基于风环境优化的北方双主型城市住区布局模式研究

摘要：本文以辽滨新城为背景，针对主导风向为双主型的北方城市住区规划进行研究，通过对居住区内的建筑朝向、平面布局形式等风环境影响因素分析，总结出各种不同情况下的风环境特点，并进一步总结出适宜辽滨新城风环境的住区建筑布局形式设计策略和场地规划设计策略。

关键词：北方城市住区风环境影响因素建筑朝向 布局形式 规划设计策略

中图分类号： X324文献标识码： A

一引言

辽滨地区受季风影响冬夏两季气候差别明显。夏季盛行来自海上的西南风，冬季盛行自大陆吹向海洋的东北季风。针对北方这种双主型风环境特点，住区建筑布局上一方面要注重在夏季风道的形成，加强城市的自然通风，减小大气污染，减弱城市热岛效应与温室效应，另方面是在冬季减小冷空气的渗入，减少城市的碳排放与能源的消耗，提高住区内的温度与舒适度。

本文利用Fluent软件对不同布局形式下的风环境变化进行模拟计算。通过比较分析总结出适宜北方地区风环境的住区规划策略。

二住区布局的风环境影响因素分析

对住区布局的分析从朝向、平面、空间几个角度进行。平面布局主要考虑建筑群的几种排列方式，而空间布局主要考虑从建筑高度上对建筑楼体进行合理的搭配。

2.1 建筑朝向对风环境的影响分析

朝向对住区风量和风速的引入都有影响。夏季进入住宅群的风速越大对住宅的通风越有利。同时风速过大在寒冷的冬季，会增加建筑的散热量及其能耗。尤其对于北方地区双主型风向，对于夏季通风和冬季防风的取舍使得选择合理的建筑朝向就更加重要。

入射角度不同对于建筑周围的风场特征也是不同的。研究显示，建筑风影区的范围一般为建筑高度的4-5倍，住宅间距不能达到如此大的距离，为了减少建筑间的不利风效应，可通过改变风向角来改善住区风环境。

表2.1为风向投射角对屋后风影区的影响表，由此可以看出,当入射角从0°增加到60°时，室内风速降低了50%，室外风影区深度也相应减小。

表2.1风向投射角对屋后风影区的影响[1]

风向投射角 室内风速降低值 室外风影区深度

0° 0 3.75H

30° 13 3H

45° 30 1.5H

60° 50 1.5H

注:H为房屋高度

2.2 平面布局不同对风环境的影响

2.2.1 行列式的风环境特征

行列式布局由于其线性的布局特点，对来风阻挡方面没有围合式的有效，对于冬季防风有一定的局限。但是由于它能够较好的将气流导入住宅组群内部，促进气流在组群中流畅的流通，对于夏季住宅的通风是非常有利的。而且由于在日照采光上的优势，是最常用的住宅布局形式。通过上一章的分析可知，行列式可分为并列式和错列式。下面通过airpak软件对几幢板式高层的不同行列式布局进行分析。

下图为风向入射角为0°时，行列式布局下的住宅风环境如表2.2所示；

表2.2不同布局形式下建筑风环境模拟图

1.5m处平面风速云图 1.5m处平面风速矢量图 备注

并列式

横向错列式

竖向错列式

从模拟数据可见，行列式住宅在顺风情况下，根据模拟数据进行计算得出，并列式布局中，上方风向两建筑山墙过道处的最大风速比约为1.313；横向错列式布局中，上方风向两建筑山墙过道处的最大风速比约为1.269；竖向错列式布局中，上方风向两建筑山墙过道处的最大风速比约为1.118。整体而言，在通风方面由于横向错列使得建筑迎风面增加，便于气流穿插于建筑间距之间，整体通风性较好，强于其他两种布局，而就防风效果而言，竖向错列式优于其他两种布局。

2.2.2 围合式的风环境特征

根据实际的建设情况，将北方高层围合式的常用形式归纳为中心绿地式和庭院式两种，下面就这两种情况进行分析;

