武漢市住宅區(qū)微氣候影響因素分析

魏宇迪 汪若萌

【摘要】城市氣候的變化是城市化發(fā)展所不容忽視的最主要問(wèn)題之一，對(duì)人居環(huán)境、人的行為模式、體感舒適產(chǎn)生了一定影響 [1]。本文結(jié)合武漢市城市規(guī)劃管理文件總結(jié)影響武漢市熱環(huán)境的重要規(guī)劃指標(biāo)，建立工況并進(jìn)行熱環(huán)境模擬，發(fā)現(xiàn)建筑密度和建筑高度是影響街道熱環(huán)境的重要因素，適當(dāng)增加建筑高度同時(shí)減小建筑密度是優(yōu)化武漢市熱環(huán)境的重要策略。

【關(guān)鍵詞】城市熱環(huán)境;建筑密度;建筑高度

居住區(qū)作為城市占地比例最大的規(guī)劃分區(qū)，集中城市最多的人口的區(qū)域，其室外熱環(huán)境的優(yōu)化非常重要。然而，居住區(qū)由于建筑密度及建筑高度較其他地區(qū)都比較高因而其熱島強(qiáng)度可能更高 [2]。

1、影響熱環(huán)境的主要指標(biāo)

1.1居住社區(qū)熱環(huán)境研究單元

我們以社區(qū)為研究單元，不同社區(qū)之間可以方便控制變量進(jìn)行比較，如果研究尺度過(guò)大，會(huì)因?yàn)橥粋€(gè)研究范圍內(nèi)因有不同密度不同高度的劃分區(qū)產(chǎn)生影響從而不適宜比較得出結(jié)論，如果研究范圍小于社區(qū)，會(huì)由于因研究范圍內(nèi)建筑過(guò)少導(dǎo)致受周邊影響。為尋求研究對(duì)象土地性質(zhì)的一致與內(nèi)部環(huán)境的相近，我們選擇社區(qū)作為熱環(huán)境研究的單元。

1.2社區(qū)單元影響熱環(huán)境的主要指標(biāo)

國(guó)內(nèi)外研究中涉及到的城市熱環(huán)境影響因素主要包括：建筑高度、建筑密度、容積率、建筑面積、水體面積比， 綠化覆蓋率[3]。其中，與城市規(guī)劃設(shè)計(jì)傳統(tǒng)指標(biāo)重合的熱環(huán)境影響因素包括：建筑高度、容積率、建筑密度和綠地率，容積率和建筑密度主要體現(xiàn)空間幾何特征，綠地率主要體現(xiàn)下墊面物性特征。

2、武漢市住宅區(qū)熱環(huán)境影響指標(biāo)分析

2.1城市規(guī)劃文件的指標(biāo)特征

為了了解城市規(guī)劃管理文件對(duì)新建住宅區(qū)的規(guī)劃控制要求，對(duì)大部分省市的城市規(guī)劃管理文件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理發(fā)現(xiàn)：建筑密度上限多在35%-60%之間，建筑高度上限多在100-150m之間。通過(guò)對(duì)武漢市2017至2019年初招拍掛土地情況分析，超過(guò)92%宗地塊為居住街坊級(jí)別，因此我們針對(duì)居住街坊的規(guī)劃指標(biāo)進(jìn)行分析。

2.2武漢市居住區(qū)指標(biāo)特征

通過(guò)實(shí)地調(diào)查對(duì)武漢城區(qū)的街坊指標(biāo)進(jìn)行考察，發(fā)現(xiàn)大部分典型街坊的容積率為4-6，平均值為5.7;建筑高度為30-50m;高層塔樓建筑密度多為18%-25%（已除去沿街商鋪）平均值為22%。因此后面我們模擬的住宅區(qū)的建筑密度，建筑高度的上限即選用此值。

3、武漢市居住區(qū)熱環(huán)境模擬

3.1評(píng)價(jià)指標(biāo)和模擬工具

綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以白天時(shí)段（8：00～18：00）的熱島強(qiáng)度為熱環(huán)境的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)重要指標(biāo)。因此，本文選擇白天時(shí)段的熱島強(qiáng)度作為主要研究對(duì)象，來(lái)探究是哪些因素影響了這些指標(biāo)，通過(guò)調(diào)整這些因素來(lái)改善城市的熱環(huán)境。TERA是基于流體力學(xué)和熱力學(xué)的城市微氣候模擬軟件，本文采用TERA作為熱環(huán)境的模擬工具。

3.2模擬工況

選擇武漢市點(diǎn)式和板式建筑兩個(gè)典型街坊作為模擬工況原型，并根據(jù)熱環(huán)境影響指標(biāo)武漢市特征值設(shè)定模擬基準(zhǔn)工況。在基準(zhǔn)工況的基礎(chǔ)上分為132組模擬工況，建筑密度從13%-33%，建筑高度從9m-108m涵蓋了新版的《城市居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》許可下的全部建筑類型。

