綠色居住區的生態建筑規劃

■ 楊 麗 YANG Li 李 瑜 LI Yu 孫碧蔓 SUN Biman

地球上珍貴的自然資源日漸匱乏,能源問題受到全球正視。而人類社會中最大的能源消耗成因之一來自建筑產業，因此節約能源與綠色建筑已然成為未來人類與自然和諧共存，永續經營的目標。

本文對安徽省馬鞍山市某小區規劃設計進行分析，以該區域之氣候條件為研究基礎，輔以計算機軟件例如Ecotect等作為研究工具，利用軟件精準的定量分析，針對相關設計條件包括建筑朝向、自然條件通風、采光日照等，進行模擬分析并采取節能設計手段。從綠色生態角度對規劃方案進行統籌優化設計，以此作為規劃節能居住區時的科學依據。

1 概述

該規劃基地位于安徽省馬鞍山市境內當涂縣，護城河以北，西靠姑熟路臨古玩市場，北靠荷花塘，姑熟路位于其東側。交通十分便捷。總用地面積為75 922 m2。規劃區周邊有衛生服務站、商店、醫院、超市等生活服務性設施，本文選取西北組團作為研究對象加以分析（圖1、2）。

2 氣候分析與設計策略

圖1 小區規劃總平面圖

圖2 小區規劃鳥瞰圖

長江下游南岸的馬鞍山市，地理位置處于安徽省東部，坐落在南京與蕪湖之間，行政劃分上屬華東地區，而在熱工氣候分區中屬于夏熱冬冷氣候區[1]。由于本次模擬實驗缺乏馬鞍山市必要氣象信息，因此以臨近且氣候相似城市南京替代，使用Ecotect軟件，以南京典型氣候年逐時氣候作為數據庫（CTYW）[2]，對建筑以及馬鞍山的氣候進行模擬分析后得知，馬鞍山市全年濕度較高，年平均相對濕度達到75%～80%，年平均干球溫度為16℃左右。節能設計規劃時可通過分析數據成果與地域特征進行建筑環境控制。

焓濕圖是Ecotect氣候分析工具（Weather tool）的重要技術，能夠依據當地氣候數據特點進行各項被動式技術策略分析[3]，此項功能提供了針對性的特點，是一項突出的氣象數據分析方法。倘若在設計規劃階段采取適當的被動式技術策略，由于機械措施層面的負擔受到控制并緩解，因此能有效降低往后建造以及運行維護費用[4]，與此同時，建筑帶給周邊環境的影響將隨之減弱。被動式技術策略的設計分析以圖3表示，其中，黃色框線區域即是熱舒適區，并包含被動式太陽能采暖、蓄熱能力、夜間自然通風、自然通風、直接蒸發降溫、間接蒸發降溫六個方面，依照順序顏色排列如下：紅色、藍色、梅紅色、暗紅色、粉色、淺藍色。依據分析數據可知，被動式技術策略中，滿足提升維護結構的蓄熱能力，各時段合理應用自然條件通風的設計成效最佳，能有效改善人體舒適度[5]。

3 方案設計階段

3.1 建筑朝向與布局

順應自然的建筑設計能最大化地減少各種建筑可能造成的環境影響，在方案設計階段首重考慮的便是建筑的朝向與布局。

欲獲得全年里欠熱期或者是過熱期的太陽輻射得熱量等信息，可使用Ecotect中的Weather tool（氣象分析工具），得出太陽輻射等相關數據進行研究，適宜當地的建筑朝向便能經由數據計算獲知相對最佳方案[6]。

圖3 各被動式策略對于改善熱舒適性的范圍圖

圖4 利用Ecotect，通過采集各朝向獲得的年熱輻射總量，得出建筑最佳朝向的分析圖。圖中顯示了受到太陽輻射得熱最多的建筑朝向，以夏冬兩個時期為主，夏季時期以紅色線表示，綠色線則代表冬季，當地建筑最適宜朝向根據氣候因素等條件進行分析推算獲得，以黃色線表示。南偏東7.5°為該規劃設計中小區住宅最佳朝向。

3.2 小區太陽輻射及日照分析

對于日照時間的分析，Ecotect軟件具有十分強大的功能，非常適合模擬全年中任意時間點的太陽運行軌跡和其位置[7]。Ecotect不僅僅可以對單獨建筑體的日照時間進行模擬，也具有對整個小區日照輻射強度進行模擬計算的能力。通過對場地的日照輻射模擬分析，可以得到小區的全年累計日輻射分布情況（圖5、6），以此考慮對小區規劃過程中的日照影響因素。

