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        基于傳統(tǒng)商業(yè)街尺度變化的物理環(huán)境研究

        2014-10-11 23:02:08吳曉冬
        中國(guó)建筑科學(xué) 2014年8期

        吳曉冬

        摘 要:傳統(tǒng)商業(yè)街作為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有效組成部分,其物理環(huán)境的研究與改善對(duì)于提高商業(yè)街區(qū)內(nèi)部使用舒適度,以及建筑能耗有著重要影響。本文從傳統(tǒng)商業(yè)特征所形成的街谷寬高比例入手,通過(guò)調(diào)研、分析以及能耗模擬,研究街谷中街道寬度與建筑高度,建筑自身體型變化對(duì)綜合能耗的影響,以及不同朝向商業(yè)街的微氣候特征對(duì)于提升空氣質(zhì)量的,增加舒適度的影響。

        關(guān)鍵詞:傳統(tǒng)商業(yè)街街谷; 寬高比; 非對(duì)稱街谷

        1.引言

        隨著文化產(chǎn)業(yè)的復(fù)興與發(fā)展,國(guó)內(nèi)較多文化資源豐富的城市開(kāi)始進(jìn)行城市的歷史文化挖掘與更新。商業(yè)街道是城市最有活力的空間形式和經(jīng)濟(jì)載體。因此,飽含文化與商業(yè)氣息的傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)的改造及復(fù)建成為此類工作的重要部分。在設(shè)計(jì)與建造的過(guò)程中,其內(nèi)部自身空間形態(tài)和布局將會(huì)與建筑能耗發(fā)生耦合關(guān)系并相互作用,通過(guò)微氣候的營(yíng)造以及能耗的合理規(guī)避,以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和低碳的目標(biāo),并提高人群在商業(yè)街內(nèi)部的舒適度的同時(shí)通過(guò)風(fēng)場(chǎng)的疏導(dǎo)以降低該區(qū)域的污染程度。

        2. 傳統(tǒng)商業(yè)空間形態(tài)特征

        傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)作為傳統(tǒng)文化的重要組成部分,空間形態(tài)特征除了滿足當(dāng)?shù)靥赜械淖匀画h(huán)境要求外,還受到當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)人文,風(fēng)俗習(xí)慣等因素的影響,因此具有較為鮮明的地域建筑風(fēng)格及特征。在傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)的特有的物理環(huán)境研究中,本文簡(jiǎn)化建筑元素的復(fù)雜性,構(gòu)建沿街建筑物高度H以及街道寬度D的比例為特征模型來(lái)進(jìn)行量化參照研究。

        2.1 商業(yè)寬高比例特征

        蘆原義信在《外部空間設(shè)計(jì)》一文中定義了構(gòu)成街道空間的街道底界面的寬度與沿街側(cè)界面建筑的高度的比值(D/H),其比值是保證街道空間尺度均衡,是體現(xiàn)街道中的人的開(kāi)放感和圍合感的重要指標(biāo)。當(dāng)街道空間D/H小于l時(shí)圍合感越強(qiáng),D/H值越大于1時(shí)街道的開(kāi)放感越強(qiáng),D/H=l.2~2時(shí),產(chǎn)生舒適的圍合感;D/H大于2時(shí),產(chǎn)生開(kāi)闊感;D/H>3時(shí),產(chǎn)生空曠感。本文通過(guò)調(diào)研古城西安、成都、南京、蘇州等地的傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)的寬高比例(表1),發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)研究數(shù)值集中于0.5~1.5范圍內(nèi),得出商業(yè)街內(nèi)聚性較好,空間尺度適宜。

