熊海，劉彬

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶 400039）

0 引言

場(chǎng)地微氣候環(huán)境是指局部區(qū)域由于受場(chǎng)地狀況及周邊環(huán)境影響所形成的氣候環(huán)境。微氣候環(huán)境反映了場(chǎng)地的實(shí)際氣候環(huán)境情況，微氣候環(huán)境與氣象參數(shù)差異較大，了解不同區(qū)域的微氣候環(huán)境，可以因地制宜的進(jìn)行建筑的規(guī)劃設(shè)計(jì)。

1 傳統(tǒng)微氣候分析方法

微氣候環(huán)境包括了溫度、濕度、風(fēng)向風(fēng)速、日照等指標(biāo)，這些指標(biāo)與地區(qū)氣候參數(shù)有較大的差異，如氣象資料中的風(fēng)向是在平坦的場(chǎng)地中測(cè)得的不受周邊物體遮擋所形成的風(fēng)向及風(fēng)速。而實(shí)際微氣候環(huán)境下，局部地區(qū)由于地形，周邊建筑等環(huán)境的影響，形成了諸如由峽谷效應(yīng)導(dǎo)致的風(fēng)速加強(qiáng)，由上風(fēng)向遮擋所造成的下風(fēng)向無(wú)風(fēng)區(qū)，或渦旋區(qū)。在溫度方面，由于城市的生產(chǎn)生活，產(chǎn)生了大量的熱量，硬質(zhì)鋪裝與水體及綠地等環(huán)境對(duì)太陽(yáng)輻射的吸收率不同，散濕量不同，導(dǎo)致了城市熱濕環(huán)境的差異，有測(cè)試資料顯示夏季瀝青路面的溫度可能比綠地及水面附近的溫度高出20℃以上。

綜上所述，為了獲得對(duì)建筑設(shè)計(jì)起指導(dǎo)作用的微氣候環(huán)境，人們通過(guò)建立建筑模型，模擬太陽(yáng)軌跡，模擬風(fēng)向走動(dòng)，畫(huà)風(fēng)場(chǎng)圖等方式，來(lái)了解建筑的微氣候環(huán)境以指導(dǎo)設(shè)計(jì)。

2 目前微氣候分析方法的不足

傳統(tǒng)的微氣候分析方法耗時(shí)耗力，很難大面積推廣。20世紀(jì)90年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件來(lái)進(jìn)行微氣候環(huán)境的模擬得到了推廣應(yīng)用。人們可以通過(guò)CFD軟件來(lái)模擬風(fēng)環(huán)境，通過(guò)ecotect等軟件模擬采光，日照等環(huán)境，建筑設(shè)計(jì)師可以更方便地根據(jù)微氣候環(huán)境進(jìn)行場(chǎng)地設(shè)計(jì)。

但是目前采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)來(lái)分析場(chǎng)地微氣候環(huán)境的方法，在應(yīng)用中也有其局限性，例如風(fēng)環(huán)境模擬，一般僅在特定條件下進(jìn)行模擬，如采用夏季10%大風(fēng)下的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬，這樣的模擬結(jié)果并不能反應(yīng)全年的風(fēng)環(huán)境情況，即使做了四個(gè)季節(jié)的風(fēng)環(huán)境模擬，在實(shí)際應(yīng)用中也很難判斷最佳的風(fēng)環(huán)境條件。此外場(chǎng)地微氣候環(huán)境包括了日照、溫度、濕度等因素的影響，單一的對(duì)某個(gè)因素進(jìn)行分析，并不能全面的了解微氣候環(huán)境的好壞。如在冬季要求避風(fēng)，但是避風(fēng)的情況下，可能往往缺少日照，因此避風(fēng)的環(huán)境不一定是好的微氣候環(huán)境。因此綜合分析微氣候環(huán)境情況，才能清楚方便地指導(dǎo)建筑師進(jìn)行建筑場(chǎng)地設(shè)計(jì)。