公共活動場所受到較大的太陽輻射，大部分在北部與西部的公共活動中心、公用綠地區域和商業中心。從整體來說，小區由于建筑密度較大，陽光照射的范圍小，特別是西北部分，出于自身東西朝向的限制與高層建筑的遮擋，照射到的陽光比較少[8]。

圖4 建筑最佳朝向分析圖

圖5 熱輻射圖

圖6 地塊全年累計日平均太陽輻射分布圖

根據小區的太陽輻射狀況，可以將此作為建筑布局的依據之一，減少光照輻射不合理的空間區域，以及為合理安排小區內景觀的分布，植物的種植種類和公共活動區域的規劃等提供參考。具體在功能分區上，對于光照要求較高的場所，如座椅、晾曬區、兒童活動空間等，都應該安排在日照狀態較好的區域；而對于其他一些對于日照要求不高的的公共設施，比如配電室、垃圾桶等，可以布置在受太陽遮擋較為嚴重的區域，合理利用小區內部空間。對于綠化植物種類的選擇，常綠的大喬木適宜種在累計日照輻射強度較強的場地，可以為場地提供四季清涼的日照環境。而對于落葉喬木，適宜種在累計日照輻射較小的區域，既能保證在夏季為場地遮陰，又可以在秋冬季葉落后為場地提供足量的日照，不會影響場地在秋冬季的采光[9]。在累計日照輻射過低的區域，可以種植喜陰的植物。

根據場地的日照分析情況，在小區規劃前期，可以對設計方案是否在日照方面具有合理性進行分析，并根據具體情況進行進一步的合理優化，使得整體的方案更加完美。

Ecotect在日照分析方面功能強大，且易于操作，能夠非常直觀地表示出建筑物的日照情況。圖7和圖8為該小區靠近東北角的一棟17層高層經過日照模擬分析得到的結果。通過分析其南立面在大寒日的日照時長，了解其被其他建筑物的遮擋情況。具體的計算中，對該建筑的南立面劃分了適宜的網格，以滿足足夠的精確度。經過Ecotect的迭代計算，得到的模擬結果顯示，南立面日照時長最短的地方位于左下角，為2.1h，基本滿足日照要求。若不滿足，可以通過Ecotect得到日照時長不滿足要求的原因。顯然在日照分析方面，其具有相當大的優勢[10]。

圖7 大寒日建筑日照系數分析圖

3.3 自然通風分析

自然通風是一種被動式策略，古老而且有效，良好的自然通風利于清潔空氣、降低溫度與除濕[11]。從上文中的分析，可以得知濕熱引起夏季不適意，良好的風環境就顯得極其重要。因此，在規劃中應當重視這個問題。

根據圖9的夏季風頻風速分布圖可知，在該地，夏季主導風為東南風。為了使得該小區在較為悶熱的夏季獲得較為舒適的風環境，小區在初期規劃的時候應規劃出一條南北方向的通風廊道，同時，小區的整體分布排列上宜采用斜列式布局模式，提高小區的通風狀況[12]。

對于單體建筑而言，由于東南風為夏季主導風，在建筑的設計過程中，應該將南側的窗戶盡可能加大，增大室內的通風量，同時，應該增高北側的窗臺高度，使得出風口高于進風口，氣流在室內形成上升的趨勢，有利于自然通風[13]。

依據ECOTECT氣象分析得到的這些數據，將不同方案分別從建筑朝向、日照、場地輻射、自然通風等方面進行比較分析，得出各個方案各自優勢和劣勢，進一步生成次規劃方案，通過這種分析，生態建筑節能的理念就能貫穿于整個規劃方案的全部過程。

圖8 大寒日建筑日照系數分析圖

圖9 夏季風頻風速分布圖

4 結語

本文介紹了我國目前綠色建筑和生態建筑的發展現狀，并以安徽省馬鞍山市的一個住宅小區為研究對象，提出了一種集合了建筑朝向分析、日照分析、場地輻射分析、自然通風分析的設計模式，借用Ecotect這一工具，使得小區的前期規劃更加可視化，互動性更強。將生態建筑節能的理念，對該小區在這幾個方面的表現狀況加以綜合分析并加以驗證，為后續的設計進程提供保障。凸顯了綠色建筑設計理念在整個建筑設計中不可替代的地位和作用，為建筑的生態發展可持續化提供借鑒。