        3.傳統(tǒng)街區(qū)不同形式建筑的能耗分析

        本文通過(guò)對(duì)于構(gòu)成街區(qū)形態(tài)框架的單體建筑進(jìn)行研究,評(píng)價(jià)在街區(qū)修復(fù)或重建時(shí),選擇能耗較低的建筑體型為目標(biāo)。以古城西安為研究地,西安位于寒冷地區(qū),冬季以保溫為主,主要為采暖能耗,建筑外部熱源的太陽(yáng)輻射獲得量主要與建筑布局形態(tài),周?chē)h(huán)境長(zhǎng)波輻射等相關(guān)。建筑物內(nèi)部存在著建筑照明、人體,設(shè)備等室內(nèi)熱源與住宅建筑室內(nèi)空氣發(fā)生對(duì)流與輻射的熱傳遞過(guò)程。建筑內(nèi)擾在熱傳遞過(guò)程中總是要傳遞到圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面,而室外氣象條件總是首先作用于建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外表面,建筑內(nèi)擾與建筑外擾兩種作用形式是同時(shí)存在,獨(dú)立傳遞而又相互迭加,相互影響。不同的建筑外表面從抵御內(nèi)外溫度振幅以及內(nèi)外界面尺寸方面,就會(huì)對(duì)建筑的全年能耗產(chǎn)生一定影響。本文假定待研究的傳統(tǒng)商業(yè)街D/H=1.2,并以此作為研究傳統(tǒng)商業(yè)街的空間物理特征的基本研究模型,設(shè)定商業(yè)街東西向,商業(yè)建筑為南北向,假設(shè)南側(cè)建筑為條式建筑,北側(cè)建筑的體形輪廓進(jìn)行相應(yīng)變化,由此建立Dest模型建立如圖(圖1)計(jì)算能耗特征的。

        擬定(n1)、(n2)、(n3)三種不同外部形態(tài)的建筑作為研究對(duì)象,通過(guò)從圖形變化中可以看出建筑物耗冷量指標(biāo)隨著建筑物出風(fēng)口方向的改變,發(fā)生較規(guī)律的下降趨勢(shì)變化。在建筑物耗冷量指標(biāo)中,當(dāng)進(jìn)風(fēng)口由東邊逐漸過(guò)渡到西邊,能耗降低。并且,建筑物的進(jìn)風(fēng)口開(kāi)口比例越大,建筑物耗冷量指標(biāo)越大,兩者呈正相關(guān)變化。在數(shù)據(jù)比對(duì)中,當(dāng)建筑物的A:Lmid:B相對(duì)比例使建筑物呈三面圍合式布置時(shí),由于伸出段對(duì)于太陽(yáng)輻射的相對(duì)遮擋,建筑物的北向受熱面積最小,且建筑物的迎風(fēng)面面積最小,在建筑物的東西向建筑中向內(nèi)的面有永久陰影面的存在,減少了建筑物的太陽(yáng)輻射溫升現(xiàn)象,同時(shí)在三面圍合區(qū)內(nèi),有溫度較低區(qū)域的產(chǎn)生,從而促進(jìn)熱壓風(fēng)場(chǎng)形成的可能。當(dāng)建筑物相對(duì)比例為Z:1:0.5時(shí)(z為0長(zhǎng)度),建筑的能耗在耗冷量和耗熱量指標(biāo)變化趨勢(shì)上最穩(wěn)定,并可以作為同比情況下最優(yōu)推薦,圖示n2情況。

        4.傳統(tǒng)街區(qū)街谷內(nèi)微氣候特征

        傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)的構(gòu)成通常存在若干條路網(wǎng)交織的情況,街谷微氣候的形成與太陽(yáng)輻射強(qiáng)度所造成的空氣溫度的時(shí)間演變和空間分布、以及街谷內(nèi)部的氣流狀況與街區(qū)的建筑密度、建筑排列方式有關(guān)。并且與街谷的幾何特征、走向界面朝向、街區(qū)下墊面以及來(lái)風(fēng)方向都有較大的關(guān)聯(lián)。本文通過(guò)對(duì)西安市回民街(南-北走向、對(duì)稱街谷)、書(shū)院門(mén)(東-西走向、非對(duì)稱街谷)兩條傳統(tǒng)商業(yè)街的物理環(huán)境分析,重點(diǎn)研究以下兩方面內(nèi)容。

        4.1非對(duì)稱街谷的物理環(huán)境特征

        當(dāng)選擇建筑物相對(duì)比例為Z:1:0.5,商業(yè)街外部空間幾何結(jié)構(gòu)則為非對(duì)稱形式。此時(shí),街谷外部大氣平流進(jìn)入街谷內(nèi)部時(shí),接近放大的非對(duì)稱區(qū)域時(shí),峽管狀態(tài)突變,會(huì)在街谷放大區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)湍流。三維方向的湍流漩渦將沿著墻面向上部遷移,湍流的輸運(yùn)作用使得街道峽谷內(nèi)空氣與外界空氣進(jìn)行交換,提高污染物的擴(kuò)散速度,改善峽谷內(nèi)的空氣質(zhì)量。因此,沿街建筑在局部地區(qū)放大,對(duì)于提高污染散發(fā)速度有利。

