寒地建筑場地規(guī)劃微氣候適應(yīng)性設(shè)計策略

林春翔，邵旭，陳曉丹

（河北建筑工程學(xué)院建筑與藝術(shù)學(xué)院，河北張家口075024）

寒地建筑場地規(guī)劃微氣候適應(yīng)性設(shè)計策略

林春翔，邵旭，陳曉丹

（河北建筑工程學(xué)院建筑與藝術(shù)學(xué)院，河北張家口075024）

基于自然與設(shè)計相結(jié)合的角度，在場地規(guī)劃布局階段，針對寒冷地區(qū)建筑所處的具體環(huán)境氣候特征，從場地氣候資源：太陽輻射、日光、風(fēng)、空氣溫度、水等自然因素分析，將自然力量的作用和氣候資源的潛能發(fā)揮到最大程度，在滿足人類舒適度的前提下降低對自然能源的消耗，給寒冷地區(qū)建筑節(jié)能設(shè)計提出一些應(yīng)對策略和建議。

寒冷地區(qū)；場地規(guī)劃；微氣候；適應(yīng)性

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.10.006

1 引言

現(xiàn)代建筑設(shè)計中常常忽略對建筑本質(zhì)的考慮，舍本求末地依賴空調(diào)等機械手段調(diào)節(jié)室內(nèi)外環(huán)境，忽視了建筑本身對氣候因素的適應(yīng)性，在一定程度上造成了現(xiàn)代建筑能耗嚴重、形式單一、自然生態(tài)環(huán)境平衡遭到破壞的現(xiàn)象。場地規(guī)劃布局設(shè)計作為建筑設(shè)計之初的場地環(huán)境的宏觀把控，對比建筑后期的節(jié)能設(shè)計彌補更有直接的引導(dǎo)意義。

2 寒冷地區(qū)氣候特征

寒冷地區(qū)主要包括華北、新疆、西藏南部地區(qū)以及東北南部地區(qū)。寒地氣候一般比較干旱少雨，年平均相對濕度50%～ 70%，年降雨日數(shù)為60～100d，年降水量為300～1000mm，年降雪日數(shù)在15d以下，年太陽總輻射照度為150～190W/m2，年日照時數(shù)為2000～2800h，年日照百分率為40%～60%。

3 場地微氣候節(jié)能設(shè)計策略

場地設(shè)計是場地微氣候節(jié)能設(shè)計的第一階段。該階段設(shè)計得當(dāng)與否將直接影響日后建筑室內(nèi)外氣候的舒適性與居民的健康。特別是以供暖需求為主要矛盾的寒冷地區(qū)建筑，經(jīng)過精心設(shè)計和考慮的場地設(shè)計、景觀設(shè)計以及構(gòu)筑物的配置可在極大的程度上減少該區(qū)域內(nèi)額外的能源消耗。其中太陽能和風(fēng)環(huán)境對寒地場地微氣候環(huán)境影響最為顯著。

3.1 太陽輻射

在場地設(shè)計中考慮太陽輻射和被動式太陽能利用是建筑適應(yīng)氣候條件的重要特征之一。建筑物有陽光照射比一點沒有要好的多。結(jié)合寒地氣候特征確定以下幾個設(shè)計要點。

1）明確附近阻礙物造成的遮擋，考慮太陽輻射對實現(xiàn)場地規(guī)劃的最佳效果。對太陽光入射、鄰近建筑可能產(chǎn)生的遮擋、樹木等進行界定，盡可能地提高對太陽光的利用率。

2）合理進行建筑布局，保證建筑獲得更多的日照。通過對行列式、斜列式、周邊式等布局方式進行日照分析，選擇最佳日照效果。

3）選擇合適的建筑朝向[1]。朝向的選擇原則是優(yōu)先考慮日照，其次是通風(fēng)，依據(jù)建筑功能與氣候條件選擇最佳朝向位置。

3.2 日光

人工照明消耗電能巨大，不僅增加了建筑建設(shè)的成本，更是增加了對環(huán)境負荷的壓力。然而自然光資源不僅豐富無償，比人造光源更加健康有效。場地日光設(shè)計應(yīng)注意以下幾點。

1）確定場地上的日光障礙物，避免對擬建建筑的日光遮擋。周邊的建筑物及樹木、植被等都會對新建項目的日光造成阻擋，影響室內(nèi)的日光用量。

2）確定窗戶大小，選擇不同反射率的墻壁，增加房間內(nèi)的日光量。

3）進行日照系數(shù)等參數(shù)計算，分析建筑物的間距對室內(nèi)采光量的影響，選擇最佳效果。建筑物的高度與相鄰建筑的間距需要保持合適的尺度，以保證日光的充足。

自然光不僅意味著能源使用的潛在節(jié)約，而且比人造光源更加有效。利用太陽光提供照明，對居民生活環(huán)境和健康有著非常大的好處。

3.3 風(fēng)

建筑風(fēng)環(huán)境不僅能直接影響使用者的舒適性，左右建筑空間形式，同時也能影響建筑能耗和空氣質(zhì)量。場地風(fēng)環(huán)境取決于氣象大區(qū)域地形和局部小區(qū)域地形，其中，小區(qū)域地形這一因素可通過合理的場地規(guī)劃得到最佳小區(qū)域地形，從而改善局部風(fēng)環(huán)境[2]。

1）確定場地擋風(fēng)和導(dǎo)風(fēng)的利弊條件。地形會改變主導(dǎo)風(fēng)向，同樣該場地上的阻礙物如山丘、樹林、原有建筑物等也會影響風(fēng)向的偏轉(zhuǎn)。

