光照對(duì)城市居住品質(zhì)的影響
——以成都市人民北路舊城改造項(xiàng)目為例

白亞萍，蔡 顥，左輔強(qiáng)

(西南交通大學(xué) 建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院，成都 611756)

光照對(duì)城市居住品質(zhì)的影響
——以成都市人民北路舊城改造項(xiàng)目為例

白亞萍1，蔡 顥2，左輔強(qiáng)3＊

(西南交通大學(xué) 建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院，成都 611756)

隨著舊城改造中的環(huán)境問題日益突出，人們對(duì)居住環(huán)境的要求也越來越高.在諸多影響城市環(huán)境氣候的因素中，日照對(duì)居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)和建筑設(shè)計(jì)的影響最為突出.主要表現(xiàn)在日照間距、住宅通風(fēng)、太陽輻射和建筑節(jié)能等方面.本文采用氣候分析軟件Ecotect對(duì)成都城北片區(qū)氣候條件進(jìn)行全面分析，通過對(duì)不同設(shè)計(jì)方案的對(duì)比，得出一個(gè)更加適合成都城北片區(qū)的設(shè)計(jì)策略，可為城北舊城改造以及其他居住區(qū)規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)提供參考.

舊城改造；建筑節(jié)能；Ecotect分析

隨著城市化進(jìn)程逐漸加快，導(dǎo)致城市建筑用地極度緊缺，城市中的環(huán)境問題日益凸顯，而居住區(qū)作為城市功能的重要組成部分，其環(huán)境狀況也亟需改善.隨著住宅建筑逐漸向高層發(fā)展，光遮擋環(huán)境問題凸現(xiàn)，圍繞著“陽光權(quán)”的維權(quán)事件也越來越多.而光照又引發(fā)了日照間距、建筑通風(fēng)、太陽輻射和建筑節(jié)能等一系列問題，日照影響已是一個(gè)不容忽視的住區(qū)環(huán)境問題.本文用Ecotect分析軟件對(duì)成都市城北片區(qū)舊城改造(以下簡(jiǎn)稱“北改”)的部分地塊進(jìn)行分析說明.

1 成都地區(qū)氣候概述

成都地區(qū)的盛行風(fēng)為東北風(fēng)和西南風(fēng).其中，春、秋、冬季以東北風(fēng)為主，夏季以西南風(fēng)為主.春、夏季風(fēng)速較大，秋、冬季風(fēng)速較小，全年風(fēng)速在2 m/s，屬于典型的靜風(fēng)區(qū).這就要求在建筑布局設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮建筑外環(huán)境與風(fēng)場(chǎng)特點(diǎn)，使建筑群能夠適當(dāng)?shù)亍霸祜L(fēng)”、“引風(fēng)”，從而改善靜風(fēng)區(qū)自然通風(fēng)效果較差的現(xiàn)狀[1].

查閱成都地區(qū)的氣候資料可知，成都全年空氣相對(duì)濕度較高，最大值超過95%，從每天變化規(guī)律來看，早晚相對(duì)濕度較大，白天相對(duì)濕度較小.因此，在舊城改造進(jìn)行被動(dòng)式設(shè)計(jì)時(shí)考慮通風(fēng)措施是十分必要的[1].

成都地區(qū)全年溫度夏季偏高、冬季偏低，高溫天氣普遍集中在5～9月，在自然條件下成都地區(qū)的熱舒適度較差[1].因此，做好夏季降溫和冬季取暖對(duì)于成都地區(qū)舊城改造被動(dòng)式設(shè)計(jì)具有重要意義.

成都地區(qū)年太陽輻射總量較小，直接太陽輻射和間接太陽輻射差異較大.其中，直接太陽輻射變化較為劇烈，數(shù)值變化沒有明顯規(guī)律；間接太陽輻射變化較為平穩(wěn)，主要輻射量集中在夏季.差異較大的主要原因在于成都地區(qū)云量較多，大部分太陽直接輻射經(jīng)過云層發(fā)生散射變?yōu)殚g接輻射.成都地區(qū)太陽能資源較匱乏，因此，必須充分考慮太陽能的高效利用以達(dá)到節(jié)能的目的[1].

