《某小區(qū)建筑布局對(duì)室外熱環(huán)境影響的模擬研究》3700字（論文）

某小區(qū)建筑布局對(duì)室外熱環(huán)境影響的模擬研究目錄TOC\o"1-2"\h\u14168小區(qū)建筑布局對(duì)室外熱環(huán)境影響的模擬研究 126806引言 156611研究區(qū)域及方法 2322091.1研究區(qū)域 265721.2建筑布局提取 295151.3模擬方法 375972模擬結(jié)果與分析 3313862.1空氣溫度 326022.2風(fēng)速 4152022.3相對(duì)濕度 5202732.4熱舒適指數(shù)PET 619972.5白天PET值對(duì)比 86553結(jié)論與討論 925206參考文獻(xiàn) 10摘要:選取徐州市居住小區(qū)的四種建筑布局形式,通過(guò)ENVI-met軟件對(duì)夏季各不相同布局形式下小區(qū)的溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度和熱舒適PET進(jìn)行模擬分析。研究得知:在不一樣的布局形式下小區(qū)風(fēng)速差距較大,在這當(dāng)中錯(cuò)列式風(fēng)速遠(yuǎn)高于其它布局形式，而小區(qū)空氣濕度與濕度差異比較??；錯(cuò)列式整體PET值比較低，能夠獲得比較好的熱舒適，并且不受時(shí)間的影響；風(fēng)速是造成不同布局條件熱舒適不同的根本原因。因而，建議居住小區(qū)建筑可以選用錯(cuò)列式布局形式。關(guān)鍵詞:小區(qū)建筑布局；微氣候；熱舒適；ENVI-met.引言小區(qū)室外熱環(huán)境對(duì)居民的戶外活動(dòng)舒適體驗(yàn)有極大的影響。小區(qū)建筑布局形式是影響室外熱環(huán)境的重要因素之一，我國(guó)對(duì)此進(jìn)行了眾多探討。如胡春景等田模擬分析了上海市在夏天典型日不一樣建筑形式和布局形式的室外熱環(huán)境,得知建筑面積一樣時(shí),塔式建筑小區(qū)風(fēng)環(huán)境要好于板式建筑,板式建筑小區(qū)平均氣溫和UTCI值均要低于塔式建筑[1]；張永益等論述了寒冷地區(qū)齊齊哈爾市不同形式建筑布局的室外微環(huán)境情況，發(fā)覺(jué)分散型布局方式能夠獲得比較好的微氣候效應(yīng)[2]；YingjieJiang等利用ENVI-met模擬探討了廣州市6種典型的高層住宅建筑布局室外風(fēng)和熱環(huán)境間的關(guān)系，提出廣州市氣候環(huán)境下的小區(qū)建筑布局對(duì)策[3]；李晗等通過(guò)對(duì)煙臺(tái)市3種小區(qū)建筑布局形式進(jìn)行熱環(huán)境仿真模擬，得知圍合式布局和行列式布局相比于點(diǎn)群式布局的熱島效應(yīng)更加明顯[4]。QingLi等從建筑形態(tài)、建筑容積率與建筑間距等要素利用CFD軟件仿真分析不同要素對(duì)居民小區(qū)夏季室外熱環(huán)境的影響且得出兩者之間的關(guān)聯(lián)性[5]。我國(guó)國(guó)土面積廣闊，不同地區(qū)和氣候區(qū)間的氣候情況差異很大,對(duì)于小區(qū)建筑布局的微氣候適應(yīng)性設(shè)計(jì),很有必要對(duì)各個(gè)地區(qū)、各氣候區(qū)展開(kāi)針對(duì)性研究。為研究徐州地區(qū)氣象要素下小區(qū)建筑布局形式對(duì)室外微氣候及熱舒適產(chǎn)生的影響，本文在選取四種常見(jiàn)小區(qū)建筑布局形式的基礎(chǔ)之上,運(yùn)用ENVI-met軟件對(duì)其進(jìn)行熱環(huán)境模擬，分析比較各布局形式對(duì)微氣候及熱舒適產(chǎn)生的影響,希望為徐州市居住小區(qū)的建筑整體規(guī)劃提供指導(dǎo)。