基于傳統(tǒng)商業(yè)街尺度變化的物理環(huán)境研究

吳曉冬

摘 要：傳統(tǒng)商業(yè)街作為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有效組成部分，其物理環(huán)境的研究與改善對于提高商業(yè)街區(qū)內(nèi)部使用舒適度，以及建筑能耗有著重要影響。本文從傳統(tǒng)商業(yè)特征所形成的街谷寬高比例入手，通過調(diào)研、分析以及能耗模擬，研究街谷中街道寬度與建筑高度，建筑自身體型變化對綜合能耗的影響，以及不同朝向商業(yè)街的微氣候特征對于提升空氣質(zhì)量的，增加舒適度的影響。

關(guān)鍵詞：傳統(tǒng)商業(yè)街街谷； 寬高比； 非對稱街谷

Abstract： traditional commercial street as city economic development effective component， its physical environment research and improvement to improve the commercial block internal comfort， and has an important effect on building energy consumption. This article from the traditional commercial feature formed by the street canyon width height ratio of， through investigation， analysis and Simulation of energy consumption， on the street Valley Street width and height of building， building their own body size variation of comprehensive energy consumption， as well as the different commercial street microclimate characteristics to improve air quality， increase the comfort level of influence.

Key words： traditional commercial street Valley aspect ratio asymmetric Street Canyon

1.引言

隨著文化產(chǎn)業(yè)的復(fù)興與發(fā)展，國內(nèi)較多文化資源豐富的城市開始進(jìn)行城市的歷史文化挖掘與更新。商業(yè)街道是城市最有活力的空間形式和經(jīng)濟(jì)載體。因此，飽含文化與商業(yè)氣息的傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)的改造及復(fù)建成為此類工作的重要部分。在設(shè)計(jì)與建造的過程中，其內(nèi)部自身空間形態(tài)和布局將會(huì)與建筑能耗發(fā)生耦合關(guān)系并相互作用，通過微氣候的營造以及能耗的合理規(guī)避，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能和低碳的目標(biāo)，并提高人群在商業(yè)街內(nèi)部的舒適度的同時(shí)通過風(fēng)場的疏導(dǎo)以降低該區(qū)域的污染程度。

2. 傳統(tǒng)商業(yè)空間形態(tài)特征

傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)作為傳統(tǒng)文化的重要組成部分，空間形態(tài)特征除了滿足當(dāng)?shù)靥赜械淖匀画h(huán)境要求外，還受到當(dāng)?shù)氐纳鐣?huì)人文，風(fēng)俗習(xí)慣等因素的影響，因此具有較為鮮明的地域建筑風(fēng)格及特征。在傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)的特有的物理環(huán)境研究中，本文簡化建筑元素的復(fù)雜性，構(gòu)建沿街建筑物高度H以及街道寬度D的比例為特征模型來進(jìn)行量化參照研究。

2.1 商業(yè)寬高比例特征

蘆原義信在《外部空間設(shè)計(jì)》一文中定義了構(gòu)成街道空間的街道底界面的寬度與沿街側(cè)界面建筑的高度的比值（D/H），其比值是保證街道空間尺度均衡，是體現(xiàn)街道中的人的開放感和圍合感的重要指標(biāo)。當(dāng)街道空間D/H小于l時(shí)圍合感越強(qiáng)，D/H值越大于1時(shí)街道的開放感越強(qiáng)，D/H=l.2～2時(shí)，產(chǎn)生舒適的圍合感；D/H大于2時(shí)，產(chǎn)生開闊感；D/H>3時(shí)，產(chǎn)生空曠感。本文通過調(diào)研古城西安、成都、南京、蘇州等地的傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)的寬高比例（表1），發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)研究數(shù)值集中于0.5～1.5范圍內(nèi)，得出商業(yè)街內(nèi)聚性較好，空間尺度適宜。

3.傳統(tǒng)街區(qū)不同形式建筑的能耗分析

本文通過對于構(gòu)成街區(qū)形態(tài)框架的單體建筑進(jìn)行研究，評價(jià)在街區(qū)修復(fù)或重建時(shí)，選擇能耗較低的建筑體型為目標(biāo)。以古城西安為研究地，西安位于寒冷地區(qū)，冬季以保溫為主，主要為采暖能耗，建筑外部熱源的太陽輻射獲得量主要與建筑布局形態(tài)，周圍環(huán)境長波輻射等相關(guān)。建筑物內(nèi)部存在著建筑照明、人體，設(shè)備等室內(nèi)熱源與住宅建筑室內(nèi)空氣發(fā)生對流與輻射的熱傳遞過程。建筑內(nèi)擾在熱傳遞過程中總是要傳遞到圍護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面，而室外氣象條件總是首先作用于建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外表面，建筑內(nèi)擾與建筑外擾兩種作用形式是同時(shí)存在，獨(dú)立傳遞而又相互迭加，相互影響。不同的建筑外表面從抵御內(nèi)外溫度振幅以及內(nèi)外界面尺寸方面，就會(huì)對建筑的全年能耗產(chǎn)生一定影響。本文假定待研究的傳統(tǒng)商業(yè)街D/H=1.2，并以此作為研究傳統(tǒng)商業(yè)街的空間物理特征的基本研究模型，設(shè)定商業(yè)街東西向，商業(yè)建筑為南北向，假設(shè)南側(cè)建筑為條式建筑，北側(cè)建筑的體形輪廓進(jìn)行相應(yīng)變化，由此建立Dest模型建立如圖（圖1）計(jì)算能耗特征的。