        4.2不同朝向街谷的物理環(huán)境特征

        西安地區(qū)城市的傳統(tǒng)街區(qū)較多以格網(wǎng)形式存在,會(huì)呈現(xiàn)出不同朝向的街谷的工況,在太陽(yáng)輻射下,處于太陽(yáng)直射輻射區(qū)域的空氣溫度會(huì)隨著建筑的高度產(chǎn)生較大分層差異,而在建筑遮擋區(qū)域的街谷部分,因?yàn)榭諝鉁囟仍鰷責(zé)嵩礊榻犹?yáng)散射輻射,并且隨著建筑密集程度增多的太陽(yáng)輻射反射次數(shù)的變化,其空氣溫度隨高度分層現(xiàn)象并不明顯。在東-西走向的街區(qū),因?yàn)樵谙募竞投居捎谔?yáng)高度角的不同,街道南側(cè)建筑對(duì)于街谷的遮擋效應(yīng)造成街谷中所獲得的太陽(yáng)輻射在不同時(shí)間段存在較大的差異,相應(yīng)得知,遮蔽效應(yīng)對(duì)于南北走向的街道太陽(yáng)輻射影響不大。

        5.結(jié)論

        傳統(tǒng)商業(yè)街作為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有效組成部分,其物理環(huán)境的研究與改善對(duì)于提高商業(yè)街區(qū)內(nèi)部使用舒適度,以及建筑能耗有著重要影響。本文從街谷寬高比例著手,通過(guò)分析調(diào)研,研究在一定寬高比例下,建筑體型變化對(duì)能耗的影響,以及不同朝向商業(yè)街的風(fēng)環(huán)境對(duì)于污染物的影響,主要結(jié)論如下:

        5.1傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)道路寬度D/建筑高度H接近1.2時(shí),對(duì)空間舒適度以及減少建筑能耗有利。

        5.2街道兩側(cè)建筑布局采用非對(duì)稱形式的幾何結(jié)構(gòu),街谷內(nèi)污染物濃度由于湍流作用而大大降低,空氣質(zhì)量得到較大改善。

        5.3南-北走向相對(duì)于東西走向的街谷所吸收的太陽(yáng)輻射量在冬夏兩季的差異小。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 趙敬源、劉加平.城市街谷綠化的動(dòng)態(tài)熱效應(yīng) [J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào),2009.第30卷(第8期),1013-1017.

        [2] Mayer H,Holst J,Dostal P,et al.Human thermal comfort in summer within an urban street canyon in Central Europe.Meteorol:Zeitschrift 17,2008

        [3] 鐘珂、亢燕銘.城市街谷中的物理微環(huán)境.西北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),1998(4):15-23

        [4] 錢(qián)利.城市商業(yè)街道空間尺度分析研究[D].西安:西安建筑科技大學(xué),2010

        [5] 王瓊.住區(qū)組團(tuán)布局形態(tài)的冬季熱環(huán)境分析[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué),2010

        [6] 王振.綠色城市街區(qū)-基于城市微氣候的街區(qū)層峽設(shè)計(jì)研究[M].南京:東南大學(xué)出版社,2010

        [7] I Eliasson.Urban climate related to street geometry:[PhD the-sis].[S.L.]:University of Gothenburg,1993.33

        _____________________

        【基金項(xiàng)目】國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51178050)

        【文章編號(hào)】1627-6868(2014)08-0011-02

        摘 要:傳統(tǒng)商業(yè)街作為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有效組成部分,其物理環(huán)境的研究與改善對(duì)于提高商業(yè)街區(qū)內(nèi)部使用舒適度,以及建筑能耗有著重要影響。本文從傳統(tǒng)商業(yè)特征所形成的街谷寬高比例入手,通過(guò)調(diào)研、分析以及能耗模擬,研究街谷中街道寬度與建筑高度,建筑自身體型變化對(duì)綜合能耗的影響,以及不同朝向商業(yè)街的微氣候特征對(duì)于提升空氣質(zhì)量的,增加舒適度的影響。