3 場(chǎng)地微氣候綜合分析方法

綜合分析微氣候環(huán)境，可考慮建立一種指標(biāo)體系，通過(guò)指標(biāo)得分來(lái)分別判斷不同季節(jié)微氣候環(huán)境好壞，得分越高則微氣候環(huán)境越好。分析不同季節(jié)的微氣候環(huán)境指標(biāo)值后，再根據(jù)各季節(jié)在全年中所占的比重，對(duì)各季節(jié)微氣候環(huán)境指標(biāo)值進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，即可得到全年的微氣候指標(biāo)值，從而實(shí)現(xiàn)綜合評(píng)估場(chǎng)地微氣候環(huán)境。

4 場(chǎng)地微氣候綜合分析方法實(shí)施步驟

場(chǎng)地微氣候的綜合分析主要的實(shí)現(xiàn)方法分為以下幾個(gè)步驟：

（1）指標(biāo)體系建立

微氣候指標(biāo)選擇，根據(jù)氣候特點(diǎn)及對(duì)建筑環(huán)境影響的大小，選擇所考慮的微氣候指標(biāo)，如風(fēng)向，風(fēng)速，日照，溫度，噪聲等。這些微氣候指標(biāo)在不同地點(diǎn)的疊加即可得出一個(gè)綜合的微氣候環(huán)境指標(biāo)。對(duì)于一般的項(xiàng)目而言，日照、陰影，通風(fēng)及避風(fēng)這幾個(gè)指標(biāo)對(duì)微氣候環(huán)境具有重要影響。

微氣候指標(biāo)值確定，微氣候環(huán)境的得分高底，與所在區(qū)域的氣候條件有關(guān)，因此對(duì)于微氣候環(huán)境指標(biāo)的得分高底，應(yīng)詳細(xì)分析當(dāng)?shù)馗骷竟?jié)的氣候環(huán)境，結(jié)合熱舒適環(huán)境要求，來(lái)進(jìn)行綜合考慮確定。表1及表2是根據(jù)重慶地區(qū)氣候特點(diǎn)所暫定的日照及風(fēng)環(huán)境的微氣候指標(biāo)，春夏秋冬四個(gè)季節(jié)的日照陰影取冬至、夏至、春分與秋分四個(gè)典型日，風(fēng)環(huán)境分別取各季節(jié)典型風(fēng)向下平均風(fēng)速。所列指標(biāo)值考慮到重慶地區(qū)長(zhǎng)年濕度較大，日照偏低，夏熱冬冷的情況。冬季日照時(shí)間越長(zhǎng)越好，日照時(shí)長(zhǎng)越長(zhǎng)，指標(biāo)值越高，夏季則對(duì)日照的需求較少，但完全的陰影下也并不好，因此過(guò)多的日照和過(guò)少的日照指標(biāo)值均不高。冬季重慶地區(qū)僅需要微小的風(fēng)速，而在夏季濕熱的天氣，則要求較大的室外風(fēng)速，但風(fēng)速不應(yīng)大于5m/s，因此適當(dāng)?shù)娘L(fēng)速可以得到最高的指標(biāo)值，結(jié)合熱舒適度指標(biāo)值的相關(guān)要求，暫定了表1表2中的指標(biāo)值。所列指標(biāo)值可根據(jù)專家意見(jiàn)及相關(guān)調(diào)研情況進(jìn)行調(diào)整。

表1 日照時(shí)間指標(biāo)

表2 風(fēng)速指標(biāo)

（2） 模擬分析

在確定了微氣候指標(biāo)體系后，即需要具體分析場(chǎng)地的微氣候環(huán)境。在這里以重慶地區(qū)為例，利用ecotect模擬軟件，分析場(chǎng)地春夏秋冬四個(gè)季節(jié)的日照陰影情況，春夏秋冬四個(gè)季節(jié)的日照陰影取冬至、夏至、春分與秋分四個(gè)典型日，利用CFD軟件分析四個(gè)季節(jié)的風(fēng)環(huán)境情況，四個(gè)季節(jié)的風(fēng)環(huán)境分別取各季節(jié)典型風(fēng)向下平均風(fēng)速，圖1及圖2為某場(chǎng)地的冬季日照及風(fēng)環(huán)境模擬分析結(jié)果。

