武漢市住宅區微氣候影響因素分析

文/魏宇迪、汪若萌 武漢大學 湖北武漢 430000

居住區作為城市占地比例最大的規劃分區，集中城市最多的人口的區域，其室外熱環境的優化非常重要。然而，居住區由于建筑密度及建筑高度較其他地區都比較高因而其熱島強度可能更高 [2]。

1、影響熱環境的主要指標

1.1 居住社區熱環境研究單元

我們以社區為研究單元，不同社區之間可以方便控制變量進行比較，如果研究尺度過大，會因為同一個研究范圍內因有不同密度不同高度的劃分區產生影響從而不適宜比較得出結論，如果研究范圍小于社區，會由于因研究范圍內建筑過少導致受周邊影響。為尋求研究對象土地性質的一致與內部環境的相近，我們選擇社區作為熱環境研究的單元。

1.2 社區單元影響熱環境的主要指標

國內外研究中涉及到的城市熱環境影響因素主要包括：建筑高度、建筑密度、容積率、建筑面積、水體面積比,綠化覆蓋率[3]。其中，與城市規劃設計傳統指標重合的熱環境影響因素包括：建筑高度、容積率、建筑密度和綠地率，容積率和建筑密度主要體現空間幾何特征，綠地率主要體現下墊面物性特征。

2、武漢市住宅區熱環境影響指標分析

2.1 城市規劃文件的指標特征

為了了解城市規劃管理文件對新建住宅區的規劃控制要求，對大部分省市的城市規劃管理文件進行統計整理發現：建筑密度上限多在35%-60%之間，建筑高度上限多在100-150m 之間。通過對武漢市2017 至2019年初招拍掛土地情況分析，超過92%宗地塊為居住街坊級別，因此我們針對居住街坊的規劃指標進行分析。

2.2 武漢市居住區指標特征

通過實地調查對武漢城區的街坊指標進行考察，發現大部分典型街坊的容積率為4-6，平均值為5.7；建筑高度為30-50m；高層塔樓建筑密度多為18%-25%（已除去沿街商鋪）平均值為22%。因此后面我們模擬的住宅區的建筑密度，建筑高度的上限即選用此值。

3、武漢市居住區熱環境模擬

3.1 評價指標和模擬工具

綠色建筑評價標準以白天時段（8：00～18：00）的熱島強度為熱環境的評價標準重要指標。因此，本文選擇白天時段的熱島強度作為主要研究對象，來探究是哪些因素影響了這些指標，通過調整這些因素來改善城市的熱環境。TERA 是基于流體力學和熱力學的城市微氣候模擬軟件，本文采用TERA 作為熱環境的模擬工具。

3.2 模擬工況

選擇武漢市點式和板式建筑兩個典型街坊作為模擬工況原型，并根據熱環境影響指標武漢市特征值設定模擬基準工況。在基準工況的基礎上分為132 組模擬工況，建筑密度從13%-33%，建筑高度從9m-108m 涵蓋了新版的《城市居住區規劃設計標準》許可下的全部建筑類型。

工況風場計算域信息：順風方向尺寸1200m，寬度方向尺寸800m，高度方向尺寸118m，分弧精度0.24m，初始網格8m，主導風向為東南向，建筑密度劃分為13%-33%等分為11 類模型，建筑高度劃分為9m-108m 等分為12 類模型進行模擬。

3.3 熱環境模擬結果分析

不同建筑密度相同綠化率的工況組中，建筑高度的改變導致熱島強度變化最大為1.8℃。建筑高度從18m 增加到36m 時最多能降低熱島強度1.4℃，且建筑密度越大，建筑高度變化導致的熱島強度的降幅越大。

圖1 熱島強度對比圖

將不同建筑高度控制下工況的日平均熱島強度進行比較，對指標的熱道道強度影響程度大小排序為：建筑高度＞建筑密度，但建筑高度大于36m 時該工況下的熱島強度不再降低，當建筑密度超過17%時該工況下的熱島強度也不再發生變化。

3.4 重要規劃指標的影響作用總結

對于板式建筑為主的社區來說，對熱環境的改善需要在不會影響社區內通風質量的前提下盡可能對地面形成有效的遮擋。增加建筑高度和建筑密度能夠分別從垂直方向和水平方向兩個方面提高遮擋率。同時人行高度處的風速受裙房密度的影響較大。裙房密度較大時（建筑密度達到31%），雖然在同一水平面上增大了太陽輻射的遮擋作用，但由于密集的建筑物同時也會對氣流起到一定的阻礙作用，因此盡量避免高密度的裙房布置。

結語：

居住社區占城市比例最大，室外熱環境的優化非常重要。選擇街坊作為居住區規劃設計研究和熱環境控制的主要單元，選擇武漢市街坊作為原型建立工況并進行熱環境模擬。從模擬結果發現，建筑高度是影響街坊熱環境的重要因素，建筑高度增加到36m 以上時熱環境能得到較大改善，熱島降幅最大達1.6℃;在提高街坊建筑高度的同時，適當地增大建筑密度也是優化熱環境的重要策略，其中以點式和板式建筑為主的街坊裙房建筑密度最優值為29%。此外還提出了一些利于改善熱環境的規劃設計手段，如加強建筑物自身形態設計提高環境陰影率，通過三維綠化設計增加綠化面積，空曠地區多設置較為高的景觀小品，綠化植被多采用水平占地面積小，高度和植物頂冠更大的植被，少采用灌木等[4]。