綠色居住區(qū)的生態(tài)建筑規(guī)劃

■ 楊 麗 YANG Li 李 瑜 LI Yu 孫碧蔓 SUN Biman

地球上珍貴的自然資源日漸匱乏,能源問題受到全球正視。而人類社會(huì)中最大的能源消耗成因之一來自建筑產(chǎn)業(yè)，因此節(jié)約能源與綠色建筑已然成為未來人類與自然和諧共存，永續(xù)經(jīng)營(yíng)的目標(biāo)。

本文對(duì)安徽省馬鞍山市某小區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，以該區(qū)域之氣候條件為研究基礎(chǔ)，輔以計(jì)算機(jī)軟件例如Ecotect等作為研究工具，利用軟件精準(zhǔn)的定量分析，針對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)條件包括建筑朝向、自然條件通風(fēng)、采光日照等，進(jìn)行模擬分析并采取節(jié)能設(shè)計(jì)手段。從綠色生態(tài)角度對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行統(tǒng)籌優(yōu)化設(shè)計(jì)，以此作為規(guī)劃節(jié)能居住區(qū)時(shí)的科學(xué)依據(jù)。

1 概述

該規(guī)劃基地位于安徽省馬鞍山市境內(nèi)當(dāng)涂縣，護(hù)城河以北，西靠姑熟路臨古玩市場(chǎng)，北靠荷花塘，姑熟路位于其東側(cè)。交通十分便捷?？傆玫孛娣e為75 922 m2。規(guī)劃區(qū)周邊有衛(wèi)生服務(wù)站、商店、醫(yī)院、超市等生活服務(wù)性設(shè)施，本文選取西北組團(tuán)作為研究對(duì)象加以分析（圖1、2）。

2 氣候分析與設(shè)計(jì)策略

圖1 小區(qū)規(guī)劃總平面圖

圖2 小區(qū)規(guī)劃鳥瞰圖

長(zhǎng)江下游南岸的馬鞍山市，地理位置處于安徽省東部，坐落在南京與蕪湖之間，行政劃分上屬華東地區(qū)，而在熱工氣候分區(qū)中屬于夏熱冬冷氣候區(qū)[1]。由于本次模擬實(shí)驗(yàn)缺乏馬鞍山市必要?dú)庀笮畔ⅲ虼艘耘R近且氣候相似城市南京替代，使用Ecotect軟件，以南京典型氣候年逐時(shí)氣候作為數(shù)據(jù)庫（CTYW）[2]，對(duì)建筑以及馬鞍山的氣候進(jìn)行模擬分析后得知，馬鞍山市全年濕度較高，年平均相對(duì)濕度達(dá)到75%～80%，年平均干球溫度為16℃左右。節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)可通過分析數(shù)據(jù)成果與地域特征進(jìn)行建筑環(huán)境控制。

焓濕圖是Ecotect氣候分析工具（Weather tool）的重要技術(shù)，能夠依據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驍?shù)據(jù)特點(diǎn)進(jìn)行各項(xiàng)被動(dòng)式技術(shù)策略分析[3]，此項(xiàng)功能提供了針對(duì)性的特點(diǎn)，是一項(xiàng)突出的氣象數(shù)據(jù)分析方法。倘若在設(shè)計(jì)規(guī)劃階段采取適當(dāng)?shù)谋粍?dòng)式技術(shù)策略，由于機(jī)械措施層面的負(fù)擔(dān)受到控制并緩解，因此能有效降低往后建造以及運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用[4]，與此同時(shí)，建筑帶給周邊環(huán)境的影響將隨之減弱。被動(dòng)式技術(shù)策略的設(shè)計(jì)分析以圖3表示，其中，黃色框線區(qū)域即是熱舒適區(qū)，并包含被動(dòng)式太陽能采暖、蓄熱能力、夜間自然通風(fēng)、自然通風(fēng)、直接蒸發(fā)降溫、間接蒸發(fā)降溫六個(gè)方面，依照順序顏色排列如下：紅色、藍(lán)色、梅紅色、暗紅色、粉色、淺藍(lán)色。依據(jù)分析數(shù)據(jù)可知，被動(dòng)式技術(shù)策略中，滿足提升維護(hù)結(jié)構(gòu)的蓄熱能力，各時(shí)段合理應(yīng)用自然條件通風(fēng)的設(shè)計(jì)成效最佳，能有效改善人體舒適度[5]。

