北方寒冷地區(qū)建筑設計的風環(huán)境分析

楊萬紅

（蘭州新現(xiàn)代建筑設計有限公司，甘肅 蘭州 730000）

0 引言

北方寒冷地區(qū)的氣候條件、地理環(huán)境以及風環(huán)境等因素對當?shù)亻_展建筑項目施工具有極其明顯的影響，許多現(xiàn)代化施工技術(shù)與設計思想難以得到有效應用與發(fā)展。由于北方寒冷地區(qū)降雨量較少，呈現(xiàn)出夏暖冬寒、氣候干燥、風沙較多、溫度差值較大等特點，這種特殊的氣候條件對建筑設計有更高的要求和影響[1]。在風環(huán)境因素的影響下，北方寒冷地區(qū)建筑應滿足冬季保溫隔熱、防寒防凍等基本需求，夏季部分地區(qū)建筑需要有散熱降溫功能；建筑物應當設置在向陽、避風地帶，盡量保證建筑內(nèi)部擁有較長日照時間；建筑外表面與其體積比應當盡可能降低，建筑整體不應存在較多的凸凹結(jié)構(gòu)。這必須建立在科學的風環(huán)境分析基礎之上。

1 風環(huán)境指標對北方寒冷地區(qū)建筑設計的影響

北方寒冷地區(qū)進行建筑設計時，必須重點關(guān)注建筑工程所在地理環(huán)境以及氣候條件，深入了解風環(huán)境對于建筑工程設計以及施工技術(shù)的影響。在建筑工程設計階段會出現(xiàn)設計人員借鑒南方優(yōu)秀技術(shù)以及施工經(jīng)驗的現(xiàn)象，但是在實際應用過程中，許多先進技術(shù)與優(yōu)秀理念無法高效應用在建筑項目中或無法充分發(fā)揮出自身技術(shù)優(yōu)勢，究其原因主要是北方寒冷地區(qū)獨特的氣候環(huán)境以及地理條件影響。因此，在建筑工程設計過程中，重視風環(huán)境等特殊因素對建筑項目的實際影響，開展具有針對性、科學性、合理性的北方建筑工程，保證建筑物的風環(huán)境適應性以及太陽光照適應性，為人們提供更加優(yōu)質(zhì)的建筑空間，并在不斷地探索實踐中構(gòu)建出具有地區(qū)特色的北方寒地建筑設計體系。

1.1 風環(huán)境對外部造型的影響

建筑外部形態(tài)主要是指建筑屋頂以及外立面圍護等結(jié)構(gòu)。從自然風角度分析，建筑周圍的風環(huán)境會在一定程度上決定建筑實際設計形態(tài)，為保證建筑內(nèi)部空氣流通效果，針對不同建筑形態(tài)設計選用不同的通風方法，其中包括引導氣流、對流通風、表皮預熱空氣等。建筑設計人員應結(jié)合當?shù)貧夂颍瑢ㄖ耐獠矿w型與內(nèi)部空間進行有效設計，以適當?shù)募夹g(shù)手段巧妙地解決通風問題，在功能上體現(xiàn)自然通風的節(jié)能效果，從而給人們帶來舒適宜居的生活環(huán)境。

1.2 風環(huán)境對內(nèi)部空間的影響

建筑內(nèi)部空間設計包括建筑剖面設計以及平面設計。風環(huán)境指標會影響建筑內(nèi)部空間設計，在建筑內(nèi)部空間設計過程中應利用熱壓以及風壓原理，結(jié)合建筑布局保證建筑良好的通風性,以此改善建筑內(nèi)部環(huán)境，同時能夠?qū)崿F(xiàn)建筑領(lǐng)域的節(jié)能降耗。基于風環(huán)境的建筑平面優(yōu)化設計，需要使室外自然風以多支方向向建筑內(nèi)各房間流動，同時保證通風路徑的暢通，盡可能防止自然風斷流現(xiàn)象出現(xiàn)，從而形成良好的自然通風環(huán)境。實際中平面設計經(jīng)常使用小進深大開間式布局，保證房間寬大整齊,以此保證自然風流動順暢，改善室內(nèi)氣流暢通，保證建筑的風環(huán)境效果。對建筑剖面進行優(yōu)化，盡量使室外自然風由下而上有效貫穿整個建筑，達到室內(nèi)外空氣交換的目的。設計時，有效利用熱壓差原理，拔高建筑內(nèi)部空間高度，同時在建筑頂部設置出風口,形成上下貫通空間，誘導自然風順暢地流通,讓滯留在室內(nèi)的熱氣流順暢排出。

2 北方寒冷地區(qū)建筑設計中存在的不足

2.1 注重美觀而忽略了建筑舒適性設計

我國北方寒冷地區(qū)由于特殊的地理條件與氣候環(huán)境，導致許多現(xiàn)代化施工技術(shù)與先進設計理念無法有效應用在建筑工程中，從而對建筑水平與建筑施工效率形成一定的約束[2]。此外，部分設計人員選擇適用南方地區(qū)的建筑設計理念與方法，忽略了南北方地區(qū)對于建筑項目的實際要求與地理環(huán)境差異，沒有遵循因地制宜的設計原則，最終導致建筑使用舒適性與環(huán)境適應性相對較差。

