光照對城市居住品質的影響
——以成都市人民北路舊城改造項目為例

白亞萍，蔡 顥，左輔強

(西南交通大學 建筑與設計學院，成都 611756)

光照對城市居住品質的影響
——以成都市人民北路舊城改造項目為例

白亞萍1，蔡 顥2，左輔強3＊

(西南交通大學 建筑與設計學院，成都 611756)

隨著舊城改造中的環(huán)境問題日益突出，人們對居住環(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，日照對居住區(qū)規(guī)劃設計和建筑設計的影響最為突出.主要表現在日照間距、住宅通風、太陽輻射和建筑節(jié)能等方面.本文采用氣候分析軟件Ecotect對成都城北片區(qū)氣候條件進行全面分析，通過對不同設計方案的對比，得出一個更加適合成都城北片區(qū)的設計策略，可為城北舊城改造以及其他居住區(qū)規(guī)劃和建筑設計提供參考.

舊城改造；建筑節(jié)能；Ecotect分析

隨著城市化進程逐漸加快，導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，圍繞著“陽光權”的維權事件也越來越多.而光照又引發(fā)了日照間距、建筑通風、太陽輻射和建筑節(jié)能等一系列問題，日照影響已是一個不容忽視的住區(qū)環(huán)境問題.本文用Ecotect分析軟件對成都市城北片區(qū)舊城改造(以下簡稱“北改”)的部分地塊進行分析說明.

1 成都地區(qū)氣候概述

成都地區(qū)的盛行風為東北風和西南風.其中，春、秋、冬季以東北風為主，夏季以西南風為主.春、夏季風速較大，秋、冬季風速較小，全年風速在2 m/s，屬于典型的靜風區(qū).這就要求在建筑布局設計時應綜合考慮建筑外環(huán)境與風場特點，使建筑群能夠適當地“造風”、“引風”，從而改善靜風區(qū)自然通風效果較差的現狀[1].

查閱成都地區(qū)的氣候資料可知，成都全年空氣相對濕度較高，最大值超過95%，從每天變化規(guī)律來看，早晚相對濕度較大，白天相對濕度較小.因此，在舊城改造進行被動式設計時考慮通風措施是十分必要的[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于成都地區(qū)舊城改造被動式設計具有重要意義.

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到節(jié)能的目的[1].

因成都地區(qū)風能資源和太陽能資源相對匱乏，探索適合成都地區(qū)氣候特點的被動式設計策略對于節(jié)能降耗、改善居住微氣候有重要意義.

2 項目概況

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)域內基礎設施短缺、產業(yè)業(yè)態(tài)低端、房屋建設破敗.為提升城北發(fā)展與升級，2012年，成都市政府啟動“北改”工程[2].

規(guī)劃將“北改”片區(qū)建設成為國家現代商貿中心，科技研發(fā)商務高地和多元文化創(chuàng)意高地，打造發(fā)達的產業(yè)城北.項目基地片區(qū)打造城北商務商貿功能區(qū)，以商貿提檔產業(yè)、研發(fā)總部產業(yè)和商業(yè)商貿產業(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.重點設計范圍是由二環(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的紅磚建筑，建筑質量較差；商業(yè)多為零售，靠近火車北站為批發(fā)市場，現狀管理較為混亂.經現狀調研訪談發(fā)現，該片區(qū)的住區(qū)環(huán)境較差，主要表現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，此類能源消耗同時還產生了一系列的環(huán)境問題，如通風、太陽輻射等，由此可見日照對于居民的住區(qū)環(huán)境影響之大.在舊城改造住區(qū)規(guī)劃設計過程中必須充分考慮光照帶來的影響，通過被動式設計來規(guī)避或減小日照對住區(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個時間段進行日照分析.圖1是用Ecotect分析軟件分別在夏至、春分、秋分和冬至4個時間段對規(guī)劃設計項目模型進行模擬日照陰影分析的結果，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，也就是說該設計中大部分的建筑常年得不到日照，同時其周邊的公共空間也將成為無人問津的陰冷地帶，不利于居民對室外活動空間的合理利用.雖然該規(guī)劃設計方案滿足《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，因此需要結合規(guī)劃布局及當地的氣候條件、區(qū)位等進行合理的調整.

3.2 住宅通風分析

日照對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影響風環(huán)境.建筑自然通風是以風壓或熱壓為驅動力的建筑內外空間氣流運動，自然通風能夠保證建筑內部空間使用的舒適度.建筑熱壓通風是利用建筑局部的溫度差，實現熱空氣上升，冷空氣下降，促進建筑自然通風[5].