3 方案設(shè)計(jì)階段

3.1 建筑朝向與布局

順應(yīng)自然的建筑設(shè)計(jì)能最大化地減少各種建筑可能造成的環(huán)境影響，在方案設(shè)計(jì)階段首重考慮的便是建筑的朝向與布局。

欲獲得全年里欠熱期或者是過熱期的太陽輻射得熱量等信息，可使用Ecotect中的Weather tool（氣象分析工具），得出太陽輻射等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究，適宜當(dāng)?shù)氐慕ㄖ虮隳芙?jīng)由數(shù)據(jù)計(jì)算獲知相對(duì)最佳方案[6]。

圖3 各被動(dòng)式策略對(duì)于改善熱舒適性的范圍圖

圖4 利用Ecotect，通過采集各朝向獲得的年熱輻射總量，得出建筑最佳朝向的分析圖。圖中顯示了受到太陽輻射得熱最多的建筑朝向，以夏冬兩個(gè)時(shí)期為主，夏季時(shí)期以紅色線表示，綠色線則代表冬季，當(dāng)?shù)亟ㄖ钸m宜朝向根據(jù)氣候因素等條件進(jìn)行分析推算獲得，以黃色線表示。南偏東7.5°為該規(guī)劃設(shè)計(jì)中小區(qū)住宅最佳朝向。

3.2 小區(qū)太陽輻射及日照分析

對(duì)于日照時(shí)間的分析，Ecotect軟件具有十分強(qiáng)大的功能，非常適合模擬全年中任意時(shí)間點(diǎn)的太陽運(yùn)行軌跡和其位置[7]。Ecotect不僅僅可以對(duì)單獨(dú)建筑體的日照時(shí)間進(jìn)行模擬，也具有對(duì)整個(gè)小區(qū)日照輻射強(qiáng)度進(jìn)行模擬計(jì)算的能力。通過對(duì)場(chǎng)地的日照輻射模擬分析，可以得到小區(qū)的全年累計(jì)日輻射分布情況（圖5、6），以此考慮對(duì)小區(qū)規(guī)劃過程中的日照影響因素。

公共活動(dòng)場(chǎng)所受到較大的太陽輻射，大部分在北部與西部的公共活動(dòng)中心、公用綠地區(qū)域和商業(yè)中心。從整體來說，小區(qū)由于建筑密度較大，陽光照射的范圍小，特別是西北部分，出于自身東西朝向的限制與高層建筑的遮擋，照射到的陽光比較少[8]。

圖4 建筑最佳朝向分析圖

圖5 熱輻射圖

圖6 地塊全年累計(jì)日平均太陽輻射分布圖

根據(jù)小區(qū)的太陽輻射狀況，可以將此作為建筑布局的依據(jù)之一，減少光照輻射不合理的空間區(qū)域，以及為合理安排小區(qū)內(nèi)景觀的分布，植物的種植種類和公共活動(dòng)區(qū)域的規(guī)劃等提供參考。具體在功能分區(qū)上，對(duì)于光照要求較高的場(chǎng)所，如座椅、晾曬區(qū)、兒童活動(dòng)空間等，都應(yīng)該安排在日照狀態(tài)較好的區(qū)域；而對(duì)于其他一些對(duì)于日照要求不高的的公共設(shè)施，比如配電室、垃圾桶等，可以布置在受太陽遮擋較為嚴(yán)重的區(qū)域，合理利用小區(qū)內(nèi)部空間。對(duì)于綠化植物種類的選擇，常綠的大喬木適宜種在累計(jì)日照輻射強(qiáng)度較強(qiáng)的場(chǎng)地，可以為場(chǎng)地提供四季清涼的日照環(huán)境。而對(duì)于落葉喬木，適宜種在累計(jì)日照輻射較小的區(qū)域，既能保證在夏季為場(chǎng)地遮陰，又可以在秋冬季葉落后為場(chǎng)地提供足量的日照，不會(huì)影響場(chǎng)地在秋冬季的采光[9]。在累計(jì)日照輻射過低的區(qū)域，可以種植喜陰的植物。

