本文是一篇土木工程论文，本课题以探究村镇院落民居中建筑主体、建筑构件与庭院之间的空气流动机理为研究主线，首先对当地中尺度风环境的统计规律进行深入剖析，在理清当地村镇典型院落民居建筑特征的前提下，细致研究阳台、檐廊等建筑构件与建筑主体之间的流体力学关系，并利用其有效改善院落风环境，最终确定出最为合适的院落风环境营造策略。
第一章 绪论
1.1课题研究背景
1.1.1城镇化新格局加速推进乡村建设
乡村建设自“十四五规划”初次提出后在国内受到了广泛关注和热烈讨论。 “十四五规划”提出，要把乡村建设置于社会主义现代化建设的重要位置。而要实施这一举足轻重的建设行动，首先就要以整体性、一体化的思维合理规划城乡建设空间布局。数据显示，截止2020年末，我国常住人口城镇化率已超60％[1]，在十九届五中全会规划的2035年远景目标中，未来15年里，我国的城市化率将达到75%-80%。呼和浩特市是内蒙古自治区首府城市，其城镇化水平处于自治区前列。目前我国的城镇化已开启下半程，进入追求城镇化发展质量和可持续性阶段，不宜过分追求城镇化速度。而乡村建设是当前推动城乡一体化、实现乡村振兴的当务之急和重中之重。在十九大报告提出乡村振兴战略之际，迫切需要结合农村居民的生产生活习惯与实际需求对农村民居进行更深入的探索，积极推进新农村建设，为各地农村面貌带来了崭新面貌。为促进城乡一体化发展，减缓快速城镇化带来的各种问题，新时期在内蒙古当地政府政策的引导下，各级乡镇、旗县正大力开展美丽乡村建设。早在2014年内蒙古自治区农牧区工作会议上提出了“十个全覆盖”工程[2]，对全区内农牧区危房进行改造，对村镇街巷路面进行硬化，因此目前多数呼和浩特城郊地区村落的分布及格局都发生了较大的改变，大量更新建设了村镇院落民居，初步优化了农村人居环境。
近年在院落民居的更新过程中，随着社会经济的发展，当地村镇民居建筑从平房、土房向二层砖房小楼升级；随着建筑技术的发展，遮阳、通风构件的应用从单挑檐、简易遮阳遮雨棚向阳台、太阳房等多样化形式进行升级，个别地区甚至形成了新的建筑造型。而这类村镇民居更新后增设的阳台、檐廊等构件会显著影响建筑环境，如建筑主体挑檐、阳台顶部及侧壁的外遮阳构件等，在起到遮阳作用的同时，会对室外风具有一定的引导作用，从而影响到建筑近壁面和门窗开口处的风的速度和方向，进一步对室内环境产生影响，或可改善室内通风状况，提升更新建筑的环境适应性。
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1.2课题的研究目的与意义
1.2.1研究目的
农村民居院落环境是在室外气候的综合作用条件下的热物理过程,其热过程包括了对流换热、辐射换热、结构传热与相变蒸发冷却等环节,其中建筑对流传热过程主要涉及自然通风换热和围护结构对流换热两方面内容[13]。由于村镇民居处于低层大气包围之中,低层大气的温度和风速分布规律是影响对流换热的关键因素，因此庭院风环境是研究庭院微环境及建筑对流传热过程的基础。
建筑庭院在一定程度上可以帮助提高建筑室内通风效率，改善室内热环境，提高舒适度，这些优势已经在众多研究中通过实地测量、风洞试验或数值模拟得到了证实和利用[14,15,16,17,18,19,20]，但是对于庭院本身风热环境的研究仍然比较匮乏。而且阳台及檐廊的存在使得庭院风环境更加复杂多变，二层阳台既有可能促进院落自然通风，也有可能在很大程度上在庭院中产生更多静风区等不舒适区域。村镇居民在现有农房改造提升建设中针对二层阳台的做法不尽相同，调研显示部分农村住宅二层全封闭式阳台采用大面积玻璃外窗、顶棚采用大面积玻璃天窗，夏季二层阳台处阳光过于强烈，经常有烘烤的感觉;部分采用半包围及开放式阳台，其对冬季辅助供热有一定积极作用，但具体节能效果尚待研究。
通过前期对呼和浩特近郊村镇的调研发现，现有农村住宅仍存在较大的环境舒适提升空间和节能潜力，研究如何优化庭院、阳台这一类的中介空间，可以更为细致的探究建筑布局的流场特点，从建筑对流过程研究的角度出发，通过分析其对建筑自然通风和风热环境舒适的影响，提出适应当地气候、居住环境舒适、高效节能用能、便于应用推广的优化策略。
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第二章 风环境研究理论基础
2.1风环境的相关理论
2.1.1大气边界层
大气边界层中平均风速随高度变化规律，通常采用指数分布律或对数分布律来进行描述。
（1）指数风剖面
指数风剖面公式2-1早在19世纪20年代由 Hellman G提出，后经不断修正完善形成经验公式（2-1）[47,48]。
（2）对数风剖面
城市风场因受建筑、道路、绿化树木等各类地面障碍物的影响及城市热力作用，相比于自然风场有着更为复杂多变的湍流特性。
城市大气边界层是指城市上方距离地表100-200m高度范围内的大气层[51]，按照受地表粗糙元的影响程度，城市大气边界层可分为惯性层（Inertial sub-layer，ISL）、粗糙层(Roughness sub-layer，RSL)和城市冠层（Urban canopy layer，UCL）三部分，如图2-1所示。
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2.2风环境的研究方法
2.2.1现场测量
