武漢市住宅區(qū)微氣候影響因素分析

文/魏宇迪、汪若萌 武漢大學(xué) 湖北武漢 430000

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，如果研究尺度過大，會因?yàn)橥粋€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)，會由于因研究范圍內(nèi)建筑過少導(dǎo)致受周邊影響。為尋求研究對象土地性質(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)劃管理文件對新建住宅區(qū)的規(guī)劃控制要求，對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。通過對武漢市2017 至2019年初招拍掛土地情況分析，超過92%宗地塊為居住街坊級別，因此我們針對居住街坊的規(guī)劃指標(biāo)進(jìn)行分析。

2.2 武漢市居住區(qū)指標(biāo)特征

通過實(shí)地調(diào)查對武漢城區(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 評價指標(biāo)和模擬工具

綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)以白天時段（8：00～18：00）的熱島強(qiáng)度為熱環(huán)境的評價標(biāo)準(zhǔn)重要指標(biāo)。因此，本文選擇白天時段的熱島強(qiáng)度作為主要研究對象，來探究是哪些因素影響了這些指標(biāo)，通過調(diào)整這些因素來改善城市的熱環(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)度對比圖

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，對指標(biāo)的熱道道強(qiáng)度影響程度大小排序?yàn)椋航ㄖ叨龋窘ㄖ芏?，但建筑高度大?6m 時該工況下的熱島強(qiáng)度不再降低，當(dāng)建筑密度超過17%時該工況下的熱島強(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)

對于板式建筑為主的社區(qū)來說，對熱環(huán)境的改善需要在不會影響社區(qū)內(nèi)通風(fēng)質(zhì)量的前提下盡可能對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方面提高遮擋率。同時人行高度處的風(fēng)速受裙房密度的影響較大。裙房密度較大時（建筑密度達(dá)到31%），雖然在同一水平面上增大了太陽輻射的遮擋作用，但由于密集的建筑物同時也會對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：

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，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]。