在進行住宅規(guī)劃設計時，設計者往往過多的關注建筑的外形和外部空間，卻忽略了這個布局對室外風環(huán)境的影響.不合理的規(guī)劃布局會帶來很多問題，比如，導致室外空氣流動不合理、單體建筑通風不暢、增加建筑能耗等，因此對規(guī)劃設計方案進行風環(huán)境分析顯得尤為重要.根據《中國生態(tài)住宅技術評估》中對建筑風環(huán)境的要求，在進行規(guī)劃時，要處理好冬季防風和夏季引導自然通風的關系，即冬季居住區(qū)最大風速不超過 5 m/s，為了減少冷風滲透，建筑前后的壓差不大于5 Pa[6].

由于成都地區(qū)靜風頻率大且空氣的相對濕度較高，因此，必須在布局設計時尤其考慮了通風的設計.本次設計中利用Phoenics對片區(qū)的通風環(huán)境進行模擬，從而為規(guī)劃方案的優(yōu)化提供重要依據.成都地區(qū)的盛行風為西南風(夏季)和東北風(冬季)，因此選擇夏季和冬季 2個時間段進行Phoenics風環(huán)境分析.

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

圖2 夏季風速圖

圖3 冬季風速圖

通過Phoenics風壓環(huán)境分析可知該設計方案中夏季建筑的風壓差基本在0.6～1.0 Pa，北側建筑的風壓相對較高，但在1.5 Pa左右，冬季建筑兩側風壓基本也在1.5 Pa左右，符合綠色建筑標準，有利于室內通風(見圖4、圖5).

3.3 日照輻射分析

根據《城市規(guī)劃管理技術規(guī)定》劃定項目內住宅間距的要求，保障主要朝向居室內，在大寒日日照實數在1 h以上的標準.從Ecotect分析的結果中可知，除了西北角少數的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 夏季風壓圖

圖5 冬季風壓圖

圖6 冬至日日照時間分析圖

在基本滿足日照條件的前提下對比該片區(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.成都的年日照實數在1978年附近的突變現象顯著，表現為日照的急劇減少，從20世紀70年代前的氣候多日照時段轉變成少日照時段[7].加之成都近幾年霧霾天氣越來越嚴重，空氣中的粉塵顆粒物對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，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，人類的生存環(huán)境正受到嚴峻的挑戰(zhàn).“節(jié)能減耗，倡導低碳生活”的觀念隨之也深入人心，越來越多的設計開始考慮節(jié)能減排.而建筑作為能源消耗的主要群體，其能耗約占國家能耗的46%，要想走在低碳設計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，建筑遮擋必然會降低太陽輻射對建筑外立面的影響，如果能夠巧妙運用建筑的遮擋關系，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間段的建筑東北面和西北面夏至日日照分析對比.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，減少了因室內降溫所產生的能耗.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，可設置窗戶；高層陽光輻射強，要盡量避開因開窗西曬而引起的建筑降溫能耗.

4 結語

城市居住區(qū)是人類在城市居住行為的空間實現方式，其在實體上由一組建筑構成，建筑的布局方式會顯著影響居住區(qū)的微環(huán)境，也會直接影響建筑采光問題，從而引發(fā)日照間距、通風、日照輻射及相應的建筑能耗等一系列問題.面對“節(jié)能減耗，倡導低碳生活”的理念，如何減低能耗便成為本文的核心問題.本文通過一個案例的具體研究使得這個思路得到了有效的實現.這就需要對當地日照時間進行充分分析，結合季節(jié)和地域的差異，切實分析日照問題，根據專業(yè)軟件分析得出的數據，對設計方案進行多層面的對比分析，通過不斷調整設計方案，在滿足建筑最佳采光通風效果的前提下，最終實現“節(jié)能減耗，低碳生活”的建筑設計方案，對城北舊城改造項目以及其他居住區(qū)規(guī)劃和建筑設計具有一定的指導借鑒意義.

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

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

[3]GB 50180-93, 城市居住區(qū)規(guī)劃設計規(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, 2012.

[6]聶梅生, 秦佑國, 江億, 等. 中國生態(tài)住宅技術評估手冊[M].北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2003.

[7]陳碧輝, 張平. 近50年成都市日照時數變化規(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計研究[J]. 地域建筑文化, 2013(6): 128-131.

(責任編校：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，主要從事城市設計、小城鎮(zhèn)及空間句法等研究﹒E-mail: 1626542337@qq.com﹒＊通訊作者簡介：左輔強(1975-)，男，成都人，副教授，博士，主要從事城市設計相關研究﹒E-mail: 1626542337@qq.com