場地微氣候綜合分析方法

熊海，劉彬

（中機中聯(lián)工程有限公司，重慶 400039）

0 引言

場地微氣候環(huán)境是指局部區(qū)域由于受場地狀況及周邊環(huán)境影響所形成的氣候環(huán)境。微氣候環(huán)境反映了場地的實際氣候環(huán)境情況，微氣候環(huán)境與氣象參數(shù)差異較大，了解不同區(qū)域的微氣候環(huán)境，可以因地制宜的進行建筑的規(guī)劃設計。

1 傳統(tǒng)微氣候分析方法

微氣候環(huán)境包括了溫度、濕度、風向風速、日照等指標，這些指標與地區(qū)氣候參數(shù)有較大的差異，如氣象資料中的風向是在平坦的場地中測得的不受周邊物體遮擋所形成的風向及風速。而實際微氣候環(huán)境下，局部地區(qū)由于地形，周邊建筑等環(huán)境的影響，形成了諸如由峽谷效應導致的風速加強，由上風向遮擋所造成的下風向無風區(qū)，或渦旋區(qū)。在溫度方面，由于城市的生產(chǎn)生活，產(chǎn)生了大量的熱量，硬質(zhì)鋪裝與水體及綠地等環(huán)境對太陽輻射的吸收率不同，散濕量不同，導致了城市熱濕環(huán)境的差異，有測試資料顯示夏季瀝青路面的溫度可能比綠地及水面附近的溫度高出20℃以上。

綜上所述，為了獲得對建筑設計起指導作用的微氣候環(huán)境，人們通過建立建筑模型，模擬太陽軌跡，模擬風向走動，畫風場圖等方式，來了解建筑的微氣候環(huán)境以指導設計。

2 目前微氣候分析方法的不足

傳統(tǒng)的微氣候分析方法耗時耗力，很難大面積推廣。20世紀90年代，隨著計算機技術的發(fā)展，通過計算機軟件來進行微氣候環(huán)境的模擬得到了推廣應用。人們可以通過CFD軟件來模擬風環(huán)境，通過ecotect等軟件模擬采光，日照等環(huán)境，建筑設計師可以更方便地根據(jù)微氣候環(huán)境進行場地設計。

但是目前采用計算機模擬技術來分析場地微氣候環(huán)境的方法，在應用中也有其局限性，例如風環(huán)境模擬，一般僅在特定條件下進行模擬，如采用夏季10%大風下的風環(huán)境進行模擬，這樣的模擬結(jié)果并不能反應全年的風環(huán)境情況，即使做了四個季節(jié)的風環(huán)境模擬，在實際應用中也很難判斷最佳的風環(huán)境條件。此外場地微氣候環(huán)境包括了日照、溫度、濕度等因素的影響，單一的對某個因素進行分析，并不能全面的了解微氣候環(huán)境的好壞。如在冬季要求避風，但是避風的情況下，可能往往缺少日照，因此避風的環(huán)境不一定是好的微氣候環(huán)境。因此綜合分析微氣候環(huán)境情況，才能清楚方便地指導建筑師進行建筑場地設計。

3 場地微氣候綜合分析方法

綜合分析微氣候環(huán)境，可考慮建立一種指標體系，通過指標得分來分別判斷不同季節(jié)微氣候環(huán)境好壞，得分越高則微氣候環(huán)境越好。分析不同季節(jié)的微氣候環(huán)境指標值后，再根據(jù)各季節(jié)在全年中所占的比重，對各季節(jié)微氣候環(huán)境指標值進行加權計算，即可得到全年的微氣候指標值，從而實現(xiàn)綜合評估場地微氣候環(huán)境。

4 場地微氣候綜合分析方法實施步驟

場地微氣候的綜合分析主要的實現(xiàn)方法分為以下幾個步驟：

（1）指標體系建立

微氣候指標選擇，根據(jù)氣候特點及對建筑環(huán)境影響的大小，選擇所考慮的微氣候指標，如風向，風速，日照，溫度，噪聲等。這些微氣候指標在不同地點的疊加即可得出一個綜合的微氣候環(huán)境指標。對于一般的項目而言，日照、陰影，通風及避風這幾個指標對微氣候環(huán)境具有重要影響。