2.2 建筑環(huán)境設計不夠合理

北方寒冷地區(qū)大多環(huán)境相對凋敝，建筑設計人員如果無法精準把握地理環(huán)境特征、居民生活習慣、建筑居住特點等內(nèi)容，在建筑設計過程中就無法切中要害，抓住居民建筑消費需求，也就無法保證建筑項目的經(jīng)濟收益與社會收益[3]。例如，北方寒冷地區(qū)低溫時間長，無法實現(xiàn)南方建筑工程中綠地噴泉、亭臺水榭等環(huán)境設計理念，但是部分設計人員在設計過程中依舊將其運用在北方寒冷地區(qū)建筑工程中，種植適應南方氣候的花木，直接降低建筑周圍環(huán)境質(zhì)量。

2.3 建筑施工技術(shù)應用不夠科學合理

“低碳環(huán)保技術(shù)、綠色生態(tài)技術(shù)、科學先進技術(shù)”的設計理念已經(jīng)成為新時代建筑行業(yè)基本原則。但對北方寒冷地區(qū)建筑適應性技術(shù)缺少深入了解與全面分析，在實際施工中往往流于表面或者無法有效展現(xiàn)出技術(shù)優(yōu)勢[4]。例如，北方寒冷地區(qū)建筑節(jié)能指標是依據(jù)不開窗進行計算，其與開窗改善室內(nèi)空氣是相互矛盾的。部分建筑項目在設計過程中過于追求節(jié)能指標，卻忽略了空氣轉(zhuǎn)換問題，從而導致建筑內(nèi)部空氣質(zhì)量較差，居住舒適性較差等問題。

3 北方寒冷地區(qū)建筑設計的適應性技術(shù)應用案例

3.1 項目概況

某花園小區(qū)項目位于吉林市昌邑區(qū)，項目整體處于平坦地勢，無現(xiàn)存建筑物。項目總占地面積為15.5 萬m2，總建筑面積為18.5萬m2，其中公共建筑面積為5.5萬m2，居民住宅面積為13萬m2。小區(qū)綠化選用集中綠化、沿街種植樹木、廣場綠地以及住宅綠地等方法，綠化覆蓋率在48%左右。

該建筑項目整體規(guī)劃設計呈現(xiàn)出板式周圍閉合的格局，小區(qū)四面臨街配套商業(yè)，內(nèi)部建設住宅建筑，選用商住分離形式能夠確保居住區(qū)域不會受到外界環(huán)境干擾。小區(qū)內(nèi)部交通系統(tǒng)選用對角線式道路結(jié)構(gòu)，廣場綠地、住宅環(huán)繞綠地等公共區(qū)域作為車行道與人行道的隔離區(qū)。東北側(cè)設置為小區(qū)主要人行出入點位，西南側(cè)規(guī)劃道路為車輛出入點位，在小區(qū)東側(cè)與北側(cè)分別另設置人行出入點位。

3.2 項目選址

該建筑項目地質(zhì)條件相對穩(wěn)定，建筑所在地四周地勢相對平坦且無現(xiàn)存建筑物，日照情況與通風環(huán)境相對穩(wěn)定，所在區(qū)域整體氣候環(huán)境穩(wěn)定，滿足建筑項目對氣候條件的基本需求。

3.3 項目適應性設計

在對居住區(qū)域集中布局過程中，選用周圍閉合式建筑布局，形成橫縱式與點群式綜合應用的布局模式。建筑物間隔距離依據(jù)當?shù)貙嶋H情況進行科學分析設定，確保彼此之間無遮擋現(xiàn)象，保證建筑底層住戶能夠得到充足良好的陽光照射。該項目所在地區(qū)冬季以西北風為主，因此小區(qū)西北兩建筑設置為高層建筑，在冬季起到良好的擋風防寒效果。該項目所在地區(qū)夏季以東南風為主，小區(qū)東南兩側(cè)建筑設置為中層住宅建筑結(jié)合商業(yè)建筑為主，同時選用組團模式進行優(yōu)化布局，在小區(qū)內(nèi)部中軸線以及主要干道兩側(cè)設置通風廊道，從而對夏季東南風進行有效引導，預防小區(qū)內(nèi)部夏季出現(xiàn)風大、起塵等問題[5]。除此之外，小區(qū)內(nèi)部主要環(huán)形道路與各組團之間有效連接，利用生態(tài)綠化設計進行景觀建設，從而形成環(huán)形綠化景觀帶。

3.4 項目場地風環(huán)境模擬及規(guī)劃設計

根據(jù)有關(guān)資料數(shù)據(jù)顯示，該建筑項目所在區(qū)域冬季室外風速為3m/s，以西北風為主。夏季室外風速為2m/s，風向為東南風。利用專業(yè)軟件對項目季節(jié)性風向、風速等室外風環(huán)境進行詳細分析，具體結(jié)果如圖1、圖2所示。