因成都地區(qū)風(fēng)能資源和太陽能資源相對(duì)匱乏，探索適合成都地區(qū)氣候特點(diǎn)的被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略對(duì)于節(jié)能降耗、改善居住微氣候有重要意義.

2 項(xiàng)目概況

成都市城北是成都市中心城區(qū)發(fā)展最為薄弱、城區(qū)面貌反差最大的區(qū)域.區(qū)域內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施短缺、產(chǎn)業(yè)業(yè)態(tài)低端、房屋建設(shè)破敗.為提升城北發(fā)展與升級(jí)，2012年，成都市政府啟動(dòng)“北改”工程[2].

規(guī)劃將“北改”片區(qū)建設(shè)成為國(guó)家現(xiàn)代商貿(mào)中心，科技研發(fā)商務(wù)高地和多元文化創(chuàng)意高地，打造發(fā)達(dá)的產(chǎn)業(yè)城北.項(xiàng)目基地片區(qū)打造城北商務(wù)商貿(mào)功能區(qū)，以商貿(mào)提檔產(chǎn)業(yè)、研發(fā)總部產(chǎn)業(yè)和商業(yè)商貿(mào)產(chǎn)業(yè)為主.

本文研究范圍：由府河、二環(huán)路、人民北路和一環(huán)路圍合的區(qū)域，用地面積約1.2 km2.重點(diǎn)設(shè)計(jì)范圍是由二環(huán)路、人民北路、北站西三巷和北站西二路圍合的區(qū)域，用地面積約32 ha.基地現(xiàn)狀用地較為混雜，以居住和商業(yè)為主.住宅建筑多為年代久遠(yuǎn)的紅磚建筑，建筑質(zhì)量較差；商業(yè)多為零售，靠近火車北站為批發(fā)市場(chǎng)，現(xiàn)狀管理較為混亂.經(jīng)現(xiàn)狀調(diào)研訪談發(fā)現(xiàn)，該片區(qū)的住區(qū)環(huán)境較差，主要表現(xiàn)在公共空間的缺失以及因建筑密度過高引起的建筑遮光問題.最為嚴(yán)重的是一些布局較為緊湊的住戶，一年四季都見不著陽光，靠增加電能照明取暖等，此類能源消耗同時(shí)還產(chǎn)生了一系列的環(huán)境問題，如通風(fēng)、太陽輻射等，由此可見日照對(duì)于居民的住區(qū)環(huán)境影響之大.在舊城改造住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中必須充分考慮光照帶來的影響，通過被動(dòng)式設(shè)計(jì)來規(guī)避或減小日照對(duì)住區(qū)環(huán)境的居民舒適度的影響.

圖1 Ecotect日照陰影分析

3 成都市城北片區(qū)規(guī)劃布局環(huán)境分析

3.1 日照陰影分析

為了更好地說明日照對(duì)于建筑陰影的影響，我們分別選擇夏至、春分、秋分和冬至4個(gè)時(shí)間段進(jìn)行日照分析.圖1是用Ecotect分析軟件分別在夏至、春分、秋分和冬至4個(gè)時(shí)間段對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)項(xiàng)目模型進(jìn)行模擬日照陰影分析的結(jié)果，圖 1中黑色或淺黑色代表建筑陰影，黑色越濃重表示日照遮擋越嚴(yán)重.由圖1可知，從夏至、春分、秋分到冬至，隨著太陽高度角的減小，日照陰影范圍越來越大；大部分建筑在春分、秋分和冬至均處在陰影區(qū)范圍內(nèi)，也就是說該設(shè)計(jì)中大部分的建筑常年得不到日照，同時(shí)其周邊的公共空間也將成為無人問津的陰冷地帶，不利于居民對(duì)室外活動(dòng)空間的合理利用.雖然該規(guī)劃設(shè)計(jì)方案滿足《成都市建筑日照分析管理辦法》[3-4]中建筑日照間距的要求，但仍然存在明顯的建筑遮擋問題，因此需要結(jié)合規(guī)劃布局及當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、區(qū)位等進(jìn)行合理的調(diào)整.

