵，要么技术上实现起来不现实，再要么就只好拆掉重来。
3结束语
以计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics)为基础的虚拟风洞试验结合适当的实验室物理风洞试验验证的工程实践已经证明:一个基于符合特别技术要求并具有与项目设计所适应的较高的准确度和生产效率的虚拟风洞已经能够提供绿色建筑环境设计相关的绝大部分环境设计模拟需求。可以通过虚拟风洞试验进行的国家绿色建筑评价标准所涉及的项目，以及基于这些项目并在将环境设计进一步提高和拓展到更广泛、更高质量的其他试验项目的关系，及其它们之间的融合来解决三个层面上的现实任务:(1)绿色建筑评价标准达标，包括国标、地标和行业标准;(2)消除其他潜在的安全隐患或在可能的条件下把发生的可能性降至最低;(3)实现更全面、更先进的高质量环境设计。环境问题前期重视、及时发现和解决是十分重要的。
作者：楼海烨 江清源 单位：厦门土木建筑学会