下图为风向入射角为0°时，围合式布局下的住宅风环境如表2.3所示；

表2.3 相同入射角度下高层围合式布局建筑风环境模拟图

1.5m处平面风速云图 1.5m处平面风速图 备注

中心绿地式

庭院式

我们选取与行列式研究相同的风向角22.5°、45°、67.5°进行分析，在入射角度为0°时，与行列式相比较而言，中心绿地式的布局在风影区范围没有明显变化，但是风影区内风的流动性减弱，上风向建筑转角处风速比减小。庭院式布局与中心绿地式布局相比较，庭院中心的通风性较好于中心绿地式布局。当风速入射角不为零时随着角度的增加两种形式的整体风速均有所降低，但各自风环境变化均不相同。

在中心绿地式布局中，综合分析中心绿地式布局在不同风向时的人行高度1.5m处的风环境不难看出，当风向角小于45°时，建筑布局内风场活跃，容易在场地内部形成涡流区。当风向角大于45°时，风环境有所改善，风向角为90°时，风影区范围最小，但由于“狭管效应”风速增加，因而居中布置时，应当尽量避免风向角与通道方向一致。庭院式布局中，因上风向住宅的影响，风向发生改变，中心庭院风场较为复杂，在多处容易形成涡流区，影响居民活动。

2.3 空间布局对风环境的影响

为了研究不同建筑高度排列对风环境的影响，分别选取高度均为40m的建筑、前排建筑高度为40m和后排建筑高度60m以及前排建筑高度为60m和后排建筑高度40m的三种形式进行模拟，为了便于研究，建筑间距均为40m，如表2.4所示；

表2.4不同高度排列对风环境影响模拟图

剖面模拟图 1.5m处平面风速图 备注

高度一致

前低后高

前高后低

两排住宅高度一致时，风吹向上游建筑时，气流沿建筑正墙面上扬，导致垃圾和尘土飞扬，同时前排建筑中部风速较低，转角处风速相对较高。而后排住宅建筑由于前排的遮挡作用，气流沿正面下降，形成涡流区。

当前排建筑高度低于后排建筑高度时，上风向建筑顶部形成一个气流停滞点，停滞点上部的气流向上运动并绕过后排建筑向后运动，停滞点下部的气体沿下风向建筑的迎风面向下运动并形成涡流区，涡流范围大于两排建筑等高时，下游建筑背风区形成的风影区范围更大，尘土上扬的高度也相应增加。两排建筑之间风速最强区域的风速值比高度一致的情况也大大增强，而下风向建筑迎风面行人高度处的风速也高于建筑高度一致时。

当上风向的建筑的高度高于后排建筑高度时，后排建筑迎风面的风速加强，下游建筑顶部的风速变大，但是由于上游建筑的遮挡作用，下游建筑迎风面行人高度处风速有所降低，如图2.5所示。

三住区布局规划设计策略

3.1布局形式设计策略

3.1.1 适宜的建筑朝向

建筑朝向不仅影响住宅的日照与采光，同时也对住区的风环境有很大的影响，因此建筑朝向的选择是否合理至关重要。

在辽滨地区，热辐射条件影响下的最佳朝向为南偏东17.5°，在此前提下，通过对住区风环境的影响因素分析中，我们得出风向入射角在30°－60°之间时，建筑风速及背后的涡流范围较小。冬季辽滨地区的主导风向为北偏东22.5°，而南偏东17.5°使得住宅建筑与冬季的盛行风所成40°角度在30°－60°的入射角范围内，因此得出有利于辽滨地区住区微气候环境营造的较为适宜的朝向约为南偏东17.5°左右。

3.1.2 合理的建筑群体布局

辽滨地区夏季盛行风向为西南风、冬季盛行风向为东北风，合理选择院落开口方向，如在辽滨地区，院落开口向南是较为合理的开口方向。另外，在冬季盛行风的上风向布置板式住宅，而在夏季盛行风的上风向减少板式住宅的数量，尽量布置点式住宅或者较为低矮的住宅，从而疏导风的流向，同时在可能的情况下，应在规划地块的东北侧布置裙房，即增加了城市界面的连续性，也可以利用裙房将下冲风导向群房屋面以减少风对地面的影响。

