基于傳統商業街尺度變化的物理環境研究

吳曉冬

摘 要：傳統商業街作為城市經濟發展的有效組成部分，其物理環境的研究與改善對于提高商業街區內部使用舒適度，以及建筑能耗有著重要影響。本文從傳統商業特征所形成的街谷寬高比例入手，通過調研、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綜合能耗的影響，以及不同朝向商業街的微氣候特征對于提升空氣質量的，增加舒適度的影響。

關鍵詞：傳統商業街街谷； 寬高比； 非對稱街谷

【文章編號】1627-6868（2016）06-0018-02

Abstract： traditional commercial street as city economic development effective component， its physical environment research and improvement to improve the commercial block internal comfort， and has an important effect on building energy consumption. This article from the traditional commercial feature formed by the street canyon width height ratio of， through investigation， analysis and Simulation of energy consumption， on the street Valley Street width and height of building， building their own body size variation of comprehensive energy consumption， as well as the different commercial street microclimate characteristics to improve air quality， increase the comfort level of influence.

Key words： traditional commercial street Valley aspect ratio asymmetric Street Canyon

1.引言

隨著文化產業的復興與發展，國內較多文化資源豐富的城市開始進行城市的歷史文化挖掘與更新。商業街道是城市最有活力的空間形式和經濟載體。因此，飽含文化與商業氣息的傳統商業街區的改造及復建成為此類工作的重要部分。在設計與建造的過程中，其內部自身空間形態和布局將會與建筑能耗發生耦合關系并相互作用，通過微氣候的營造以及能耗的合理規避，以實現節能和低碳的目標，并提高人群在商業街內部的舒適度的同時通過風場的疏導以降低該區域的污染程度。

2. 傳統商業空間形態特征

傳統商業街區作為傳統文化的重要組成部分，空間形態特征除了滿足當地特有的自然環境要求外，還受到當地的社會人文，風俗習慣等因素的影響，因此具有較為鮮明的地域建筑風格及特征。在傳統商業街區的特有的物理環境研究中，本文簡化建筑元素的復雜性，構建沿街建筑物高度H以及街道寬度D的比例為特征模型來進行量化參照研究。

2.1 商業寬高比例特征

蘆原義信在《外部空間設計》一文中定義了構成街道空間的街道底界面的寬度與沿街側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，是體現街道中的人的開放感和圍合感的重要指標。當街道空間D/H小于l時圍合感越強，D/H值越大于1時街道的開放感越強，D/H=l.2～2時，產生舒適的圍合感；D/H大于2時，產生開闊感；D/H>3時，產生空曠感。本文通過調研古城西安、成都、南京、蘇州等地的傳統商業街區的寬高比例（表1），發現傳統商業街區研究數值集中于0.5～1.5范圍內，得出商業街內聚性較好，空間尺度適宜。

3.傳統街區不同形式建筑的能耗分析

本文通過對于構成街區形態框架的單體建筑進行研究，評價在街區修復或重建時，選擇能耗較低的建筑體型為目標。以古城西安為研究地，西安位于寒冷地區，冬季以保溫為主，主要為采暖能耗，建筑外部熱源的太陽輻射獲得量主要與建筑布局形態，周圍環境長波輻射等相關。建筑物內部存在著建筑照明、人體，設備等室內熱源與住宅建筑室內空氣發生對流與輻射的熱傳遞過程。建筑內擾在熱傳遞過程中總是要傳遞到圍護結構的內表面，而室外氣象條件總是首先作用于建筑外圍護結構的外表面，建筑內擾與建筑外擾兩種作用形式是同時存在，獨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外溫度振幅以及內外界面尺寸方面，就會對建筑的全年能耗產生一定影響。本文假定待研究的傳統商業街D/H=1.2，并以此作為研究傳統商業街的空間物理特征的基本研究模型，設定商業街東西向，商業建筑為南北向，假設南側建筑為條式建筑，北側建筑的體形輪廓進行相應變化，由此建立Dest模型建立如圖（圖1）計算能耗特征的。

