摘要：依据夏热冬冷地区的气候特点,使用Ecotect中的其后分析软件Weather Tool对湖南某居住小区进行气候分析。基于对太阳辐射分析得出南偏东10°是该小区最适宜的建筑朝向、采用蒸发降温和高蓄热性能材料的被动式策略可有效增加室内热舒适范围，在项目用地南侧建筑应相对设计得低矮以保证小区内部风道畅通。
关键词：气候策略；小区规划；设计分析
1、引言
随着我国城市化进程的加快，出现了自然环境恶化、城市热岛、建筑能耗激增等城市生活问题[1]。夏热冬冷地区最显著的气候特点是夏季炎热、太阳辐射强，冬季湿冷、雨量多。《民用建筑设计通则》中对夏热冬冷地区的建筑基本要求中的首要要求就是建筑物必须满足夏季防热、遮阳、通风降温要求，在冬季应兼顾防寒保暖[2]。建筑的夏季防热与冬季保温是一个矛盾的问题，最优的建筑设计规划方案应考虑到该地区的气候背景。夏热冬冷地区的居住建筑均受到夏季和冬季的气候影响，室内人体舒适环境的低能耗、低成本营造是可持续建筑设计的重点与难点区域。在居住小区规划阶段进行气候分析，依据分析结果对小区进行规划设计并结合被动式设计可有效减少建筑使用能耗[3]。本文使用Ecotect中的气候分析工具——Weather Tool，对湖南某小区进行前期规划阶段的设计分析，该软件的气候数据来源于国家气象局发布的气象数据[4]。
2、基于太阳辐射分析的建筑朝向
传统的建筑规划方法基于经验设计，虽有其科学指导性，但具体地区的太阳辐射在强度、时长都有其地域性，需要更为精确的数据支撑作为设计指导。基于当地气候，对项目所在场地建筑的各立面进行全年的太阳辐射量对比分析，根据各立面最冷季节和最热季节各立面的太阳辐射量，确定当地建筑的最佳朝向，可使建筑在规划设计阶段就有良好的朝向参考。红色区域代表夏季室内需防热的时期，蓝色区域表示冬季室内建议采暖的时期，黄色粗实线表示平均太阳辐射量，黄色细线表示全年逐时太阳辐射强度。
项目所在地建筑东西立面在夏季受到非常强烈的太阳光辐射，而其在冬季所受太阳光辐射还不及南北立面。南立面全年最高接受太阳光辐射在9月，北立面全年接受的太阳光辐射较平均。因此，应该尽量避免在建筑物的东西立面上大面积开窗或设置玻璃幕墙。
该地区全年接受太阳辐射量最多的朝向是东偏南20°，寒冷季节接受太阳辐射强度最大的朝向是南偏东10°，炎热季节接受太阳辐射强度最大的朝向是东偏南2°。依据建筑各立面全年接受太阳辐射强度，考虑炎热季节接受太阳辐射要较低、寒冷季节需要太阳辐射强度高的综合原因，确定出南偏东10°是该地区的建筑最佳朝向，最不利的建筑朝向是东偏北7°。因此在小区建筑规划布局时，建筑朝向尽量靠近最佳朝向南偏东10°，将使用要求低的房间如厨房、卫生间布置于朝向不佳的方向。
3、基于焓湿图分析的室内热环境
依据当地气候特征，使用软件对建筑的主动、被动式设计策略进行分析。衡量各种主动、被动设计手段在本地区的效率高低，尤其是被动式策略在不适用机械设备的情况下即可达到增加室内热舒适的效果，是夏热冬冷地区实现建筑节能及可持续设计的恰当策略。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆空气温度、空气湿度、大气压力、水蒸气分压力，焓湿图可直观的看出空气的冷热程度、干湿程度、舒适区域范围和目前技术使用情况距离舒适区域的偏离程度，各颜色多边形的范围大小代表了室内舒适区面积大小，舒适区面积越大表示建筑抵抗室外热环境波动能力越强。