1研究區(qū)域及方法1.1研究區(qū)域徐州(34°15"W,117°11"E)位于華北平原東南部、江蘇省西北部，屬溫帶季風(fēng)氣候,四季如春，夏季溫度高多雨，冬季寒流頻襲,年平均氣溫14℃。徐州處在夏熱冬冷和嚴(yán)寒地區(qū)的交匯處，有關(guān)數(shù)據(jù)表明,該地氣候兼具嚴(yán)寒地區(qū)與夏熱冬冷地區(qū)的特征，即夏季最高溫達(dá)到40℃,平均環(huán)境濕度為80%，冬季溫度達(dá)到-10℃,平均環(huán)境濕度為74%。1.2建筑布局提取運(yùn)用Googlemap抓取徐州市居住小區(qū)的衛(wèi)星遙感影像，對(duì)現(xiàn)有小區(qū)建筑布局形式進(jìn)行分析，依照住宅小區(qū)室外活動(dòng)空間布局的差異劃分成四種基本類型,主要包含集中式、錯(cuò)列式、行列式和分散式(見(jiàn)表1)。表1徐州市居住小區(qū)分類及測(cè)點(diǎn)位置1.3模擬方法ENVI-met軟件在微氣候領(lǐng)域的模擬運(yùn)用已經(jīng)得到了許多專家的證實(shí)。本文借助ENVI-met軟件模擬場(chǎng)地的空氣溫度、風(fēng)速、濕度等微氣候效應(yīng)。在ENVI-met4豎直方向網(wǎng)格劃分方式中選出等距網(wǎng)格,設(shè)定5個(gè)嵌套網(wǎng)格,各自創(chuàng)建300mx300m的四種常見(jiàn)居住小區(qū)的仿真模型。模擬區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格數(shù)為60x60x8,分辨率為dx=5m,dy=5m,dz=5m。，區(qū)域內(nèi)部單體建筑體量為60nx15m,東西間隔距離為15m,南北間隔距離為36m,層高為33m。依據(jù)徐州市往年氣候數(shù)據(jù)信息,設(shè)定模擬日期及微氣候參數(shù)為2022年6月15日，風(fēng)速2.80m/s,風(fēng)向126°,起始環(huán)境溫度為21.2℃,最高溫為31.4℃,空氣相對(duì)濕度設(shè)定夏季時(shí)段平均估值60%~80%；地面粗糙度系數(shù)選擇系統(tǒng)初始值0.1,輸出時(shí)間是在下午14:00,高度為1.5m。在每一種布局形式的同樣位置設(shè)置12個(gè)測(cè)試點(diǎn)(見(jiàn)表1)，獲取各測(cè)點(diǎn)的氣候模擬數(shù)據(jù)然后進(jìn)行差異性分析。2模擬結(jié)果與分析2.1空氣溫度4種布局形式空氣溫度模擬最終結(jié)果如下圖1所顯示，由此可見(jiàn)小區(qū)空氣的溫度主要在28.5°C~29.0°C之間。受風(fēng)向及建筑物陰影的影響,小區(qū)總體東南溫度高，西北溫度低。錯(cuò)列式與行列式布局情況下，空氣的溫度分布比較均勻；集中式和分散式布局情況下,在場(chǎng)所空白區(qū)域產(chǎn)生比較明顯的高溫區(qū)域[7]。圖1空氣溫度模擬結(jié)果小區(qū)各測(cè)點(diǎn)平均空氣溫度比較結(jié)果如下圖2所顯示，由此可見(jiàn)空氣溫度最低的是行列式，比較高的為錯(cuò)列式，但兩者之間僅相差0.04℃。由此可見(jiàn)4種布局情況下各測(cè)點(diǎn)的空氣溫度平均值幾乎沒(méi)什么差距。圖2各測(cè)點(diǎn)空氣溫度平均值對(duì)比2.2風(fēng)速4種布局形式風(fēng)速模擬最終結(jié)果如下圖3所示，由此可見(jiàn)建筑以及布局方式對(duì)小區(qū)風(fēng)速產(chǎn)生的影響非常明顯。由于文氏效應(yīng),4種類型的最大風(fēng)力都出現(xiàn)在居民小區(qū)的東面和主風(fēng)向的上方位。