文/廣州市城市規(guī)劃勘測設計研究院 聶危蕭

0 引言

在全球變暖與城市熱島效應的疊加影響下，城市微氣候環(huán)境與人類居住需求逐漸脫節(jié)，成為建設宜居城市與健康城市的掣肘。居住區(qū)是居民使用時間最長的生活場所，良好的物理環(huán)境是提高居民活動意愿、增強居住區(qū)活力的物質(zhì)前提。居住區(qū)微氣候環(huán)境雖無法脫離區(qū)域自然氣候環(huán)境，但表面材質(zhì)、建筑布局、空間形態(tài)等人工環(huán)境屬性卻深刻影響居住區(qū)的局地環(huán)流和熱力傳輸交換。通過精細化的規(guī)劃設計適應自然氣候變化，融合氣候與城市治理手段，提升住區(qū)氣候舒適性，改善居民生活環(huán)境質(zhì)量與空間品質(zhì)，成為居住區(qū)規(guī)劃的重要課題。

廣州市是全球亞熱帶地區(qū)人口與經(jīng)濟活動最集中、規(guī)模最大的城市之一，通風散熱難度大，城市熱島問題嚴重，屬于典型“夏熱冬暖”地區(qū)。當?shù)貧夂蚴孢m性較差，全年僅21.9%的時間適合在開敞戶外空間活動?！巴L、散熱”是最適合廣州濕熱環(huán)境的被動式設計策略，可有效改善城市的熱舒適環(huán)境[1]。針對廣州濕熱環(huán)境開展氣候適應性設計研究將從傳統(tǒng)制冷工業(yè)單一視角向城市綜合視角轉(zhuǎn)變，探尋更高效、可持續(xù)的微氣候舒適性提升方案。

1 氣候適應性設計的研究進展

規(guī)劃設計中的氣候適應性思想最初起源于以阿爾托等為代表的地方主義思想，主張設計應結(jié)合地理、氣候及文化因素，且在建筑設計方面率先發(fā)展，形成較成熟的生物氣候建筑設計理念。其他類似概念，如氣候設計、氣候適應設計、氣候敏感設計、氣候意識設計及被動式設計等，皆是對利用氣候資源實現(xiàn)節(jié)能建筑設計的概括性描述，其核心理念一致。20世紀90年代，GIVONI B[2]將此研究拓展到城市設計領域，其著作《建筑和城市設計中的氣候考慮》系統(tǒng)分析氣候成因及城市、建筑影響因素，并針對不同氣候區(qū)域提出建筑及城市設計策略。隨后，在適應地域氣候的城市規(guī)劃設計領域，不斷有學者將建筑學氣候設計理念嫁接到城市規(guī)劃設計領域，積極探索適應氣候影響的城市規(guī)劃設計對策，以創(chuàng)造生態(tài)宜居的城市空間環(huán)境。如ERELL E[3]在探討氣候?qū)W家和城市規(guī)劃師之間的關(guān)系后，設計氣候意識性城市規(guī)劃的方法框架，在規(guī)劃過程中應用氣候知識，說明其目標及局限性。MILLSA G等[4]提出基于氣候規(guī)劃，提升城市氣候觀察手段和數(shù)據(jù)，加強對地方、區(qū)域和全球氣候之間聯(lián)系的理解，以開發(fā)實際規(guī)劃應用，向氣象工作者和城市決策者傳播城市氣候知識和規(guī)劃知識。

眾多學者針對特定氣候類型，在適應不同地域氣候環(huán)境策略方面提出針對性的規(guī)劃設計框架，如EMMANUEL R[5]詳細分析熱帶地區(qū)氣候敏感性規(guī)劃策略及交通規(guī)劃指引。THANI S等[6]等以溫熱氣候為例，從局地和微觀尺度探討通過景觀設計改善城市熱舒適度的方法。冷紅等[7]在氣候城市設計框架下，以寒地城市為例，在分析氣候因素對城市規(guī)劃設計影響的基礎上，從宏觀、中觀和微觀3個層面剖析不同階段的氣候城市設計對策。徐小東等[8]提出基于生物氣候條件的綠色城市設計概念，分別針對冬冷夏熱地區(qū)、濕熱地區(qū)、干熱地區(qū)，通過生物氣候要素、自然要素和人工要素的整合，形成適應不同規(guī)模尺度和氣候條件的城市設計策略。

2 廣州市南沙區(qū)府前花園小區(qū)的氣候適應性設計

以廣州市南沙區(qū)府前花園小區(qū)為研究對象，小區(qū)位于南沙區(qū)豐澤西路與鳳凰大道交界處，蕉門水道北部、蕉門河西側(cè)。地塊南面、西面、北面均為非建設用地。府前花園規(guī)劃用地面積約13.5hm2，屬于典型的住宅小區(qū)；規(guī)劃容積率約2.0，建筑密度約25%，綠地率約30%，建筑以中高層為主，平均住宅層數(shù)為15層，是我國新建住宅小區(qū)的典型代表。