圖1 冬季2m高處建筑周圍風速

圖2 夏季2m高處建筑周圍風速

通過對圖1信息進行分析能夠得出結(jié)論，小區(qū)西北側(cè)高層建筑有效阻擋并削減了冬季西北風對小區(qū)建筑的影響，為小區(qū)內(nèi)部風環(huán)境提供良好保障。冬季小區(qū)內(nèi)部2m 高處位置的平均風速在1.5m/s 左右，風速遠遠小于5m/s，符合我國綠色建筑具體評價標準規(guī)定中對冬季風向與風速條件的具體要求，項目整體居住環(huán)境比較適宜。但是需要注意的是，小區(qū)北側(cè)兩個人行出入點位風速相對較大，不利于居民冬季日常出行，需要對此進行合理調(diào)整優(yōu)化。

通過對圖2信息分析能夠得出結(jié)論，該小區(qū)建筑在夏季時整體風環(huán)境比較良好，小區(qū)內(nèi)部風速在1m/s 左右，同樣符合我國綠色建筑具體評價標準規(guī)定中對夏季風向與風速條件的具體要求。小區(qū)住宅區(qū)域風環(huán)境舒適涼爽，具有良好的自然通風效果，同時有利于空氣污染物的擴散。

通過對該小區(qū)在夏季與冬季住宅區(qū)域整體風環(huán)境的虛擬分析，能夠確定該小區(qū)內(nèi)部整體風環(huán)境指標處于我國相關(guān)規(guī)定標準范圍內(nèi)，呈現(xiàn)出舒適宜人的環(huán)境特點。主要原因在于小區(qū)建筑選址合理，內(nèi)部建筑選用組團布局模式，大幅度改善小區(qū)整體居住環(huán)境。

3.5 建設項目朝向及日照

通過使用專業(yè)氣象信息分析軟件對該項目所在區(qū)域?qū)嶋H氣象信息與氣候條件進行數(shù)據(jù)分析。通過對欠熱期以及過熱期內(nèi)該區(qū)域的太陽輻射得熱情況進行計算，能夠得出該區(qū)域建筑最佳朝向。將吉林市氣象信息與氣候數(shù)據(jù)等資料導入專業(yè)分析軟件內(nèi)，最終得出結(jié)論，即該區(qū)域建筑項目最佳朝向為165°。該建筑項目整體建筑朝向設置為標準南向，與最佳朝向十分接近，在實際應用中能夠得到充足的日光照射，根據(jù)城市地區(qū)居住建筑設計標準要求，通過對該建筑項目冬季大寒節(jié)氣實際陽光照射情況進行分析得知該小區(qū)項目住宅建筑陽光照射情況良好，符合大寒節(jié)氣日照時長需要達到3h的標準規(guī)定。

3.6 項目設計小結(jié)

通過對該小區(qū)項目實際建筑地質(zhì)情況、建筑風環(huán)境、陽光照射情況、建筑組團布局模式以及建筑朝向等因素進行具體分析，能夠得出結(jié)論，該小區(qū)項目整體設計規(guī)劃方案比較科學合理，符合我國相關(guān)建筑規(guī)定。該建筑項目整體規(guī)劃方案總結(jié)如下：

（1）該小區(qū)建筑基地實際地質(zhì)條件比較穩(wěn)定，小區(qū)內(nèi)部地勢平坦且沒有現(xiàn)存建筑物，整體環(huán)境相對穩(wěn)定。

（2）小區(qū)內(nèi)部建筑物之間選用組團布局模式，使用多種建筑結(jié)構(gòu)綜合應用模式，建筑物間隔距離設計科學合理，彼此之間不存在遮擋問題，能夠滿足基本陽光照射需求。

（3）該小區(qū)建筑由于地理環(huán)境問題在冬季會受到西北風影響，小區(qū)西北兩側(cè)綜合運用板式建筑與點式建筑，有效起到防寒擋風的積極作用。東側(cè)與南側(cè)建筑以中層住宅建筑結(jié)合商業(yè)建筑模式，在夏季時能夠有效引導東南風，從而使小區(qū)內(nèi)部形成相對良好的風環(huán)境，為人們居住生活提供良好舒適的環(huán)境。

（4）小區(qū)內(nèi)部在景觀中軸線以及主要道路兩側(cè)設置通風廊道，能夠在夏季起到良好的引風作用，從而優(yōu)化小區(qū)內(nèi)部風環(huán)境。

4 結(jié)束語

綜上所述，在北方寒冷地區(qū)建筑設計過程中，需要設計人員充分考慮當?shù)貙嶋H情況，深入調(diào)查分析氣候條件與地理因素，對風環(huán)境、太陽光照等建筑影響因素進行深入探究，依靠建筑設計經(jīng)驗，同時借鑒優(yōu)秀建筑設計方案與先進設計思想，設計出具有針對性與科學性的方案，不僅能展示北方寒冷地區(qū)建筑水平，提高建筑對風環(huán)境的適應能力，還能為人們提供良好的居住環(huán)境，進一步促進我國建筑行業(yè)健康發(fā)展。