3.2 住宅通風(fēng)分析

日照對(duì)住宅的影響最為常見的是日照間距，日照引起建筑局部溫度的差異同樣會(huì)影響風(fēng)環(huán)境.建筑自然通風(fēng)是以風(fēng)壓或熱壓為驅(qū)動(dòng)力的建筑內(nèi)外空間氣流運(yùn)動(dòng)，自然通風(fēng)能夠保證建筑內(nèi)部空間使用的舒適度.建筑熱壓通風(fēng)是利用建筑局部的溫度差，實(shí)現(xiàn)熱空氣上升，冷空氣下降，促進(jìn)建筑自然通風(fēng)[5].

在進(jìn)行住宅規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者往往過多的關(guān)注建筑的外形和外部空間，卻忽略了這個(gè)布局對(duì)室外風(fēng)環(huán)境的影響.不合理的規(guī)劃布局會(huì)帶來很多問題，比如，導(dǎo)致室外空氣流動(dòng)不合理、單體建筑通風(fēng)不暢、增加建筑能耗等，因此對(duì)規(guī)劃設(shè)計(jì)方案進(jìn)行風(fēng)環(huán)境分析顯得尤為重要.根據(jù)《中國(guó)生態(tài)住宅技術(shù)評(píng)估》中對(duì)建筑風(fēng)環(huán)境的要求，在進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，要處理好冬季防風(fēng)和夏季引導(dǎo)自然通風(fēng)的關(guān)系，即冬季居住區(qū)最大風(fēng)速不超過 5 m/s，為了減少冷風(fēng)滲透，建筑前后的壓差不大于5 Pa[6].

由于成都地區(qū)靜風(fēng)頻率大且空氣的相對(duì)濕度較高，因此，必須在布局設(shè)計(jì)時(shí)尤其考慮了通風(fēng)的設(shè)計(jì).本次設(shè)計(jì)中利用Phoenics對(duì)片區(qū)的通風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬，從而為規(guī)劃方案的優(yōu)化提供重要依據(jù).成都地區(qū)的盛行風(fēng)為西南風(fēng)(夏季)和東北風(fēng)(冬季)，因此選擇夏季和冬季 2個(gè)時(shí)間段進(jìn)行Phoenics風(fēng)環(huán)境分析.

考慮到成都夏季盛行西南風(fēng)，在設(shè)計(jì)時(shí)留出了西南方向的風(fēng)道，因此建筑群體對(duì)風(fēng)的阻擋很小，開敞的布局引導(dǎo)夏季涼爽氣流的導(dǎo)入.街區(qū)之間的馬路形成主要風(fēng)道，可以使聚集的空氣污染物迅速擴(kuò)散出去，提高住區(qū)室外空氣質(zhì)量.同時(shí)街區(qū)風(fēng)能帶走住區(qū)多余的熱量，可以減輕熱島效應(yīng)，減少空調(diào)使用量，從而節(jié)約能源.同時(shí)由于風(fēng)道的合理設(shè)置，避免了漩渦和死角區(qū)，不會(huì)引發(fā)空氣污染物的堆積，有利于提高空氣的質(zhì)量.室外整體風(fēng)速在1.14 m/s，處于人體舒適區(qū)域(見圖2).冬季室外風(fēng)速大部分處于1.00 m/s以下，東北向建筑布局呈圍和式，有利于冬季防風(fēng)，阻擋氣流進(jìn)入群體空間，可有效減少圍護(hù)結(jié)構(gòu)的冷風(fēng)滲透，從而降低冬季采暖能耗(見圖3).