擬定（n1）、（n2）、（n3）三種不同外部形態(tài)的建筑作為研究對象，通過從圖形變化中可以看出建筑物耗冷量指標(biāo)隨著建筑物出風(fēng)口方向的改變，發(fā)生較規(guī)律的下降趨勢變化。在建筑物耗冷量指標(biāo)中，當(dāng)進(jìn)風(fēng)口由東邊逐漸過渡到西邊，能耗降低。并且，建筑物的進(jìn)風(fēng)口開口比例越大，建筑物耗冷量指標(biāo)越大，兩者呈正相關(guān)變化。在數(shù)據(jù)比對中，當(dāng)建筑物的A：Lmid：B相對比例使建筑物呈三面圍合式布置時(shí)，由于伸出段對于太陽輻射的相對遮擋，建筑物的北向受熱面積最小，且建筑物的迎風(fēng)面面積最小，在建筑物的東西向建筑中向內(nèi)的面有永久陰影面的存在，減少了建筑物的太陽輻射溫升現(xiàn)象，同時(shí)在三面圍合區(qū)內(nèi)，有溫度較低區(qū)域的產(chǎn)生，從而促進(jìn)熱壓風(fēng)場形成的可能。當(dāng)建筑物相對比例為Z：1：0.5時(shí)（z為0長度），建筑的能耗在耗冷量和耗熱量指標(biāo)變化趨勢上最穩(wěn)定，并可以作為同比情況下最優(yōu)推薦，圖示n2情況。

4.傳統(tǒng)街區(qū)街谷內(nèi)微氣候特征

傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)的構(gòu)成通常存在若干條路網(wǎng)交織的情況，街谷微氣候的形成與太陽輻射強(qiáng)度所造成的空氣溫度的時(shí)間演變和空間分布、以及街谷內(nèi)部的氣流狀況與街區(qū)的建筑密度、建筑排列方式有關(guān)。并且與街谷的幾何特征、走向界面朝向、街區(qū)下墊面以及來風(fēng)方向都有較大的關(guān)聯(lián)。本文通過對西安市回民街（南-北走向、對稱街谷）、書院門（東-西走向、非對稱街谷）兩條傳統(tǒng)商業(yè)街的物理環(huán)境分析，重點(diǎn)研究以下兩方面內(nèi)容。

4.1非對稱街谷的物理環(huán)境特征

當(dāng)選擇建筑物相對比例為Z：1：0.5，商業(yè)街外部空間幾何結(jié)構(gòu)則為非對稱形式。此時(shí)，街谷外部大氣平流進(jìn)入街谷內(nèi)部時(shí)，接近放大的非對稱區(qū)域時(shí)，峽管狀態(tài)突變，會(huì)在街谷放大區(qū)域產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)湍流。三維方向的湍流漩渦將沿著墻面向上部遷移，湍流的輸運(yùn)作用使得街道峽谷內(nèi)空氣與外界空氣進(jìn)行交換，提高污染物的擴(kuò)散速度，改善峽谷內(nèi)的空氣質(zhì)量。因此，沿街建筑在局部地區(qū)放大，對于提高污染散發(fā)速度有利。

4.2不同朝向街谷的物理環(huán)境特征

西安地區(qū)城市的傳統(tǒng)街區(qū)較多以格網(wǎng)形式存在，會(huì)呈現(xiàn)出不同朝向的街谷的工況，在太陽輻射下，處于太陽直射輻射區(qū)域的空氣溫度會(huì)隨著建筑的高度產(chǎn)生較大分層差異，而在建筑遮擋區(qū)域的街谷部分，因?yàn)榭諝鉁囟仍鰷責(zé)嵩礊榻犹柹⑸漭椛?，并且隨著建筑密集程度增多的太陽輻射反射次數(shù)的變化，其空氣溫度隨高度分層現(xiàn)象并不明顯。在東-西走向的街區(qū)，因?yàn)樵谙募竞投居捎谔柛叨冉堑牟煌?，街道南?cè)建筑對于街谷的遮擋效應(yīng)造成街谷中所獲得的太陽輻射在不同時(shí)間段存在較大的差異，相應(yīng)得知，遮蔽效應(yīng)對于南北走向的街道太陽輻射影響不大。

5.結(jié)論

傳統(tǒng)商業(yè)街作為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的有效組成部分，其物理環(huán)境的研究與改善對于提高商業(yè)街區(qū)內(nèi)部使用舒適度，以及建筑能耗有著重要影響。本文從街谷寬高比例著手，通過分析調(diào)研，研究在一定寬高比例下，建筑體型變化對能耗的影響，以及不同朝向商業(yè)街的風(fēng)環(huán)境對于污染物的影響，主要結(jié)論如下：

5.1傳統(tǒng)商業(yè)街區(qū)道路寬度D/建筑高度H接近1.2時(shí)，對空間舒適度以及減少建筑能耗有利。

5.2街道兩側(cè)建筑布局采用非對稱形式的幾何結(jié)構(gòu)，街谷內(nèi)污染物濃度由于湍流作用而大大降低，空氣質(zhì)量得到較大改善。

5.3南-北走向相對于東西走向的街谷所吸收的太陽輻射量在冬夏兩季的差異小。

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