采用了被动式太阳能采暖后，热舒适范围增加的面积很少。因此，以阳光房为代表的被动式太阳能采暖设计并不适用于株洲地区。而图8采用蒸发散热技术和图9采用高蓄热性能材料可以看出，在采用蒸发技术和蓄热性能好的材料的被动式设计后，室内热舒适范围面积有明显的增加，蒸发和蓄热性能好的材料可使室内热舒适范围有效增大。
此方案中采用了3种被动式技术的结合（蓄热性能好的材料夜间降温措施、间接蒸发降温、自然通风），其室内热舒适范围与图11采用了6种被动式技术（太阳能采暖、自然通风、蓄热性能好的材料、直接蒸发降温、间接蒸发降温、蓄热性能好的材料加夜间通风）相比，两图中的室内热舒适范围围合面积差别不大。说明采用蓄热性能好的材料、和间接降温蒸发和自然通风措施的被动式技术是对该小区最经济合理的被动式设计策略。另一方面，在设计策略逐月效率比较。黄色柱体表示未采用被动式技术时的热舒适百分比，红色柱体表示采用被动式技术后的热舒适百分比。对比两图来看，两种被动式设计组合方式在技术效率上的差别非常微小，因此可得出适合于该小区的被动式技术就是采用高热阻围护结构材料夜间通风、间接蒸发降温和自然通风的被动式技术设计组合。红色柱体与黄色柱体高度差距最大的月份是4月、5月、6月和9月、10月、11月，表明在过渡季节，株洲地区建筑的被动式技术可有效调节室内环境舒适度。可以看出以上被动式设计措施在1月和2月的寒冷冬季几乎不起作用，因此在采暖得热方面需要依靠主动式技术的补充设计。
4、基于风频风速的自然通风策略
图14为本项目所在地1~12月的风频风向图。由图可知，场地在12月至次年2月的主要风向为正西北风，风速基本在30km/h以上；6月、7月的主要风向为南风，风速为35km/h左右。因此，应根据风频风向图在规划设计时合理组织小区内部风道。由于夏季主导风向为南风，在南风风向上尽量使建筑物不成为风流通道上的障碍，建筑应相对低矮，保证小区内部风道畅通，带走高温空气，保持小区内宜人的温度。冬季主导风向为西北风，在小区内的高层应设计在西北处，冬季在风流通道上尽量多采用阻隔屏障，降低风速的同时保证小区内部热量不被寒风吹走。
5、总结
在项目初期的规划设计阶段引入气候分析，可有效采用适合该地区的被动式设计策略。利用Weather Tool软件，可满足项目在前期规划设计和方案设计涉及的应对气候的节能问题。通过以上分析可得出项目小区南偏东10°是小区内建筑的最佳朝向。采取蓄热性能好的材料、蒸发降温、自然通风结合是该小区最优的被动式设计策略。夏季主导风向是正南风，冬季主导风向是西北风，较低矮的建筑布置在小区南侧、较高的建筑布置在小区的西侧和北侧可有效组织小区内部适宜的风环境。
参考文献：
[1]沈清基,张鑫,周原田.城市危机:特征、影响变量及表现剖析——基于生态环境危机的视角[J].城市规划学刊,2012(06):23-33.
[2]本社. JGJ1342001夏热冬冷地区居住建筑节能设计标准[M]. 中国建筑工业出版社, 2001. [3]李楠, 杨柳, 刘亚飞. 居住建筑被动降温节能效应分析[J]. 建筑技术, 2014, 45(8):743-746.
[4]中国气象局，清华大学．中国建筑热环境分析专用气象数据集[M]．北京：中国建筑工业出版社，2005．
论文作者:金国卿1,金蓉2,付建湘3
论文发表刊物:《基层建设》2018年第32期
论文发表时间:2018/12/24
标签：被动式论文; 建筑论文; 蓄热论文; 太阳论文; 朝向论文; 小区论文; 气候论文; 《基层建设》2018年第32期论文;