2.1 情景方案模擬

2.1.1 模擬方法

針對廣州濕熱地區(qū)特點，參照JGJ 286—2013《城市居住區(qū)熱環(huán)境設計標準》，選用CTTC模型進行模擬試驗。CTTC參數(shù)模型是建立在熱平衡基礎上，使用建筑群熱時間常數(shù)方法計算局部建筑環(huán)境的空氣溫度隨外界熱量擾動變化情況，并對平均氣溫、平均熱島強度、最高WGBT指標進行綜合評價。WBGT指數(shù)即濕球黑球溫度，是綜合評價人體接觸作業(yè)環(huán)境熱負荷的基本參量，由黑球、自然濕球、干球3部分溫度構(gòu)成，綜合考慮空氣溫度、風速、空氣濕度和輻射熱4個因素。

2.1.2 情景設置

按容積率2.0、建筑密度30%、綠地率30%的規(guī)劃設計條件，設計條狀組團布局、建筑高度均高、不架空、30%綠地率、2棵喬木/100m2綠地的基準模型。在保持容積率2.0不變的情況下，從建筑布局方式、架空情況、綠化情況、喬木配植和建筑高度5個方面入手構(gòu)建規(guī)劃情景方案（見表1，圖1）。

表1 規(guī)劃情景方案參數(shù)

圖1 規(guī)劃情景方案

2.1.3 結(jié)果分析

條狀組團式布局較點式組團式布局更有利于改善氣候舒適性。方案1條狀組團式布局較方案2點式組團式布局全天平均氣溫更低，平均熱島強度低，WBGT值低。條狀組團布局更加圍合，使太陽輻射入射量小于點式組團布局，導致氣溫較點式布局低。

南低北高的建筑高度布局并未明顯改善小區(qū)氣候舒適性。在建筑密度、容積率不變情況下，方案c南低北高建筑布局情景的熱島強度、WBGT值高于方案a的均高建筑布局情景。南低北高的建筑高度布置使住區(qū)南側(cè)更開敞，太陽輻射入射量大于均高建筑布局，導致氣溫較高于方案a均高布局。建筑高度對住區(qū)內(nèi)總體熱環(huán)境的影響還需更多理論、試驗及數(shù)值模擬討論。

建筑首層架空有利于改善氣候舒適性。在建筑密度、容積率不變情況下，方案d首層架空建筑情景下熱島強度、WBGT值低于不架空建筑情景。建筑底部架空可引進新風，改善建筑底部風環(huán)境，對于南方濕熱氣候具有良好適應性，尤其對人體活動范圍而言（即高1.5m的水平面）具有改善作用。

增加小區(qū)綠地率可改善小區(qū)內(nèi)的氣候舒適性。在建筑密度、容積率不變情況下，方案e綠地率40%規(guī)劃情景的熱島強度、WBGT值低于方案a綠地率30%規(guī)劃情景。綠地可吸收太陽輻射，所吸收的輻射能量大部分用于植物蒸騰及光合作用。綠地中的園林植物通過蒸騰作用，不斷從環(huán)境中吸收熱量，降低空氣溫度。

增加小區(qū)單位面積的喬木數(shù)量可改善小區(qū)內(nèi)的氣候舒適性。在建筑密度、容積率不變情況下，方案f較方案a全天平均氣溫低，平均熱島強度低，WBGT值高。喬木熱容更大，升溫速度較慢，在日間可起到穩(wěn)定小氣候作用；喬木的葉面積指數(shù)較大，可有效減少太陽輻射對地表照射，減少熱輸入，從而降低熱島效應；喬木蒸騰作用更強，不斷從環(huán)境中吸收熱量，可降低空氣溫度。

通過對6組規(guī)劃情景的熱環(huán)境模擬分析，優(yōu)化方案采用條狀組團的建筑布局形式，首層架空設計，40%綠地率，4.3棵喬木/100m2綠地，并結(jié)合盛行風向，在小區(qū)內(nèi)部規(guī)劃“東南-西北”的通風廊道。

3 結(jié)語

建立“模擬—設計”居住區(qū)氣候適應性設計技術(shù)體系，針對廣州濕熱環(huán)境，以南沙區(qū)典型新建居住小區(qū)為例，通過CTTC模型對情景方案進行模擬，從場地設計、建設布局與設計、住區(qū)外環(huán)境設計等層面集成居住區(qū)氣候適應性設計技術(shù)，形成居住區(qū)氣候適應性設計優(yōu)化方案。