微氣候指標值確定，微氣候環(huán)境的得分高底，與所在區(qū)域的氣候條件有關，因此對于微氣候環(huán)境指標的得分高底，應詳細分析當?shù)馗骷竟?jié)的氣候環(huán)境，結(jié)合熱舒適環(huán)境要求，來進行綜合考慮確定。表1及表2是根據(jù)重慶地區(qū)氣候特點所暫定的日照及風環(huán)境的微氣候指標，春夏秋冬四個季節(jié)的日照陰影取冬至、夏至、春分與秋分四個典型日，風環(huán)境分別取各季節(jié)典型風向下平均風速。所列指標值考慮到重慶地區(qū)長年濕度較大，日照偏低，夏熱冬冷的情況。冬季日照時間越長越好，日照時長越長，指標值越高，夏季則對日照的需求較少，但完全的陰影下也并不好，因此過多的日照和過少的日照指標值均不高。冬季重慶地區(qū)僅需要微小的風速，而在夏季濕熱的天氣，則要求較大的室外風速，但風速不應大于5m/s，因此適當?shù)娘L速可以得到最高的指標值，結(jié)合熱舒適度指標值的相關要求，暫定了表1表2中的指標值。所列指標值可根據(jù)專家意見及相關調(diào)研情況進行調(diào)整。

表1 日照時間指標

表2 風速指標

（2） 模擬分析

在確定了微氣候指標體系后，即需要具體分析場地的微氣候環(huán)境。在這里以重慶地區(qū)為例，利用ecotect模擬軟件，分析場地春夏秋冬四個季節(jié)的日照陰影情況，春夏秋冬四個季節(jié)的日照陰影取冬至、夏至、春分與秋分四個典型日，利用CFD軟件分析四個季節(jié)的風環(huán)境情況，四個季節(jié)的風環(huán)境分別取各季節(jié)典型風向下平均風速，圖1及圖2為某場地的冬季日照及風環(huán)境模擬分析結(jié)果。

圖1 日照陰影

圖2 風環(huán)境分析

（3）數(shù)據(jù)處理及圖形化分析結(jié)果

將四個季節(jié)的日照小時數(shù)及風速資料提取出來，結(jié)合微氣候評價指標體系。利用Matlab軟件編程計算，得出場地的微氣候綜合指標得分。綜合指標的得分范圍為0～10分。在這里日照及風速對微氣候環(huán)境指標的權重暫定取1∶1，即權重系數(shù)均為0.5，權重比也可根據(jù)需要進行調(diào)整。春夏秋冬各季節(jié)在全年的時間比重也按1∶1∶1∶1，即權重系數(shù)為0.25，季節(jié)權重系數(shù)也可根據(jù)春夏秋冬各季節(jié)實際所占時間進行權重系數(shù)調(diào)節(jié)。

5 場地微氣候綜合分析實施案例

圖3是利用Matlab軟件編程計算了重慶地區(qū)一個丘陵場地的微氣候綜合指標的案例。在這個實施例中，首先對場地四個季節(jié)主導風向平均風速下的風環(huán)境進行CFD模擬分析，得出各季節(jié)場地風向及風速指標，如圖4和圖5所示，淺色部分為風速較大的區(qū)域，模擬分析結(jié)果出來后，將風向及風速數(shù)據(jù)導入利用matlab軟件編寫好的微氣候評價軟件中，得出地塊各區(qū)域?qū)L環(huán)境下微氣候環(huán)境指標得分。利用ecotect軟件分析場地四個季節(jié)典型日，日照時間指標值，然后將數(shù)據(jù)導入微氣候指標評價軟件，得出各區(qū)域微氣候日照陰影指標得分，最后利用網(wǎng)格統(tǒng)一劃分的方式將風環(huán)境與日照指標值進行疊加，得出微氣候綜合指標，得分越高的區(qū)域微氣候環(huán)境越好。

圖3 場地地形圖

圖4風環(huán)境指標

圖6 為該案例中地塊微氣候綜合指標值，由此可清楚的知道場地微氣候環(huán)境狀態(tài)優(yōu)劣的分布，圖中淺色區(qū)域為適宜的微氣候區(qū)域，深色部分為微氣候環(huán)境較差的部分，這樣可以很方便地指導建筑場地設計，優(yōu)先選擇微氣候環(huán)境好的場地做為建筑選址進行開發(fā)。

圖5 日照陰影指標

圖6 微氣候綜合指標

利用該指標結(jié)果，也可應用于場地景觀的設計，如植物配置分布的指導，活動場地的布置設置等。

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