義烏住宅小區(qū)基于日照環(huán)境的優(yōu)化研究

駱劍峰，蔣楚楚

(浙江省義烏市城市規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，浙江 義烏 322000)

1 概述

良好舒適的日照環(huán)境，是影響居住品質(zhì)的重要因素。良好的日照環(huán)境不僅有利于創(chuàng)造舒適衛(wèi)生的居住環(huán)境，也有利于居住者保持舒暢的心情。建筑方案設(shè)計單位應(yīng)依據(jù)地方氣候特點進(jìn)行合理的布局，做到有利于冬季日照采暖，夏季避熱防暑。義烏屬于夏熱冬冷地區(qū)，較適宜的建筑朝向為南偏西15°至南偏東30°范圍，本文主要選取南偏東15°和南偏西15°兩個典型朝向的高層建筑小區(qū)，結(jié)合義烏氣象參數(shù)進(jìn)行冬季和夏季日照模擬分析，提出優(yōu)化建筑布局和實施建筑遮陽的指導(dǎo)性意見，并為建筑的光熱、光電一體化設(shè)計提供依據(jù)[1]。

2 義烏氣象數(shù)據(jù)、計算模型及模擬分析軟件

義烏位于金衢盆地東部，東經(jīng)119°49′～120°17′，北緯29°02′13″～29°33′40″屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，屬于夏熱冬冷地區(qū)。四季分明，氣候溫和，雨量充沛，日照多，空氣濕潤，夏冬季長，春秋季短。全年氣溫7月最高，1月最低；全年雨量5月、6月最多，3月、4月次之，1月最少。全年有10個月(1月～6月和9月～12月)以偏北風(fēng)居多，7月多西南風(fēng)，8月多偏東風(fēng)。

本項目選用義烏市某高層改造項目模型，共4棟建筑，建筑高度均為54 m。規(guī)劃建設(shè)用地面積16 667.15 m2，總建筑面積為58 161.29 m2。其中地上建筑面積為41 135.13 m2，地下建筑面積17 026.16 m2。容積率為3.712，建筑密度為34.54%，綠地率為18.3%。

日照分析采用專用軟件Ecotect Analysis 2011進(jìn)行模擬，根據(jù)建筑外立面情況，按照實際比例建立模型[2]。完成后導(dǎo)入義烏當(dāng)?shù)貧庀髤?shù)，設(shè)定屋頂、墻面，進(jìn)行冬季和夏季日照分析，模型示意及全年太陽軌跡圖如圖1～圖4所示，模型設(shè)置為南偏東15°和南偏西15°兩個典型方向進(jìn)行對比分析。

3 日照陰影對比分析

南偏東15°和南偏西15°兩個典型方向日照陰影對比圖見圖5～圖12。

冬至日：日照時間最短、太陽輻射弱，建筑得熱量小，全天日照時數(shù)約10 h，從6:50～16:50，且太陽高度角較小，建筑投影面積較大，因而日照陰影面積均較大。

各立面日照情況如表1所示。

表1 冬至日各立面日照情況

夏至日：日照時間最長、太陽輻射最強(qiáng)，建筑得熱量最大，全天日照時數(shù)約13 h，從5:30～18:30。除早晚時刻外，太陽高度角較大，建筑投影面積較小，不能彼此形成有效遮擋，建筑總得熱量較大。建筑合圍區(qū)，南偏東15°日照陰影相對較大，有利于小區(qū)內(nèi)夏季避熱防暑，提高公共生活區(qū)舒適性。各立面日照情況如表2所示[3]。

表2 夏至日各立面日照情況

4 遮陽設(shè)置對比分析

在夏季，當(dāng)太陽輻射強(qiáng)烈到一定程度時，不僅要對透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)遮陽，也要對非透明圍護(hù)結(jié)構(gòu)遮陽。經(jīng)過前人的大量調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)每小時的太陽輻射照度低于250 W/ m2時，沒有必要對窗戶遮陽；而當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)每小時的太陽輻射照度高于600 W/m2時，為非透明的圍護(hù)結(jié)構(gòu)遮陽是十分有必要的。