        關(guān)鍵詞:傳統(tǒng)商業(yè)街街谷; 寬高比; 非對(duì)稱街谷

        1.引言

        隨著文化產(chǎn)業(yè)的復(fù)興與發(fā)展,國(guó)內(nèi)較多文化資源豐富的城市開(kāi)始進(jìn)行城市的歷史文化挖掘與更新。商業(yè)街道是城市最有活力的空間形式和經(jīng)濟(jì)載體。因此,飽含文化與商業(yè)氣息的傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)的改造及復(fù)建成為此類工作的重要部分。在設(shè)計(jì)與建造的過(guò)程中,其內(nèi)部自身空間形態(tài)和布局將會(huì)與建筑能耗發(fā)生耦合關(guān)系并相互作用,通過(guò)微氣候的營(yíng)造以及能耗的合理規(guī)避,以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和低碳的目標(biāo),并提高人群在商業(yè)街內(nèi)部的舒適度的同時(shí)通過(guò)風(fēng)場(chǎng)的疏導(dǎo)以降低該區(qū)域的污染程度。

        2. 傳統(tǒng)商業(yè)空間形態(tài)特征

        傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)作為傳統(tǒng)文化的重要組成部分,空間形態(tài)特征除了滿足當(dāng)?shù)靥赜械淖匀画h(huán)境要求外,還受到當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)人文,風(fēng)俗習(xí)慣等因素的影響,因此具有較為鮮明的地域建筑風(fēng)格及特征。在傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)的特有的物理環(huán)境研究中,本文簡(jiǎn)化建筑元素的復(fù)雜性,構(gòu)建沿街建筑物高度H以及街道寬度D的比例為特征模型來(lái)進(jìn)行量化參照研究。

        2.1 商業(yè)寬高比例特征

        蘆原義信在《外部空間設(shè)計(jì)》一文中定義了構(gòu)成街道空間的街道底界面的寬度與沿街側(cè)界面建筑的高度的比值(D/H),其比值是保證街道空間尺度均衡,是體現(xiàn)街道中的人的開(kāi)放感和圍合感的重要指標(biāo)。當(dāng)街道空間D/H小于l時(shí)圍合感越強(qiáng),D/H值越大于1時(shí)街道的開(kāi)放感越強(qiáng),D/H=l.2~2時(shí),產(chǎn)生舒適的圍合感;D/H大于2時(shí),產(chǎn)生開(kāi)闊感;D/H>3時(shí),產(chǎn)生空曠感。本文通過(guò)調(diào)研古城西安、成都、南京、蘇州等地的傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)的寬高比例(表1),發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)研究數(shù)值集中于0.5~1.5范圍內(nèi),得出商業(yè)街內(nèi)聚性較好,空間尺度適宜。

        3.傳統(tǒng)街區(qū)不同形式建筑的能耗分析

        本文通過(guò)對(duì)于構(gòu)成街區(qū)形態(tài)框架的單體建筑進(jìn)行研究,評(píng)價(jià)在街區(qū)修復(fù)或重建時(shí),選擇能耗較低的建筑體型為目標(biāo)。以古城西安為研究地,西安位于寒冷地區(qū),冬季以保溫為主,主要為采暖能耗,建筑外部熱源的太陽(yáng)輻射獲得量主要與建筑布局形態(tài),周?chē)h(huán)境長(zhǎng)波輻射等相關(guān)。建筑物內(nèi)部存在著建筑照明、人體,設(shè)備等室內(nèi)熱源與住宅建筑室內(nèi)空氣發(fā)生對(duì)流與輻射的熱傳遞過(guò)程。建筑內(nèi)擾在熱傳遞過(guò)程中總是要傳遞到圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面,而室外氣象條件總是首先作用于建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外表面,建筑內(nèi)擾與建筑外擾兩種作用形式是同時(shí)存在,獨(dú)立傳遞而又相互迭加,相互影響。不同的建筑外表面從抵御內(nèi)外溫度振幅以及內(nèi)外界面尺寸方面,就會(huì)對(duì)建筑的全年能耗產(chǎn)生一定影響。本文假定待研究的傳統(tǒng)商業(yè)街D/H=1.2,并以此作為研究傳統(tǒng)商業(yè)街的空間物理特征的基本研究模型,設(shè)定商業(yè)街東西向,商業(yè)建筑為南北向,假設(shè)南側(cè)建筑為條式建筑,北側(cè)建筑的體形輪廓進(jìn)行相應(yīng)變化,由此建立Dest模型建立如圖(圖1)計(jì)算能耗特征的。