圖2 夏季風(fēng)速圖

圖3 冬季風(fēng)速圖

通過Phoenics風(fēng)壓環(huán)境分析可知該設(shè)計(jì)方案中夏季建筑的風(fēng)壓差基本在0.6～1.0 Pa，北側(cè)建筑的風(fēng)壓相對(duì)較高，但在1.5 Pa左右，冬季建筑兩側(cè)風(fēng)壓基本也在1.5 Pa左右，符合綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)，有利于室內(nèi)通風(fēng)(見圖4、圖5).

3.3 日照輻射分析

根據(jù)《城市規(guī)劃管理技術(shù)規(guī)定》劃定項(xiàng)目?jī)?nèi)住宅間距的要求，保障主要朝向居室內(nèi)，在大寒日日照實(shí)數(shù)在1 h以上的標(biāo)準(zhǔn).從Ecotect分析的結(jié)果中可知，除了西北角少數(shù)的18 F高層住宅不能滿足日照規(guī)定外，其他建筑均能夠得到較好的光照(見圖6).

圖4 夏季風(fēng)壓圖

圖5 冬季風(fēng)壓圖

圖6 冬至日日照時(shí)間分析圖

在基本滿足日照條件的前提下對(duì)比該片區(qū)的夏至日和冬至日日照輻射狀況.由于成都地區(qū)云量較多，大部分太陽直接輻射經(jīng)過云層發(fā)生散射變?yōu)殚g接輻射，且直接太陽輻射和間接太陽輻射差異較大.其中，直接太陽輻射變化較為劇烈，數(shù)值變化沒有明顯規(guī)律；間接太陽輻射變化較為平穩(wěn)，主要輻射量集中在夏季，夏至日的太陽輻射值最低90 wh，最高約6 200 wh，且大部分區(qū)域的基本輻射值都在2 000 wh以上.冬至日太陽輻射值最低180 wh，最高約2 080 wh，可見冬季的太陽輻射量明顯小于夏季.成都的年日照實(shí)數(shù)在1978年附近的突變現(xiàn)象顯著，表現(xiàn)為日照的急劇減少，從20世紀(jì)70年代前的氣候多日照時(shí)段轉(zhuǎn)變成少日照時(shí)段[7].加之成都近幾年霧霾天氣越來越嚴(yán)重，空氣中的粉塵顆粒物對(duì)光照的阻擋情況也越來越明顯.

總而言之，成都地區(qū)年太陽輻射總量較小，且呈減少趨勢(shì)，成都地區(qū)太陽能資源較為匱乏，因此，必須充分考慮太陽能的高效利用以達(dá)到節(jié)能的目的.

圖7 東北面28 F建筑夏至日日照分析

圖8 西北面18 F建筑夏至日日照分析

3.4 建筑節(jié)能分析

隨著城市化水平的不斷提升，帶來了巨大的環(huán)境破壞和資源浪費(fèi)，人類的生存環(huán)境正受到嚴(yán)峻的挑戰(zhàn).“節(jié)能減耗，倡導(dǎo)低碳生活”的觀念隨之也深入人心，越來越多的設(shè)計(jì)開始考慮節(jié)能減排.而建筑作為能源消耗的主要群體，其能耗約占國(guó)家能耗的46%，要想走在低碳設(shè)計(jì)的前沿就必須降低建筑能耗[8].

城市中建筑密度增加以及容積率不斷提高，建筑遮擋必然會(huì)降低太陽輻射對(duì)建筑外立面的影響，如果能夠巧妙運(yùn)用建筑的遮擋關(guān)系，將給建筑節(jié)約大量的能耗.圖7、圖8為考慮遮擋情況下同時(shí)間段的建筑東北面和西北面夏至日日照分析對(duì)比.從淺到深顯示了日照輻射的遞減.從圖7上看，28 F建筑日照遮擋情況較為明顯，且建筑單體東面獲得日照更加均勻，因此在建筑東面開窗更加靈活，減少了因室內(nèi)降溫所產(chǎn)生的能耗.由圖8可知，18 F建筑日照遮擋情況明顯，但建筑單體西面獲得日照并不均勻，底層建筑輻射少，可設(shè)置窗戶；高層陽光輻射強(qiáng)，要盡量避開因開窗西曬而引起的建筑降溫能耗.