现场测量风数据是最直接的风环境研究方法。进行测量前，首先要做好调研分析，在对现场情况进行全面把控后，依据规范选择合适布点位置进行测量。测量时要注意记录的方式方法，避免人员走动对风数据记录的准确性造成影响，人工读数时每组测试中尽量多次、连续、详细地进行记录以避免误差。对数据进行整理时，要以科学合理的方式对原始数据进行筛查和处理，以便进一步进行分析。
现场测量可以有效呈现测量地点的风环境及其特征，但若要获得准确的测量结果，需要大量人工、长时间连续测量和充足的仪器设备支持。并且一些体量庞大、布局复杂的建筑现场测试布点难度大，并不易于实现，因此现场测量这种研究方法如今并未得到普遍应用。
2.2.2风洞模拟
风洞模拟是指在风洞中放入等比例缩小的建筑模型，使用风机模拟来流来实现对现实风环境的仿真。风洞中的气流速度一般用实验气流的马赫数(Ma数)来衡量。风洞一般根据流速的范围分类：Ma<0.3的风洞称为低速风洞，这时气流中的空气密度几乎无变化；在 0.3<Ma<0.8 范围内的风洞称为亚音速风洞，这时气流的密度在流动中已有所变化； 0.8<Ma<1.2 范围内的风洞称为跨音速风洞；1.2<Ma<5范围内的风洞称为超音速风洞；Ma≥5的风洞称为高超音速风洞。
模拟大气流动的速度剖面、湍流结构和建筑气动特性等实验测试均可在低速风洞中实现，但由于风洞试验需以满足相似准则为前提，各个相似参数并不容易完全实现模拟效果，并且风洞实验中产生的误差不易控制，所以风洞试验目前也有一些局限性。
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第三章 村镇民居调研与院落风环境实测............................ 29
3.1实地调研...................................... 29
3.1.1调研地点概述................................................ 29
3.1.2村镇民居建筑特征..................................... 31
第四章 院落风环境的数值研究............................... 70
4.1计算模型及网格划分.................................... 70
4.1.1计算模型的建立.......................................... 70
4.1.2网格划分............................... 70
第五章 村镇民居院落风环境的优化改进................................... 83
5.1 优化改进设计目标.................................... 83
5.2 村镇民居院落改进措施............................... 83
第五章 村镇民居院落风环境的优化改进
5.1 优化改进设计目标
根据本课题的现场调研和典型住宅风环境实测，对当地村镇民居的院落风环境现状及问题进行了全面了解。近年在院落民居的更新过程中，当地村镇民居建筑多数已经完成初步升级改造；随着村民生活水平的提高，多功能阳台、太阳房等新的居住空间建设需求缺口增大。
但据前文的实测和模拟结果，这类增设的阳台、檐廊等构件会显著影响建筑环境，如建筑主体挑檐、外遮阳构件、阳台顶部及侧壁的形态和材质等，在起到遮阳作用的同时，会对室外风具有一定的引导作用，从而影响到建筑近壁面和门窗开口处的风的速度和方向，进一步对室内环境产生影响。因此，在现阶段村镇建筑初步升级改造完成、各户自行根据需求自建升级的情况下，对阳台的优化设计在改善人居环境的工作中起着举足轻重的作用。
土木工程论文参考
本课题的优化目标旨在探索能够有效改善院落风热环境、适宜村民生活模式的院落民居形式，针对阳台的层数结构、阳台围合形式及所用材质、阳台进深及布局等多个方面进行考虑，力求在科学、经济、合理的范围内有效提高人居环境质量。
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研究结论与展望
研究结论
本课题以探究村镇院落民居中建筑主体、建筑构件与庭院之间的空气流动机理为研究主线，首先对当地中尺度风环境的统计规律进行深入剖析，在理清当地村镇典型院落民居建筑特征的前提下，细致研究阳台、檐廊等建筑构件与建筑主体之间的流体力学关系，并利用其有效改善院落风环境，最终确定出最为合适的院落风环境营造策略。得到如下结论：
（1）综合考虑当地村镇更新建设现状，对总计6544个院落的建筑特征进行统计调研，归纳出当地村镇住宅具有典型的院落形式，即凉房-庭院-主体住宅这种Ⅱ字型围合式院落。
（2）从多个维度分析了当地村镇室外宏观风环境：对数律风剖面模型更为适合用作典型平均风速剖面；采用最小二乘法估计的三参数威布尔分布可以作为呼和浩特市近郊地区的风速概率分布模型；当地冬春季节多为北风和西北风，夏季多见东南风，秋季常见西南风。与历史资料相比，东向来流大幅减少，风速分布因城镇化发展发生了较大的改变。
（3）本课题的研究焦点在于不同建筑及构建形态对于风环境的影响作用，选取风速比、流场涡旋、风速离散度等技术指标以及当地室外环境评价图对实测的院落风环境结果进行评价，实测结果表明半封闭式阳台对建筑通风有增强作用，在冬季，院落A的庭院平均风速较院落B高18.8%，夏季可以高达29.6%，过渡季高15.6%。两测试对象的院落风环境均可以满足舒适性要求，院落A可以获得更好的通风效果，而院落B的风环境还有待改善。
参考文献（略）