        擬定(n1)、(n2)、(n3)三種不同外部形態(tài)的建筑作為研究對(duì)象,通過(guò)從圖形變化中可以看出建筑物耗冷量指標(biāo)隨著建筑物出風(fēng)口方向的改變,發(fā)生較規(guī)律的下降趨勢(shì)變化。在建筑物耗冷量指標(biāo)中,當(dāng)進(jìn)風(fēng)口由東邊逐漸過(guò)渡到西邊,能耗降低。并且,建筑物的進(jìn)風(fēng)口開(kāi)口比例越大,建筑物耗冷量指標(biāo)越大,兩者呈正相關(guān)變化。在數(shù)據(jù)比對(duì)中,當(dāng)建筑物的A:Lmid:B相對(duì)比例使建筑物呈三面圍合式布置時(shí),由于伸出段對(duì)于太陽(yáng)輻射的相對(duì)遮擋,建筑物的北向受熱面積最小,且建筑物的迎風(fēng)面面積最小,在建筑物的東西向建筑中向內(nèi)的面有永久陰影面的存在,減少了建筑物的太陽(yáng)輻射溫升現(xiàn)象,同時(shí)在三面圍合區(qū)內(nèi),有溫度較低區(qū)域的產(chǎn)生,從而促進(jìn)熱壓風(fēng)場(chǎng)形成的可能。當(dāng)建筑物相對(duì)比例為Z:1:0.5時(shí)(z為0長(zhǎng)度),建筑的能耗在耗冷量和耗熱量指標(biāo)變化趨勢(shì)上最穩(wěn)定,并可以作為同比情況下最優(yōu)推薦,圖示n2情況。

        4.傳統(tǒng)街區(qū)街谷內(nèi)微氣候特征

        傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)的構(gòu)成通常存在若干條路網(wǎng)交織的情況,街谷微氣候的形成與太陽(yáng)輻射強(qiáng)度所造成的空氣溫度的時(shí)間演變和空間分布、以及街谷內(nèi)部的氣流狀況與街區(qū)的建筑密度、建筑排列方式有關(guān)。并且與街谷的幾何特征、走向界面朝向、街區(qū)下墊面以及來(lái)風(fēng)方向都有較大的關(guān)聯(lián)。本文通過(guò)對(duì)西安市回民街(南-北走向、對(duì)稱街谷)、書(shū)院門(mén)(東-西走向、非對(duì)稱街谷)兩條傳統(tǒng)商業(yè)街的物理環(huán)境分析,重點(diǎn)研究以下兩方面內(nèi)容。

        4.1非對(duì)稱街谷的物理環(huán)境特征

        當(dāng)選擇建筑物相對(duì)比例為Z:1:0.5,商業(yè)街外部空間幾何結(jié)構(gòu)則為非對(duì)稱形式。此時(shí),街谷外部大氣平流進(jìn)入街谷內(nèi)部時(shí),接近放大的非對(duì)稱區(qū)域時(shí),峽管狀態(tài)突變,會(huì)在街谷放大區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)湍流。三維方向的湍流漩渦將沿著墻面向上部遷移,湍流的輸運(yùn)作用使得街道峽谷內(nèi)空氣與外界空氣進(jìn)行交換,提高污染物的擴(kuò)散速度,改善峽谷內(nèi)的空氣質(zhì)量。因此,沿街建筑在局部地區(qū)放大,對(duì)于提高污染散發(fā)速度有利。

        4.2不同朝向街谷的物理環(huán)境特征

        西安地區(qū)城市的傳統(tǒng)街區(qū)較多以格網(wǎng)形式存在,會(huì)呈現(xiàn)出不同朝向的街谷的工況,在太陽(yáng)輻射下,處于太陽(yáng)直射輻射區(qū)域的空氣溫度會(huì)隨著建筑的高度產(chǎn)生較大分層差異,而在建筑遮擋區(qū)域的街谷部分,因?yàn)榭諝鉁囟仍鰷責(zé)嵩礊榻犹?yáng)散射輻射,并且隨著建筑密集程度增多的太陽(yáng)輻射反射次數(shù)的變化,其空氣溫度隨高度分層現(xiàn)象并不明顯。在東-西走向的街區(qū),因?yàn)樵谙募竞投居捎谔?yáng)高度角的不同,街道南側(cè)建筑對(duì)于街谷的遮擋效應(yīng)造成街谷中所獲得的太陽(yáng)輻射在不同時(shí)間段存在較大的差異,相應(yīng)得知,遮蔽效應(yīng)對(duì)于南北走向的街道太陽(yáng)輻射影響不大。