由于峽口效應(yīng)，集中式和分散式在室外活動(dòng)區(qū)域內(nèi)的東南-西北角同樣的存在很大面積的高風(fēng)速區(qū)域[8]。總體而言,行列式高風(fēng)速區(qū)域范圍較小。小區(qū)各測(cè)點(diǎn)的平均風(fēng)速比照結(jié)果如下圖4所顯示，不難發(fā)現(xiàn)不同布局情況下風(fēng)速差異性十分明顯,在這當(dāng)中錯(cuò)列式風(fēng)速最大,大約為3.5m/s；行列式風(fēng)速最小,大約為2.7m/s,兩者之間差值大約為0.8m/s。由此表明小區(qū)建筑布局對(duì)風(fēng)速影響十分明顯。圖3風(fēng)速模擬結(jié)果圖4各測(cè)點(diǎn)風(fēng)速平均值對(duì)比2.3相對(duì)濕度4種布局形式空氣濕度模擬結(jié)果如下圖5所顯示，由此可見(jiàn)濕度主要在61.4%~62.8%之間。同樣的受風(fēng)向及建筑陰影的影響,總體東南空氣濕度高,西北空氣濕度低。錯(cuò)列式與行列式布局情況下,空氣濕度分布范圍比較均衡；集中式和分散式情況下，在場(chǎng)地空白區(qū)域濕度比較高。圖5相對(duì)濕度模擬結(jié)果小區(qū)各測(cè)點(diǎn)的平均濕度比照結(jié)果如下圖6所顯示，由此可見(jiàn)集中式空氣濕度較低，行列式空氣濕度非常高，但兩者之間僅相差0.08%,因此4種布局情況下各測(cè)點(diǎn)的空氣濕度平均值沒(méi)有太大的差異。2.4熱舒適指數(shù)PET現(xiàn)階段，評(píng)估室外熱舒適的指標(biāo)以基于人體熱量均衡的機(jī)理指標(biāo)為主導(dǎo),常用指標(biāo)值有預(yù)測(cè)平均投票(PMV)、生理等效溫度(PET)、標(biāo)準(zhǔn)有效溫度(SET*)和通用熱氣候指數(shù)(UTCI)。在這當(dāng)中PET除開(kāi)要考慮到空氣溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速、平均輻射溫度等氣象要素,另外還要考慮人體的活動(dòng)熱量、代謝率、服裝熱阻等個(gè)人參數(shù)[9]。圖6各測(cè)點(diǎn)相對(duì)濕度平均值對(duì)比本文選取PET指數(shù)來(lái)綜合闡述室外微氣候?qū)θ梭w熱舒適的影響。表2給出了PET評(píng)價(jià)區(qū)間。表2PET指標(biāo)的熱感覺(jué)溫度區(qū)間PET/°C熱感知指標(biāo)>41極熱35~41很熱29~35熱23~29微熱18~23舒適13~18微冷8~13冷4~8很冷≤4極冷從4種布局形式的14:00時(shí)PET布局圖(如下圖7所顯示)能夠得知，熱舒適PET值主要在34.04℃~46.36℃之間。由于建筑物對(duì)光線的遮擋，建筑物陰影處產(chǎn)生很明顯的低PET值區(qū)域。同樣的道理由于房屋建筑對(duì)風(fēng)速產(chǎn)生影響,建筑下風(fēng)口方位產(chǎn)生高PET值區(qū)域。集中式和分散式的空白活動(dòng)區(qū)域東北-西南方向產(chǎn)生高PET值區(qū)域[10]?？傮w來(lái)看,錯(cuò)列式低PET值區(qū)域面積要高于其它布局形式。圖7熱舒適PET模擬結(jié)果由4種布局各測(cè)點(diǎn)的PET均值數(shù)據(jù)圖(如下圖8所顯示)不難發(fā)現(xiàn)，錯(cuò)列式PET值為38.21℃,顯著低于其它布局形式。行列式和分散式PET均值最大，且相差不多。根據(jù)上文得出的結(jié)果可知,錯(cuò)列式布局形式對(duì)風(fēng)速的影響,是其能夠獲得比較好熱舒適的根本原因。