基于CTTC模型的居住小區熱環境評價研究
——以亞運城小區為例

何朗杰

（廣州市城市規劃勘測設計研究院，廣東 廣州 510060）

1 居住區熱環境評價方法

1.1 CTTC模型評價方法

城市熱環境是指影響城市散熱的環境特征，CTTC熱時間參數模型是城市熱環境評價模型中數學模型比較有代表性模型之一。CTTC模型（Cluster Thermal Time Constant）是建立在熱平衡的基礎上，使用建筑群熱時間常數的方式來計算局部建筑環境的空氣溫度隨外界熱量擾動變化情況的一種方法。最早于1990年，由Swaid和Hoffman基于表面熱時間常數模型開發出用于預測城市冠層的溫度變化的CTTC模型，并在耶路撒冷對模型進行檢驗。

經孟慶林、舒力帆、張宇峰、林波榮等國內學者對CTTC模型的詳細研究和改進，2013年住房與城鄉建設部發布的《城市居住區熱環境設計標準》（JGJ 286—2013）選用了該模型對居住區熱環境進行模擬和評價，說明模型得到了較為普遍的認可。本文選取基于CTTC模型的建筑群室外熱環境分析軟件，其針對原有模型的不足，引入了建筑群平均風速和陰影率的計算。同時舍棄了原有模型單一的溫度指標，引入了通用的熱環境指標濕球黑球溫度（WBGT），并可計算得到WBGT和熱島強度等指標。

1.2 評價標準

《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378—2006）中4.1.12要求“住區室外日平均熱島強度不高于1.5 ℃”。此外，《城市居住區熱環境設計標準》（JGJ 286—2013）中提出了指標審核評價和熱島模擬評價相結合的居住區熱環境評價方法。

《城市居住區熱環境設計標準》（JGJ 286—2013）指標審核評價要求滿足以下指標：平均迎風面積比≤0.65；通風架空率≥20%；屋頂綠化面積占屋頂面積比例≥50%；綠地率≥35%。

《城市居住區熱環境設計標準》規定如果不滿足“指標審核評價”需進行熱島模擬評價，按居住區所在氣候區的典型氣象日逐時計算熱環境設計指標，并應符合下列規定：

WBGT(τ)夏季——居住區夏季逐時濕球黑球溫度（℃）；WBGT(τ)夏季≤34 ℃ ；——居住區夏季平均熱島強度（℃）；≤1.5℃（統計時間段 ：8：00～18：00）。

1.3 研究對象

廣州亞運城運動員村小區位于廣東省廣州市番禺區，面積約34公頃，總建筑面積約35 萬m2，戶型面積126～174 m2不等，建筑南北向排布，采用12層的一梯兩戶戶型，共分為四個獨立的組團。亞運城運動員村廣場鋪地主要采用廣場磚、透水磚、壓印藝術地坪、卵石及小量的石材；停車位地面采用網格植草磚鋪地停車地面；人行和車行園路鋪地主要由30(60)厚石材鋪地、當地礫石路和壓模植草地坪，如圖1、圖2所示。

圖1 區位圖

圖2 亞運城總平面圖

2 基于CTTC模型的熱環境評價

2.1 熱環境指標審核

指標審核通過眾智建筑熱環境分析軟件如圖3進行分析，經對小區內建筑、草灌、活動場地、透水磚等進行建模如圖4所示，計算亞運城運動員村平均迎風面積比為0.819，架空率為79.5%，屋頂綠化面積占可綠化屋面面積比例為91.5%，綠地率為56.11%，如表1所示。通過對亞運城運動員村熱環境審核指標的比對，發現平均迎風面積比審核指標不滿足規范要求，因此，需要使用CTTC模型對亞運城的熱環境進行模擬評價，對濕球黑球溫度（WBGT）和熱島強度兩項指標進行分析。

表1 審核指標

圖3 眾智建筑熱環境分析軟件

圖4 亞運城室外熱環境模型示意圖

2.2 濕球黑球溫度（WBGT）指標評價

濕球黑球溫度（WBGT），WBGT指數亦稱為濕球黑球溫度，是綜合評價人體接觸作業環境熱負荷的一個基本參量，單位為℃。根據《城市居住區熱環境設計標準》，當WBGT≤33 ℃為“好”，33 ℃＜WBGT≤34 ℃為“中”，34 ℃＜WBGT≤35 ℃為“差”， WBGT＞35 ℃為“很差”。

本次熱環境評價分析采用眾智建筑熱環境分析軟件對亞運城運動員村進行WBGT曲線分析，通過WBGT曲線分析計算得出，WBGT逐時濕球黑球溫度最高溫度為29.164 ℃如圖5所示，符合《城市居住區熱環境設計標準》要求熱環境逐時濕球黑球溫度不大于34 ℃的規范要求，評價級別為“好”。

圖5 熱環境分析WBGT曲線圖

2.3 熱島強度評價

熱島強度（heat island intensity）是居住區逐時空氣溫度與同時刻當地典型氣象日空氣溫度的差值（℃）。熱島強度指標大小能夠評價居住區之間的熱環境質量差別，更能清晰地評判不同設計方案的優劣，故本次熱環境評價也采用熱島強度作為居住區熱環境的評價指標。居住區夏季平均熱島強度應按下式計算：——8：00～18：00的居住區夏季平均熱島強度（℃）；Δ ta(τ)夏—季—居住區設計的空氣溫度（℃）；ta·TMD(τ)——居住區所在地（氣候區）的典型氣象日氣溫（℃）。

參考《城市居住區熱環境設計標準》中關于居住區熱島強度的指標限值，其計算方法為：在8：00～18：00之間，居住區設計的空氣溫度與當地典型氣象日氣溫比較得出逐時溫度差的平均值。分析表明亞運城9：00～11：00時間段內熱島強度值最低，12：00以后熱島強度逐漸升高，到21：00達到熱島強度最高值，這種現象說明居住區綠化在降低熱島強度方面發揮了重要作用，在日間綠化阻擋了太陽輻射，使地表溫度比環境溫度低。

亞運城小區熱島強度采用眾智建筑熱環境分析軟件進行分析，計算得出平均熱島強度為0.886 ℃，如圖6所示。

圖6 熱島強度曲線圖

符合《城市居住區熱環境設計標準》及《綠色建筑評價標準》（GB/T 50378—2006）中規定的平均熱島強度不超過1.5 ℃的標準。

2.4 評價結論

通過對亞運城運動員村熱環境審核指標的比對，發現平均迎風面積比審核指標不滿足規范要求，因此，需對亞運城運動員村濕球黑球溫度（WBGT）和平均熱島強度兩項指標進行評價。通過眾智建筑熱環境分析軟件進行建模分析，亞運城居住區熱環境逐時濕球黑球溫度最高溫度為29.164 ℃，亞運城平均熱島強度為0.886 ℃；設計滿足逐時濕球黑球溫度不大于34 ℃，平均熱島強度不超過1.5 ℃的規范要求,符合居住區熱環境設計標準。

3 結語

居住小區是構成城市的重要單元，其環境質量的好壞直接影響人們的生活，是城市規劃設計中格外關注的問題。在住區環境設計過程中，利用CTTC模型提前預測住區室外熱環境，可達到分析、比較不同設計方案對住區室外環境影響的目的，從而優化設計方案。