        5.結(jié)論

        傳統(tǒng)商業(yè)街作為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有效組成部分,其物理環(huán)境的研究與改善對(duì)于提高商業(yè)街區(qū)內(nèi)部使用舒適度,以及建筑能耗有著重要影響。本文從街谷寬高比例著手,通過(guò)分析調(diào)研,研究在一定寬高比例下,建筑體型變化對(duì)能耗的影響,以及不同朝向商業(yè)街的風(fēng)環(huán)境對(duì)于污染物的影響,主要結(jié)論如下:

        5.1傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)道路寬度D/建筑高度H接近1.2時(shí),對(duì)空間舒適度以及減少建筑能耗有利。

        5.2街道兩側(cè)建筑布局采用非對(duì)稱形式的幾何結(jié)構(gòu),街谷內(nèi)污染物濃度由于湍流作用而大大降低,空氣質(zhì)量得到較大改善。

        5.3南-北走向相對(duì)于東西走向的街谷所吸收的太陽(yáng)輻射量在冬夏兩季的差異小。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 趙敬源、劉加平.城市街谷綠化的動(dòng)態(tài)熱效應(yīng) [J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào),2009.第30卷(第8期),1013-1017.

        [2] Mayer H,Holst J,Dostal P,et al.Human thermal comfort in summer within an urban street canyon in Central Europe.Meteorol:Zeitschrift 17,2008

        [3] 鐘珂、亢燕銘.城市街谷中的物理微環(huán)境.西北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào),1998(4):15-23

        [4] 錢(qián)利.城市商業(yè)街道空間尺度分析研究[D].西安:西安建筑科技大學(xué),2010

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        [6] 王振.綠色城市街區(qū)-基于城市微氣候的街區(qū)層峽設(shè)計(jì)研究[M].南京:東南大學(xué)出版社,2010

        [7] I Eliasson.Urban climate related to street geometry:[PhD the-sis].[S.L.]:University of Gothenburg,1993.33

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        【基金項(xiàng)目】國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51178050)

        【文章編號(hào)】1627-6868(2014)08-0011-02

        摘 要:傳統(tǒng)商業(yè)街作為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有效組成部分,其物理環(huán)境的研究與改善對(duì)于提高商業(yè)街區(qū)內(nèi)部使用舒適度,以及建筑能耗有著重要影響。本文從傳統(tǒng)商業(yè)特征所形成的街谷寬高比例入手,通過(guò)調(diào)研、分析以及能耗模擬,研究街谷中街道寬度與建筑高度,建筑自身體型變化對(duì)綜合能耗的影響,以及不同朝向商業(yè)街的微氣候特征對(duì)于提升空氣質(zhì)量的,增加舒適度的影響。

        關(guān)鍵詞:傳統(tǒng)商業(yè)街街谷; 寬高比; 非對(duì)稱街谷

        1.引言

        隨著文化產(chǎn)業(yè)的復(fù)興與發(fā)展,國(guó)內(nèi)較多文化資源豐富的城市開(kāi)始進(jìn)行城市的歷史文化挖掘與更新。商業(yè)街道是城市最有活力的空間形式和經(jīng)濟(jì)載體。因此,飽含文化與商業(yè)氣息的傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)的改造及復(fù)建成為此類工作的重要部分。在設(shè)計(jì)與建造的過(guò)程中,其內(nèi)部自身空間形態(tài)和布局將會(huì)與建筑能耗發(fā)生耦合關(guān)系并相互作用,通過(guò)微氣候的營(yíng)造以及能耗的合理規(guī)避,以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和低碳的目標(biāo),并提高人群在商業(yè)街內(nèi)部的舒適度的同時(shí)通過(guò)風(fēng)場(chǎng)的疏導(dǎo)以降低該區(qū)域的污染程度。

        2. 傳統(tǒng)商業(yè)空間形態(tài)特征

        傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)作為傳統(tǒng)文化的重要組成部分,空間形態(tài)特征除了滿足當(dāng)?shù)靥赜械淖匀画h(huán)境要求外,還受到當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)人文,風(fēng)俗習(xí)慣等因素的影響,因此具有較為鮮明的地域建筑風(fēng)格及特征。在傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)的特有的物理環(huán)境研究中,本文簡(jiǎn)化建筑元素的復(fù)雜性,構(gòu)建沿街建筑物高度H以及街道寬度D的比例為特征模型來(lái)進(jìn)行量化參照研究。