屋面：兩個朝向的屋面由于均不受遮擋，輻射量應(yīng)該相同，經(jīng)過計算，屋面最大值均在8月份下午14時，達(dá)到607 W/ m2，大于600 W/ m2時，因此屋面設(shè)置保溫隔熱措施是很有必要的。

北側(cè)：兩個朝向在夏季最大值均在8月份下午13時，每小時輻射照度約150 W/m2，因此均不需要設(shè)置遮陽措施。

東側(cè)：兩個朝向在夏季最大值均在8月份下午11時，南偏東15°每小時輻射照度約233 W/m2，南偏西15°每小時輻射照度約262 W/m2。南偏西15°東側(cè)略大于250 W/m2，因此有必要設(shè)置遮陽措施。

南側(cè)：夏季的太陽輻射照度比較低，甚至在6月份～8月份輻射照度均低于250 W/m2，因此在正立面上不需要對窗戶進(jìn)行遮陽，在冬季，南立面上的太陽輻射照度比夏季高很多，這十分有利于冬季利用太陽能采暖。9月南偏東15°均小于250 W/m2，不需要設(shè)置遮陽措施；南偏西15°在14:00以后略大于250 W/m2，因此有必要設(shè)置遮陽措施。南側(cè)9月平均輻射照度如圖13所示。

西側(cè)：在夏季的下午15:00以后每小時輻射照度均大于250 W/m2，對比分析如圖14所示；因此有必要設(shè)置遮陽措施，防止太陽西曬。

5 全年太陽輻射總量分析

太陽能熱水和太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)是可再生能源重要形式，也是完成雙碳目標(biāo)重要措施。利用Ecotect的太陽輻射分析功能模擬[4]，分析建筑屋面的全年太陽輻射照度情況，主樓屋面不考慮自身女兒墻等遮擋影響日照條件均較好，平均全年太陽總輻射量在1 150 kW·h/m2左右，日照時數(shù)平均值為7.3 h左右。滿足規(guī)范“在冬至日采光面上的日照時數(shù)，太陽能集熱器不應(yīng)少于4 h，光伏組件不宜少于3 h”要求(見圖15，圖16)。

6 結(jié)論

本文采用義烏的氣象條件，取南偏東15°和南偏西15°兩個朝向方案的高層住宅進(jìn)行夏至、冬至日模擬分析[5]，得出針對義烏范圍內(nèi)住宅小區(qū)的幾點日照結(jié)論和建議：1)義烏市屬于夏熱冬冷地區(qū)[6]，建筑布局要做到有利于冬季日照采暖，夏季避熱防暑。2)冬至日日照時間最短、太陽輻射弱，建筑得熱量小，全天日照時數(shù)約10 h，兩個朝向南側(cè)全天均有日照，北側(cè)全天均無日照。3)夏至日日照時間最長、太陽輻射最強(qiáng)，建筑得熱量最大，全天日照時數(shù)約13 h。南偏東15°小區(qū)內(nèi)日照陰影相對較大，較南偏西15°布置小區(qū)更有利于小區(qū)內(nèi)夏季避熱防暑，公共生活區(qū)舒適性較高。4)南偏西15°在建筑東側(cè)、南側(cè)和西側(cè)均有必要設(shè)置遮陽措施；而南偏東15°建筑僅在西側(cè)有必要設(shè)置遮陽措施。兩個朝向北側(cè)均不需設(shè)置遮陽措施。5)兩個朝向類型南側(cè)在夏季的太陽輻射照度相對都比較低，甚至在6月份～8月份輻射照度均低于250 W/m2，在冬季，南立面上的太陽輻射照度比夏季高很多，這十分有利于夏季防熱和冬季利用太陽能采暖。因此南側(cè)遮陽采用內(nèi)遮陽比較合適，冬季室內(nèi)可以充分吸收太陽得熱。6)西側(cè)夏季輻射量均較大，因此西側(cè)建議布置人員長期不滯留房間(衛(wèi)生間等)。如設(shè)置客廳、臥室外窗，建議設(shè)置活動外遮陽，可以有效避免太陽輻射熱量。7)屋面不受遮擋平均全年太陽總輻射量在1 150 kW·h/m2左右，日照時數(shù)平均值為7.3 h左右，太陽能應(yīng)用條件較為有利。