圖1 日照陰影

圖2 風(fēng)環(huán)境分析

（3）數(shù)據(jù)處理及圖形化分析結(jié)果

將四個(gè)季節(jié)的日照小時(shí)數(shù)及風(fēng)速資料提取出來(lái)，結(jié)合微氣候評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。利用Matlab軟件編程計(jì)算，得出場(chǎng)地的微氣候綜合指標(biāo)得分。綜合指標(biāo)的得分范圍為0～10分。在這里日照及風(fēng)速對(duì)微氣候環(huán)境指標(biāo)的權(quán)重暫定取1∶1，即權(quán)重系數(shù)均為0.5，權(quán)重比也可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。春夏秋冬各季節(jié)在全年的時(shí)間比重也按1∶1∶1∶1，即權(quán)重系數(shù)為0.25，季節(jié)權(quán)重系數(shù)也可根據(jù)春夏秋冬各季節(jié)實(shí)際所占時(shí)間進(jìn)行權(quán)重系數(shù)調(diào)節(jié)。

5 場(chǎng)地微氣候綜合分析實(shí)施案例

圖3是利用Matlab軟件編程計(jì)算了重慶地區(qū)一個(gè)丘陵場(chǎng)地的微氣候綜合指標(biāo)的案例。在這個(gè)實(shí)施例中，首先對(duì)場(chǎng)地四個(gè)季節(jié)主導(dǎo)風(fēng)向平均風(fēng)速下的風(fēng)環(huán)境進(jìn)行CFD模擬分析，得出各季節(jié)場(chǎng)地風(fēng)向及風(fēng)速指標(biāo)，如圖4和圖5所示，淺色部分為風(fēng)速較大的區(qū)域，模擬分析結(jié)果出來(lái)后，將風(fēng)向及風(fēng)速數(shù)據(jù)導(dǎo)入利用matlab軟件編寫(xiě)好的微氣候評(píng)價(jià)軟件中，得出地塊各區(qū)域?qū)?yīng)風(fēng)環(huán)境下微氣候環(huán)境指標(biāo)得分。利用ecotect軟件分析場(chǎng)地四個(gè)季節(jié)典型日，日照時(shí)間指標(biāo)值，然后將數(shù)據(jù)導(dǎo)入微氣候指標(biāo)評(píng)價(jià)軟件，得出各區(qū)域微氣候日照陰影指標(biāo)得分，最后利用網(wǎng)格統(tǒng)一劃分的方式將風(fēng)環(huán)境與日照指標(biāo)值進(jìn)行疊加，得出微氣候綜合指標(biāo)，得分越高的區(qū)域微氣候環(huán)境越好。

圖3 場(chǎng)地地形圖

圖4風(fēng)環(huán)境指標(biāo)

圖6 為該案例中地塊微氣候綜合指標(biāo)值，由此可清楚的知道場(chǎng)地微氣候環(huán)境狀態(tài)優(yōu)劣的分布，圖中淺色區(qū)域?yàn)檫m宜的微氣候區(qū)域，深色部分為微氣候環(huán)境較差的部分，這樣可以很方便地指導(dǎo)建筑場(chǎng)地設(shè)計(jì)，優(yōu)先選擇微氣候環(huán)境好的場(chǎng)地做為建筑選址進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

圖5 日照陰影指標(biāo)

圖6 微氣候綜合指標(biāo)

利用該指標(biāo)結(jié)果，也可應(yīng)用于場(chǎng)地景觀的設(shè)計(jì)，如植物配置分布的指導(dǎo)，活動(dòng)場(chǎng)地的布置設(shè)置等。

[1]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GBT 50785-2012民用建筑室內(nèi)熱濕環(huán)境評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2012.

[2]（美）諾伯特·萊希納.建筑師技術(shù)設(shè)計(jì)指南——采暖.降溫.照明[M].第二版.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004：279.

[3]建設(shè)部.GB/T 50378-2014，綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[4]楊柳.建筑氣候?qū)W[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010：10.