        2.1 商業(yè)寬高比例特征

        蘆原義信在《外部空間設(shè)計(jì)》一文中定義了構(gòu)成街道空間的街道底界面的寬度與沿街側(cè)界面建筑的高度的比值(D/H),其比值是保證街道空間尺度均衡,是體現(xiàn)街道中的人的開(kāi)放感和圍合感的重要指標(biāo)。當(dāng)街道空間D/H小于l時(shí)圍合感越強(qiáng),D/H值越大于1時(shí)街道的開(kāi)放感越強(qiáng),D/H=l.2~2時(shí),產(chǎn)生舒適的圍合感;D/H大于2時(shí),產(chǎn)生開(kāi)闊感;D/H>3時(shí),產(chǎn)生空曠感。本文通過(guò)調(diào)研古城西安、成都、南京、蘇州等地的傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)的寬高比例(表1),發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)研究數(shù)值集中于0.5~1.5范圍內(nèi),得出商業(yè)街內(nèi)聚性較好,空間尺度適宜。

        3.傳統(tǒng)街區(qū)不同形式建筑的能耗分析

        本文通過(guò)對(duì)于構(gòu)成街區(qū)形態(tài)框架的單體建筑進(jìn)行研究,評(píng)價(jià)在街區(qū)修復(fù)或重建時(shí),選擇能耗較低的建筑體型為目標(biāo)。以古城西安為研究地,西安位于寒冷地區(qū),冬季以保溫為主,主要為采暖能耗,建筑外部熱源的太陽(yáng)輻射獲得量主要與建筑布局形態(tài),周?chē)h(huán)境長(zhǎng)波輻射等相關(guān)。建筑物內(nèi)部存在著建筑照明、人體,設(shè)備等室內(nèi)熱源與住宅建筑室內(nèi)空氣發(fā)生對(duì)流與輻射的熱傳遞過(guò)程。建筑內(nèi)擾在熱傳遞過(guò)程中總是要傳遞到圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面,而室外氣象條件總是首先作用于建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外表面,建筑內(nèi)擾與建筑外擾兩種作用形式是同時(shí)存在,獨(dú)立傳遞而又相互迭加,相互影響。不同的建筑外表面從抵御內(nèi)外溫度振幅以及內(nèi)外界面尺寸方面,就會(huì)對(duì)建筑的全年能耗產(chǎn)生一定影響。本文假定待研究的傳統(tǒng)商業(yè)街D/H=1.2,并以此作為研究傳統(tǒng)商業(yè)街的空間物理特征的基本研究模型,設(shè)定商業(yè)街東西向,商業(yè)建筑為南北向,假設(shè)南側(cè)建筑為條式建筑,北側(cè)建筑的體形輪廓進(jìn)行相應(yīng)變化,由此建立Dest模型建立如圖(圖1)計(jì)算能耗特征的。

        擬定(n1)、(n2)、(n3)三種不同外部形態(tài)的建筑作為研究對(duì)象,通過(guò)從圖形變化中可以看出建筑物耗冷量指標(biāo)隨著建筑物出風(fēng)口方向的改變,發(fā)生較規(guī)律的下降趨勢(shì)變化。在建筑物耗冷量指標(biāo)中,當(dāng)進(jìn)風(fēng)口由東邊逐漸過(guò)渡到西邊,能耗降低。并且,建筑物的進(jìn)風(fēng)口開(kāi)口比例越大,建筑物耗冷量指標(biāo)越大,兩者呈正相關(guān)變化。在數(shù)據(jù)比對(duì)中,當(dāng)建筑物的A:Lmid:B相對(duì)比例使建筑物呈三面圍合式布置時(shí),由于伸出段對(duì)于太陽(yáng)輻射的相對(duì)遮擋,建筑物的北向受熱面積最小,且建筑物的迎風(fēng)面面積最小,在建筑物的東西向建筑中向內(nèi)的面有永久陰影面的存在,減少了建筑物的太陽(yáng)輻射溫升現(xiàn)象,同時(shí)在三面圍合區(qū)內(nèi),有溫度較低區(qū)域的產(chǎn)生,從而促進(jìn)熱壓風(fēng)場(chǎng)形成的可能。當(dāng)建筑物相對(duì)比例為Z:1:0.5時(shí)(z為0長(zhǎng)度),建筑的能耗在耗冷量和耗熱量指標(biāo)變化趨勢(shì)上最穩(wěn)定,并可以作為同比情況下最優(yōu)推薦,圖示n2情況。

