风环境模拟在城市空间形态优化中的应用研究--以上海崇明陈.pdf

风环境模拟在城市空间形态优化中的应用研究 ——以上海崇明陈家镇实验生态社区为例 刘 超 陈蔚镇 许 鹏 张 量 张 锟 【摘要】在城市扩张和高密度开发趋势下，城市形态对城市风环境的影响和塑造作用越来越大，但 同时人们对环境的舒适性和能源节约性要求日渐提高。为解决这一矛盾，本文以上海崇明陈家镇实验生态 社区为例，对其社区风环境进行模拟，分析城市空间形态在风环境舒适度的不足和问题，进而提出优化形 态的策略，并定量分析优化形态后的社区能源节约量，达到提高宜居和节能的双重目标。 【关键词】风环境模拟空间形态优化节能陈家镇实验生态社区 1.城市形态与风环境介绍 城市的微环境主要包括风环境、光环境、热环境、声环境和污染物环境等。在这一系列 的微环境中，风环境受城市规划设计影响较大。它与城市内建筑物布局、形体特征、空间关 [1] 系、围护结构的产生、相关技术的选择以及人们舒适度、能源使用等有着密切的关系 。 本文定义的社区空间形态主要是指两层含义：其一为平面上各功能区域建筑群落的分 布；其二为竖直方向上建筑群落的高度分布。社区的形态会影响到社区内气候的情况，形成 所谓的“微气候”：建筑群落会改变社区内风的流向；建筑之间会存在遮挡的现象从而影响 到社区中太阳辐射的分布。 风环境对城市的能耗影响是显著的：夏季较小的室外风速不利于自然散热势必会增加空 调制冷的使用概率，而冬季较大的室外风速则会造成建筑外表面散热和室外渗透的增加，这 两种情况都会导致供暖负荷的增加。因此，社区形态会影响风环境，进而影响居民的生活质 量，能源消耗和温室气体排放。如何在保证甚至提高风环境舒适度的前提下，从节能低碳的 角度来对社区形态进行评估和优化，是本文关注和将要解决的问题。 2.城市风环境研究与应用方法介绍 2.1 城市风环境评价方法 目前，对于风环境的评价与优化方法主要有三种：模拟试验、现场检测和数值模拟方法 1 [2]。模拟试验，就是依据相对性原理，将模型固定在地面人工环境中，人为制造气流等外界 条件，以此模拟现实过程中各种现象；现场检测，就是在现场分布有限测点或流动测点进行 现场参数测试研究；数值模拟，是以电子计算机为手段，通过数值计算和图像显示的方法， 达到对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题研究的目的。各类研究方法优缺点如表1 所示。 表1 风环境分析的方法与优缺点 Tab.1 Methods of ventilationenvironment analysis and their pros cons 方法 优点 缺点 相对准确、重复性好、可认为设定 费用高、周期长、试验要求满足相 模拟试验 边界条件 对性原理 现场实测 准确、可靠 费用高、周期长、费力 数值模拟 成本低、周期短、可控 准确性相对较差、需要验证 在对城市进行规划设计之初，进行周期短、价格低且可控的数值模拟，对于改善整个城 市风环境，合理进行建筑群规划是有重要意义。 2.2 国际与国内城市风环境研究概述 建筑单体的风环境研究主要关注是建筑周边空气的流动以及风压分布，而城市和社区的 风环境研究除上述建筑单体内容外，还有其复杂性与特殊性。建筑群体之间通过遮挡、通道 等形态特征会产生楼群的通风变化。城市规划设计中若能充分和合理地利用这一特点，通过 合理的建筑物布局尤其是合理的高层建筑布局，能够降低人在外部空间环境中由于局部地区 高风速引发的不舒适感，并可以利用自然通风地方式，再不增加而外资金或技术投入地情况 下达到节能目的。 自然通风的会提升社区地整体节能性。由自然通风形成的机理可知，在达到相同冷却目 的的前提下，与常规空调中机械通风相比，自然通风是一项免费的技术，不需消耗任何能源。