2）建筑選址以及建筑群布局時，應(yīng)充分考慮對冬季主導(dǎo)風(fēng)的阻擋。選擇合適的封閉或半封閉周邊式布局的開口位置，使建筑有較好的微氣候風(fēng)環(huán)境。

3）較高建筑應(yīng)修建在冬季主導(dǎo)風(fēng)向側(cè)，適當(dāng)調(diào)整建筑朝向。避免與風(fēng)向垂直，以減少風(fēng)速，形成對場地其他低層建筑和庭院的保護。

4 空氣溫度和水

寒冷地區(qū)氣候晝夜溫差較大，冬季漫長而干冷，夏季涼爽多風(fēng)，通過對空氣溫度與水資源的合理設(shè)計，能夠使場地溫度狀況得以改善、保持區(qū)域現(xiàn)有水文環(huán)境、使場地空間更加舒適健康[3]。

4.1 空氣溫度

局部環(huán)境的空氣溫度是由一個地區(qū)的大氣候形成的，但是場地的溫度狀況還受到該區(qū)域的地形、植被以及城郊自然條件等環(huán)境的影響，每個具體地點的氣候特性仍然是由其小氣候環(huán)境決定的。

4.1.1 地形條件對氣溫的影響

因受太陽輻射程度不同，場地南向山坡比北向山坡溫度更高。低洼地形會因為冷重空氣集中而形成冷氣槽，不利于場地建筑的保溫節(jié)能。寒冷地區(qū)場地設(shè)計應(yīng)優(yōu)先選擇南向山坡，避免在低凹地形處建設(shè)。

4.1.2 周圍環(huán)境、構(gòu)筑物對氣溫的影響

場地鄰近區(qū)域的水系、植被環(huán)境能明顯改善場地周圍的溫度。在寒冷地區(qū)的冬季，高大建筑物的陰影很容易將一個有陽光且無寒風(fēng)的溫暖南向地段變成像北向地段般寒冷多風(fēng)的小氣候。因此，場地設(shè)計時應(yīng)注意分析場地周邊環(huán)境氣候的利弊影響。

4.1.3 不同下墊面對空氣溫度的影響

不同的地面反射率和密度對空氣溫度的影響也不同，混凝土地面比草地的空氣溫度和相對濕度要高出許多，同樣的下墊面靠近墻面距離大小不同，溫度變化值也不同。寒冷地區(qū)場地下墊面設(shè)計應(yīng)對建筑自身節(jié)能特征和功能分區(qū)不同，通過節(jié)能數(shù)據(jù)對比選擇使微氣候設(shè)計達到最佳節(jié)能效果的方案。

4.2 水

在寒冷地區(qū)場地設(shè)計中，水可以優(yōu)化場地微氣候環(huán)境，水體不僅對場地氣溫影響顯著，水資源的管理和利用對生態(tài)環(huán)境保護和節(jié)能也有重要影響。由于地下水和其他自然水資源是有限的，因此，非常寶貴。場地設(shè)計水資源優(yōu)化可在以下幾方面進行：

1）保留場地降雨，保證雨水順利地排放到自然區(qū)域或者城市管網(wǎng)中；

2）場地鋪地設(shè)計注意“海綿化”處理，促進雨水等就地滲透到土壤中，保持水資源的自然循環(huán)；

3）認真規(guī)劃場地地表的排水效果，預(yù)測對新建項目的影響，根據(jù)水的性質(zhì)不同進行特殊處理排放。

在場地設(shè)計中要盡量用生態(tài)方法保持現(xiàn)有水文狀態(tài)，對不同用途的水資源進行合理利用。從而達到不干擾地方生態(tài)系統(tǒng)，并利用水體調(diào)節(jié)場地微氣候的目的。

5 結(jié)語

對于場地規(guī)劃的微氣候適應(yīng)性而言，接受一項需要的資源永遠要比阻擋一項不需要的資源重要。通過對寒地建筑場地規(guī)劃的微氣候綜合性分析，可以優(yōu)化利用事先確定的自然氣候調(diào)節(jié)機制，減少對人工供暖系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)的依賴性，從而極大地降低投資成本和運行成本，有效節(jié)約不可再生資源。

【1】聶雨.寒冷地區(qū)居住區(qū)夏季熱環(huán)境及規(guī)劃設(shè)計研究[D].西安:西安建筑科技大學(xué),2004.

【2】楊麗.綠色建筑設(shè)計——建筑風(fēng)環(huán)境[M].上海:同濟大學(xué)出版社, 2014.

【3】李曉嵐.寒冷地區(qū)綠色場地設(shè)計研究[D].鄭州:鄭州大學(xué),2013.

Design Strategies for the Micro-climate Adaptation of Site Planning in Cold Areas

LIN Chun-xiang,SHAO Xu,CHEN Xiao-dan
（CollegeofArchitectureandArtHebeiUniversityofArchitecture,Zhangjiakou 075024,China）

Thispaperisbasedonthecombinationofnatureanddesign.Itaimsatthespecificenvironmentandclimatethebuildingsareexposed toincoldareasatthesiteplanningstage.Itmakesananalysisfromthesiteclimateresourcessuchassolarradiation,sunlight,wind,airtemperature, waterandothernatural factors.Thenaturepowerandpotentialofclimateresourcesare developedtothegreatest extent,tosatisfytheneedsfor humancomfortatthelowcostofnaturalresources.Itproposessomestrategiesandsuggestionsonenergysavingforbuildingsincoldareas.

coldareas;siteplanning;micro-climate;adaptability

TU201.5

A

1007-9467（2016）10-0015-03

2016-09-12

河北省科學(xué)技術(shù)廳項目（10213915D）

林春翔（1992～），男，江西上饒人，碩士在讀，從事建筑技術(shù)研究。