        4.傳統(tǒng)街區(qū)街谷內(nèi)微氣候特征

        傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)的構(gòu)成通常存在若干條路網(wǎng)交織的情況,街谷微氣候的形成與太陽(yáng)輻射強(qiáng)度所造成的空氣溫度的時(shí)間演變和空間分布、以及街谷內(nèi)部的氣流狀況與街區(qū)的建筑密度、建筑排列方式有關(guān)。并且與街谷的幾何特征、走向界面朝向、街區(qū)下墊面以及來(lái)風(fēng)方向都有較大的關(guān)聯(lián)。本文通過(guò)對(duì)西安市回民街(南-北走向、對(duì)稱街谷)、書(shū)院門(mén)(東-西走向、非對(duì)稱街谷)兩條傳統(tǒng)商業(yè)街的物理環(huán)境分析,重點(diǎn)研究以下兩方面內(nèi)容。

        4.1非對(duì)稱街谷的物理環(huán)境特征

        當(dāng)選擇建筑物相對(duì)比例為Z:1:0.5,商業(yè)街外部空間幾何結(jié)構(gòu)則為非對(duì)稱形式。此時(shí),街谷外部大氣平流進(jìn)入街谷內(nèi)部時(shí),接近放大的非對(duì)稱區(qū)域時(shí),峽管狀態(tài)突變,會(huì)在街谷放大區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)湍流。三維方向的湍流漩渦將沿著墻面向上部遷移,湍流的輸運(yùn)作用使得街道峽谷內(nèi)空氣與外界空氣進(jìn)行交換,提高污染物的擴(kuò)散速度,改善峽谷內(nèi)的空氣質(zhì)量。因此,沿街建筑在局部地區(qū)放大,對(duì)于提高污染散發(fā)速度有利。

        4.2不同朝向街谷的物理環(huán)境特征

        西安地區(qū)城市的傳統(tǒng)街區(qū)較多以格網(wǎng)形式存在,會(huì)呈現(xiàn)出不同朝向的街谷的工況,在太陽(yáng)輻射下,處于太陽(yáng)直射輻射區(qū)域的空氣溫度會(huì)隨著建筑的高度產(chǎn)生較大分層差異,而在建筑遮擋區(qū)域的街谷部分,因?yàn)榭諝鉁囟仍鰷責(zé)嵩礊榻犹?yáng)散射輻射,并且隨著建筑密集程度增多的太陽(yáng)輻射反射次數(shù)的變化,其空氣溫度隨高度分層現(xiàn)象并不明顯。在東-西走向的街區(qū),因?yàn)樵谙募竞投居捎谔?yáng)高度角的不同,街道南側(cè)建筑對(duì)于街谷的遮擋效應(yīng)造成街谷中所獲得的太陽(yáng)輻射在不同時(shí)間段存在較大的差異,相應(yīng)得知,遮蔽效應(yīng)對(duì)于南北走向的街道太陽(yáng)輻射影響不大。

        5.結(jié)論

        傳統(tǒng)商業(yè)街作為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有效組成部分,其物理環(huán)境的研究與改善對(duì)于提高商業(yè)街區(qū)內(nèi)部使用舒適度,以及建筑能耗有著重要影響。本文從街谷寬高比例著手,通過(guò)分析調(diào)研,研究在一定寬高比例下,建筑體型變化對(duì)能耗的影響,以及不同朝向商業(yè)街的風(fēng)環(huán)境對(duì)于污染物的影響,主要結(jié)論如下:

        5.1傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)道路寬度D/建筑高度H接近1.2時(shí),對(duì)空間舒適度以及減少建筑能耗有利。

        5.2街道兩側(cè)建筑布局采用非對(duì)稱形式的幾何結(jié)構(gòu),街谷內(nèi)污染物濃度由于湍流作用而大大降低,空氣質(zhì)量得到較大改善。

        5.3南-北走向相對(duì)于東西走向的街谷所吸收的太陽(yáng)輻射量在冬夏兩季的差異小。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 趙敬源、劉加平.城市街谷綠化的動(dòng)態(tài)熱效應(yīng) [J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào),2009.第30卷(第8期),1013-1017.

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        【基金項(xiàng)目】國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51178050)

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