擬定（n1）、（n2）、（n3）三種不同外部形態的建筑作為研究對象，通過從圖形變化中可以看出建筑物耗冷量指標隨著建筑物出風口方向的改變，發生較規律的下降趨勢變化。在建筑物耗冷量指標中，當進風口由東邊逐漸過渡到西邊，能耗降低。并且，建筑物的進風口開口比例越大，建筑物耗冷量指標越大，兩者呈正相關變化。在數據比對中，當建筑物的A：Lmid：B相對比例使建筑物呈三面圍合式布置時，由于伸出段對于太陽輻射的相對遮擋，建筑物的北向受熱面積最小，且建筑物的迎風面面積最小，在建筑物的東西向建筑中向內的面有永久陰影面的存在，減少了建筑物的太陽輻射溫升現象，同時在三面圍合區內，有溫度較低區域的產生，從而促進熱壓風場形成的可能。當建筑物相對比例為Z：1：0.5時（z為0長度），建筑的能耗在耗冷量和耗熱量指標變化趨勢上最穩定，并可以作為同比情況下最優推薦，圖示n2情況。

4.傳統街區街谷內微氣候特征

傳統商業街區的構成通常存在若干條路網交織的情況，街谷微氣候的形成與太陽輻射強度所造成的空氣溫度的時間演變和空間分布、以及街谷內部的氣流狀況與街區的建筑密度、建筑排列方式有關。并且與街谷的幾何特征、走向界面朝向、街區下墊面以及來風方向都有較大的關聯。本文通過對西安市回民街（南-北走向、對稱街谷）、書院門（東-西走向、非對稱街谷）兩條傳統商業街的物理環境分析，重點研究以下兩方面內容。

4.1非對稱街谷的物理環境特征

當選擇建筑物相對比例為Z：1：0.5，商業街外部空間幾何結構則為非對稱形式。此時，街谷外部大氣平流進入街谷內部時，接近放大的非對稱區域時，峽管狀態突變，會在街谷放大區域產生一個強湍流。三維方向的湍流漩渦將沿著墻面向上部遷移，湍流的輸運作用使得街道峽谷內空氣與外界空氣進行交換，提高污染物的擴散速度，改善峽谷內的空氣質量。因此，沿街建筑在局部地區放大，對于提高污染散發速度有利。

4.2不同朝向街谷的物理環境特征

西安地區城市的傳統街區較多以格網形式存在，會呈現出不同朝向的街谷的工況，在太陽輻射下，處于太陽直射輻射區域的空氣溫度會隨著建筑的高度產生較大分層差異，而在建筑遮擋區域的街谷部分，因為空氣溫度增溫熱源為接太陽散射輻射，并且隨著建筑密集程度增多的太陽輻射反射次數的變化，其空氣溫度隨高度分層現象并不明顯。在東-西走向的街區，因為在夏季和冬季由于太陽高度角的不同，街道南側建筑對于街谷的遮擋效應造成街谷中所獲得的太陽輻射在不同時間段存在較大的差異，相應得知，遮蔽效應對于南北走向的街道太陽輻射影響不大。

5.結論

傳統商業街作為城市經濟發展的有效組成部分，其物理環境的研究與改善對于提高商業街區內部使用舒適度，以及建筑能耗有著重要影響。本文從街谷寬高比例著手，通過分析調研，研究在一定寬高比例下，建筑體型變化對能耗的影響，以及不同朝向商業街的風環境對于污染物的影響，主要結論如下：

5.1傳統商業街區道路寬度D/建筑高度H接近1.2時，對空間舒適度以及減少建筑能耗有利。

5.2街道兩側建筑布局采用非對稱形式的幾何結構，街谷內污染物濃度由于湍流作用而大大降低，空氣質量得到較大改善。

5.3南-北走向相對于東西走向的街谷所吸收的太陽輻射量在冬夏兩季的差異小。

參考文獻

[1] 趙敬源、劉加平.城市街谷綠化的動態熱效應 [J].太陽能學報，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境.西北建筑工程學院學報，1998（4）：15-23

[4] 錢利.城市商業街道空間尺度分析研究[D].西安：西安建筑科技大學，2010

[5] 王瓊.住區組團布局形態的冬季熱環境分析[D].西安：長安大學，2010

[6] 王振.綠色城市街區-基于城市微氣候的街區層峽設計研究[M].南京：東南大學出版社，2010

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