2.5白天PET值對(duì)比為進(jìn)一步分析建筑布局對(duì)小區(qū)PET值的影響,模擬并測(cè)算白天9:00~17:00時(shí)4種建筑布局各測(cè)量點(diǎn)的PET均值,最后結(jié)果如表3,圖9所顯示。能夠看出，錯(cuò)列式布局條件下PET平均值比較低，分散式和行列式PET平均值較比較高且差距并不明顯。由此可見(jiàn)建筑布局形式對(duì)PET影響在白天并不會(huì)受到時(shí)間的影響，錯(cuò)列式始終可以得到比較好的熱舒適感受。圖8各測(cè)點(diǎn)PET平均值對(duì)比表39:00~17:00時(shí)各個(gè)測(cè)點(diǎn)的PET平均值布局形式集中式錯(cuò)列式行列式分散式9:0030.9130.4932.2331.8210:0031.1330.5632.0731.7911:0030.5030.0131.3331.1112:0030.8530.4631.5431.4213:0034.6734.2735.2535.2014:0038.5838.2139.0839.1315:0040.9240.5341.4441.4616:0040.7640.3341.1641.2517:0036.4033.2734.6536.86圖99:00~17:00PET平均值變化圖3結(jié)論與討論本文選取溫帶地區(qū)徐州市4種小區(qū)基本建筑布局形.式,借助ENVI-met軟件模擬特定的時(shí)間不同類型小區(qū)的室外微氣候及熱舒適情況，經(jīng)對(duì)比分析得出以下結(jié)論:4種小區(qū)建筑布局情況下，小區(qū)風(fēng)速差距非常明顯,這其中錯(cuò)列式風(fēng)速遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其它布局形式。小區(qū)空氣溫度與濕度差距比較??；就熱舒適PET來(lái)說(shuō),錯(cuò)列式整體PET值較低，可以得到比較好的熱舒適，并且不會(huì)受時(shí)間的影響；風(fēng)速是造成不同布局條件熱舒適差距的根本原因。因而，建議在居住小區(qū)建筑規(guī)劃時(shí)，優(yōu)先考慮錯(cuò)列式布局形式，以提升小區(qū)的熱舒適度。本文未考慮到綠化對(duì)小區(qū)局部氣候產(chǎn)生的影響,并且模型比較簡(jiǎn)單,未考慮到不同樓高、多類建筑混合的空間結(jié)構(gòu)形式,這在以后的研究中將不斷完善。參考文獻(xiàn)[1]胡春景,逯富偉，王雪麗.建筑形態(tài)與布局對(duì)居住區(qū)微環(huán)境影響的模擬研究[J].節(jié)能,2017,36(5):42-47.[2]張永益,徐結(jié)晶.城市居住小區(qū)室外熱環(huán)境與舒適度模擬研究叮].節(jié)能,2019,38(12):40-43.[3]JiangY，WuC，TengM.ImpactofResidentialBuildingLayoutsonMicroclimateinaHighTempera-tureandHighHumidityRegion[J].Sustainability,2020,12(3):49-51.[4]李晗,吳家正,趙云峰,等.建筑布局對(duì)住宅住區(qū)室外微環(huán)境的影響研究[J].建筑節(jié)能,2016,44(3):57-63.[5]LiQ,MengQ,ZhaoL,etal.Correlationanalysisofurbanplanningfactorsandoutdoorthermalenviron-mentaroundtheresidentialbuildingsinhot-humidar-eaofChina[C]//EEE.InternationalConferenceonAdvancesinEnergyEngineering.Beijing:IEEE,2010.[6]曹林森，徐歡，李紅。南京市寒冷季節(jié)景觀樹種對(duì)人體熱舒適度影響的數(shù)值