对于北方地区而言，围合式的布局固然能够起到防风防寒的作用，但是局部建筑遮挡对于底部的采光有影响，而且对于夏季的通风也极为不利。在规划布局上应多在行列式的基础上加以变化，如选择错列式和斜列式，以营造良好的微气候环境。

3.2场地规划设计策略

3.2.1 合理的功能布局

住区内部按照功能区划分可以大致分为，居住区、公建区和休闲绿化区。就辽滨地区而言，主导风向如图3.3所示。因此，将低矮的公建区以及休闲绿化区布置在西南侧，将多层以及高层布置在东北侧不仅能够利于夏季的通风，同时利用建筑高低的不同，将冬季寒冷气流挡在高层外侧，优化住区外环境微气候。

公共活动区域应尽量选择布置在小区中向阳的位置，从而保证居民在户外活动时获得充足的阳光。为了避免在住区的入口形成风口，同时也为了隔离来自城市的噪音，可以将公建布置在活动场地与城市干道之间进行阻隔，在增加了住区环境私密性的同时也对微气候环境进行相应的优化。

3.2.2 绿化植物的利用

绿化不但能起到美化景观的作用，对于微气候环境的调节也起到相当重要的作用。结合住区整体的设计，通过对绿化用地的设置、绿化种类的选择以及绿化形态的控制，可以有效的改善居住区的微气候，为居民提供相对舒适的微气候环境。

利用植物枝叶的稀疏程度，进行合理的配置，能够合理的做到防风与通风，在冬季风盛行的方向应种植枝叶较浓密的常绿灌木和乔木，在夏季风盛行方向种植下层开敞的乔木，以利于夏季通风。同时应当在人们活动频繁的室外场所冬季主导风向上游合理种植绿化，同时在夏季能够遮阳避暑[2]。综合绿化的设计分析，可以推断出辽滨新城住区的绿化对风环境控制图以及植物种植模式图，如图3.4--3.5所示：

利用植物的高低配置对住宅周围进行导风设置，夏季可以在建筑的迎风面，通过如图3.6(a)所示的配置方式，将高空中的气流引向地面，加强行人处的夏季通风。冬季在建筑的迎风面可以利用如图3.6(b) 所示的配置方式，将底部的气流导向空中，从而减少对地面行人处的影响。

本文针对北方双主要型城市住区风环境的优化，在布局形式层面提出相应的规划策略，通过此研究，为城市住区环境的优化设计提供方法和思路，为创造生态、舒适的当代城市住区环境出谋划策。

参考文献

[1] 陈益峰.现代园林地形塑造与空间设计研究[D].华中农业大学.2007

[2] 于海泳.大连住宅小区风环境设计研究.大连理工大学硕士学位论文.2010

[3] 陈宇青.结合气候的设计思路.华中科技大学硕士论文.2005

[4] 李云平.寒地高层住区风环境模拟分析及设计策略研究.哈尔滨工业大学硕士论文.2006

[5] 陈雄.基于低影响开发的城市住区空间规划设计.华中建筑.2012

[6] 赵森.城市住区景观环境规划研究.北京建筑工程学院硕士毕业论文.2012

[7] 邵宇翎.城市住区室外热环境数值模拟研究.浙江大学硕士毕业论文.2012

[8] 刘晓波,李珂.城市住区规模研究.北京规划建设.2011

作者简介

第一作者：王亮，男，1980.9，大学本科，沈阳市规划设计研究院城市设计所，工程师

第二作者：王帅，男，1986.1，大学本科，沈阳市规划设计研究院城市设计所，助理工程师

第三作者：崔浩，男，1985.1，硕士研究生，沈阳市规划设计研究院城市设计所，助理工程师