4 結(jié)語

城市居住區(qū)是人類在城市居住行為的空間實(shí)現(xiàn)方式，其在實(shí)體上由一組建筑構(gòu)成，建筑的布局方式會(huì)顯著影響居住區(qū)的微環(huán)境，也會(huì)直接影響建筑采光問題，從而引發(fā)日照間距、通風(fēng)、日照輻射及相應(yīng)的建筑能耗等一系列問題.面對(duì)“節(jié)能減耗，倡導(dǎo)低碳生活”的理念，如何減低能耗便成為本文的核心問題.本文通過一個(gè)案例的具體研究使得這個(gè)思路得到了有效的實(shí)現(xiàn).這就需要對(duì)當(dāng)?shù)厝照諘r(shí)間進(jìn)行充分分析，結(jié)合季節(jié)和地域的差異，切實(shí)分析日照問題，根據(jù)專業(yè)軟件分析得出的數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行多層面的對(duì)比分析，通過不斷調(diào)整設(shè)計(jì)方案，在滿足建筑最佳采光通風(fēng)效果的前提下，最終實(shí)現(xiàn)“節(jié)能減耗，低碳生活”的建筑設(shè)計(jì)方案，對(duì)城北舊城改造項(xiàng)目以及其他居住區(qū)規(guī)劃和建筑設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)借鑒意義.

[1]胡永泉, 武凌霄. 成都地區(qū)氣候資料分析與被動(dòng)式設(shè)計(jì)策略探討[J]. 建筑節(jié)能, 2015, 43(3): 76-79.

[2]申海娟. 成都拉開“北改”大幕[N]. 成都日?qǐng)?bào), 2012-02-06(08).

[3]GB 50180-93, 城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[4]成都市建筑日照分析管理辦法(試行)[S].

[5]韓昀松. 基于日照與風(fēng)環(huán)境影響的建筑形態(tài)生成方法研究[D].哈爾濱: 哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2012.

[6]聶梅生, 秦佑國(guó), 江億, 等. 中國(guó)生態(tài)住宅技術(shù)評(píng)估手冊(cè)[M].北京: 中國(guó)建筑工業(yè)出版社, 2003.

[7]陳碧輝, 張平. 近50年成都市日照時(shí)數(shù)變化規(guī)律[J]. 氣象科技,2008, 36(6): 1-4.

[8]吳雙, 楊光. 基于氣候條件的綠色住宅設(shè)計(jì)研究[J]. 地域建筑文化, 2013(6): 128-131.

(責(zé)任編校：陳健瓊)

The Influence of Light Factors on Residential Quality in Urban Climate : A Case Study of the Old City Reconstruction Project of Renmin Road, Chengdu

BAI Yaping1,CAI Hao2,ZUO Fuqiang3＊
(School of Architecture and Design, Southwest Jiaotong University, Chengdu, Sichuan 611756, China )

With the environmental problems increasingly in the transformation of the old city, people's living environment has become more and more demanding. Many factors affect the urban environment and climate, sunshine has the most prominent impact on residential planning and design. The eco-technology, the climate analysis software were used in the area north of Chengdu to conduct a comprehensive analysis of climatic conditions, through the comparison of different design schemes in order to get a more suitable for the northern area of the Chengdu’s design strategy, providing reference for the planning and design of residential area north of the transformation of the old city.

transformation; building energy efficiency ecological-technical analysis

TU-9

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2017.05.0007

1672–7304(2017)05–0031–05

2017-09-10

白亞萍(1990)，女，碩士研究生，主要從事城市設(shè)計(jì)、小城鎮(zhèn)及空間句法等研究﹒E-mail: 1626542337@qq.com﹒＊通訊作者簡(jiǎn)介：左輔強(qiáng)(1975-)，男，成都人，副教授，博士，主要從事城市設(shè)計(jì)相關(guān)研究﹒E-mail: 1626542337@qq.com