工況風(fēng)場(chǎng)計(jì)算域信息：順風(fēng)方向尺寸1200m，寬度方向尺寸800m，高度方向尺寸118m，分弧精度0.24m，初始網(wǎng)格8m，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南向，建筑密度劃分為13%-33%等分為11類模型，建筑高度劃分為9m-108m等分為12類模型進(jìn)行模擬。

3.3熱環(huán)境模擬結(jié)果分析

不同建筑密度相同綠化率的工況組中，建筑高度的改變導(dǎo)致熱島強(qiáng)度變化最大為1.8℃。建筑高度從18m增加到36m時(shí)最多能降低熱島強(qiáng)度1.4℃，且建筑密度越大，建筑高度變化導(dǎo)致的熱島強(qiáng)度的降幅越大。

圖1熱島強(qiáng)度對(duì)比圖

（注：圖中豎向指標(biāo)為熱島強(qiáng)度，單位℃;圖中橫向?yàn)槟M工況編號(hào)，前兩位為建筑密度，后兩位為建筑高度）

將不同建筑高度控制下工況的日平均熱島強(qiáng)度進(jìn)行比較，對(duì)指標(biāo)的熱道道強(qiáng)度影響程度大小排序?yàn)椋航ㄖ叨?建筑密度，但建筑高度大于36m時(shí)該工況下的熱島強(qiáng)度不再降低，當(dāng)建筑密度超過(guò)17%時(shí)該工況下的熱島強(qiáng)度也不再發(fā)生變化。

3.4重要規(guī)劃指標(biāo)的影響作用總結(jié)

對(duì)于板式建筑為主的社區(qū)來(lái)說(shuō)，對(duì)熱環(huán)境的改善需要在不會(huì)影響社區(qū)內(nèi)通風(fēng)質(zhì)量的前提下盡可能對(duì)地面形成有效的遮擋。增加建筑高度和建筑密度能夠分別從垂直方向和水平方向兩個(gè)方面提高遮擋率。同時(shí)人行高度處的風(fēng)速受裙房密度的影響較大。裙房密度較大時(shí)（建筑密度達(dá)到31%），雖然在同一水平面上增大了太陽(yáng)輻射的遮擋作用，但由于密集的建筑物同時(shí)也會(huì)對(duì)氣流起到一定的阻礙作用，因此盡量避免高密度的裙房布置。

結(jié)語(yǔ)：

居住社區(qū)占城市比例最大，室外熱環(huán)境的優(yōu)化非常重要。選擇街坊作為居住區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究和熱環(huán)境控制的主要單元，選擇武漢市街坊作為原型建立工況并進(jìn)行熱環(huán)境模擬。從模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，建筑高度是影響街坊熱環(huán)境的重要因素，建筑高度增加到36m以上時(shí)熱環(huán)境能得到較大改善，熱島降幅最大達(dá)1.6℃;在提高街坊建筑高度的同時(shí)，適當(dāng)?shù)卦龃蠼ㄖ芏纫彩莾?yōu)化熱環(huán)境的重要策略，其中以點(diǎn)式和板式建筑為主的街坊裙房建筑密度最優(yōu)值為29%。此外還提出了一些利于改善熱環(huán)境的規(guī)劃設(shè)計(jì)手段，如加強(qiáng)建筑物自身形態(tài)設(shè)計(jì)提高環(huán)境陰影率，通過(guò)三維綠化設(shè)計(jì)增加綠化面積，空曠地區(qū)多設(shè)置較為高的景觀小品，綠化植被多采用水平占地面積小，高度和植物頂冠更大的植被，少采用灌木等[4]。

參考文獻(xiàn)：

[1]王佐鵬，張穎超，熊雄，潘霄，陳昕.基于EOF的南京氣溫變化特征及熱島效應(yīng)研究[J].陜西氣象，2019（06）：29-33.

[2]羅丹霞，龔晗，夏天虹.城市通風(fēng)廊道緩解盆地城市熱島效應(yīng)實(shí)例研究——以綿陽(yáng)富樂(lè)山至三江碼頭帶為例[J].四川建材，2019，45（11）：40-41.

[3]夏天，黎璇，何東進(jìn)，游巍斌.福建平潭島填海活動(dòng)熱島效應(yīng)的時(shí)空變異[J].森林與環(huán)境學(xué)報(bào)，2019，39（05）：540-547.

[4]孫喆.北京市第一道綠化隔離帶區(qū)域熱環(huán)境特征及綠地降溫作用[J].生態(tài)學(xué)雜志，2019，38（11）：3496-3505.

作者簡(jiǎn)介：

魏宇迪（1995-），男，碩士研究生，武漢大學(xué)，建筑科學(xué)技術(shù)。