根據(jù)場(chǎng)地的日照分析情況，在小區(qū)規(guī)劃前期，可以對(duì)設(shè)計(jì)方案是否在日照方面具有合理性進(jìn)行分析，并根據(jù)具體情況進(jìn)行進(jìn)一步的合理優(yōu)化，使得整體的方案更加完美。

Ecotect在日照分析方面功能強(qiáng)大，且易于操作，能夠非常直觀地表示出建筑物的日照情況。圖7和圖8為該小區(qū)靠近東北角的一棟17層高層經(jīng)過日照模擬分析得到的結(jié)果。通過分析其南立面在大寒日的日照時(shí)長(zhǎng)，了解其被其他建筑物的遮擋情況。具體的計(jì)算中，對(duì)該建筑的南立面劃分了適宜的網(wǎng)格，以滿足足夠的精確度。經(jīng)過Ecotect的迭代計(jì)算，得到的模擬結(jié)果顯示，南立面日照時(shí)長(zhǎng)最短的地方位于左下角，為2.1h，基本滿足日照要求。若不滿足，可以通過Ecotect得到日照時(shí)長(zhǎng)不滿足要求的原因。顯然在日照分析方面，其具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)[10]。

圖7 大寒日建筑日照系數(shù)分析圖

3.3 自然通風(fēng)分析

自然通風(fēng)是一種被動(dòng)式策略，古老而且有效，良好的自然通風(fēng)利于清潔空氣、降低溫度與除濕[11]。從上文中的分析，可以得知濕熱引起夏季不適意，良好的風(fēng)環(huán)境就顯得極其重要。因此，在規(guī)劃中應(yīng)當(dāng)重視這個(gè)問題。

根據(jù)圖9的夏季風(fēng)頻風(fēng)速分布圖可知，在該地，夏季主導(dǎo)風(fēng)為東南風(fēng)。為了使得該小區(qū)在較為悶熱的夏季獲得較為舒適的風(fēng)環(huán)境，小區(qū)在初期規(guī)劃的時(shí)候應(yīng)規(guī)劃出一條南北方向的通風(fēng)廊道，同時(shí)，小區(qū)的整體分布排列上宜采用斜列式布局模式，提高小區(qū)的通風(fēng)狀況[12]。

對(duì)于單體建筑而言，由于東南風(fēng)為夏季主導(dǎo)風(fēng)，在建筑的設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該將南側(cè)的窗戶盡可能加大，增大室內(nèi)的通風(fēng)量，同時(shí)，應(yīng)該增高北側(cè)的窗臺(tái)高度，使得出風(fēng)口高于進(jìn)風(fēng)口，氣流在室內(nèi)形成上升的趨勢(shì)，有利于自然通風(fēng)[13]。

依據(jù)ECOTECT氣象分析得到的這些數(shù)據(jù)，將不同方案分別從建筑朝向、日照、場(chǎng)地輻射、自然通風(fēng)等方面進(jìn)行比較分析，得出各個(gè)方案各自優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)，進(jìn)一步生成次規(guī)劃方案，通過這種分析，生態(tài)建筑節(jié)能的理念就能貫穿于整個(gè)規(guī)劃方案的全部過程。

圖8 大寒日建筑日照系數(shù)分析圖

圖9 夏季風(fēng)頻風(fēng)速分布圖

4 結(jié)語

本文介紹了我國(guó)目前綠色建筑和生態(tài)建筑的發(fā)展現(xiàn)狀，并以安徽省馬鞍山市的一個(gè)住宅小區(qū)為研究對(duì)象，提出了一種集合了建筑朝向分析、日照分析、場(chǎng)地輻射分析、自然通風(fēng)分析的設(shè)計(jì)模式，借用Ecotect這一工具，使得小區(qū)的前期規(guī)劃更加可視化，互動(dòng)性更強(qiáng)。將生態(tài)建筑節(jié)能的理念，對(duì)該小區(qū)在這幾個(gè)方面的表現(xiàn)狀況加以綜合分析并加以驗(yàn)證，為后續(xù)的設(shè)計(jì)進(jìn)程提供保障。凸顯了綠色建筑設(shè)計(jì)理念在整個(gè)建筑設(shè)計(jì)中不可替代的地位和作用，為建筑的生態(tài)發(fā)展可持續(xù)化提供借鑒。