常 樂 狄育慧 倪曉晨
基于星級評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)下某住區(qū)物理環(huán)境優(yōu)化
常 樂 狄育慧 倪曉晨
(西安工程大學(xué) 西安 710600)
以滿足綠色建筑中二星級住宅的高標(biāo)準(zhǔn)要求為目標(biāo),對小區(qū)室外物理環(huán)境進(jìn)行評價(jià),結(jié)合相關(guān)室外環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)要求,采用Phoenics、DIALux模擬軟件對小區(qū)的室外風(fēng)環(huán)境及室外光環(huán)境進(jìn)行模擬,并依據(jù)室外噪聲監(jiān)測數(shù)據(jù)對建筑室內(nèi)背景噪聲進(jìn)行了分析計(jì)算。在模擬分析計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上,從景觀綠化、建筑布局設(shè)計(jì)、建筑構(gòu)件設(shè)計(jì)、室外燈具布置及選取等優(yōu)化角度對改善小區(qū)室外物理環(huán)境提出了一系列可行性建議。住區(qū)物理環(huán)境的優(yōu)化更有利于建筑節(jié)能。
綠色建筑;物理環(huán)境;模擬分析;節(jié)能優(yōu)化
隨著我國綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的逐步改進(jìn)和實(shí)施,于2015年1月1日GB/T50378—2014版新標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行,各省市也相繼出臺了地方性標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)?!熬G色建筑”成為滿足居民居住水平的衡量標(biāo)桿。綠色建筑針對室外物理環(huán)境,包括:溫度、濕度、風(fēng)速(熱環(huán)境),噪聲(聲環(huán)境),采光(光環(huán)境)等五項(xiàng)提出了滿足舒適性的新要求。建筑節(jié)能一直以來受到國家的重視,但是在城市規(guī)劃方面,缺乏相關(guān)硬性指標(biāo)以及強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的要求,這就使得規(guī)劃者在設(shè)計(jì)初期缺乏對于建筑室外物理環(huán)境的考慮,從而導(dǎo)致不舒適的環(huán)境產(chǎn)生,影響了建筑節(jié)能效果。對于建筑室外物理環(huán)境,Chang研究得出住區(qū)熱環(huán)境是各個(gè)因素綜合作用的結(jié)果,并通過模擬分析獲得居住區(qū)總的熱環(huán)境參數(shù)。美國的G·Z·布朗提出風(fēng)、遮擋物以及住區(qū)下墊面是影響建筑室外溫度的主要因素,同時(shí)該書針對建筑組團(tuán)提出了通過建筑布局的變化,以及綠化和水體能達(dá)到改善室外熱環(huán)境的效果。同時(shí)針對高層住宅下風(fēng)環(huán)境的改變提出了具體措施[1]。通過模擬分析住區(qū)的室外環(huán)境條件,進(jìn)而對其進(jìn)行綠色建筑星級評價(jià),并對其不利環(huán)境提出節(jié)能優(yōu)化措施。
對研究對象及其周邊建筑進(jìn)行風(fēng)環(huán)境的模擬,模擬分析得出以下要點(diǎn):(1)冬季建筑室外人行區(qū)域距地1.5m處風(fēng)速值;(2)冬季建筑迎風(fēng)面與背風(fēng)面風(fēng)壓差;(3)夏季及過渡季場地內(nèi)風(fēng)場分布;(4)夏季及過渡季外窗室內(nèi)外表面風(fēng)壓差。
良好的聲環(huán)境是居住區(qū)的基本要求。國內(nèi)外對于噪聲的評價(jià)都有各自的標(biāo)準(zhǔn),我國綠色建筑評價(jià)中對于噪聲的評價(jià)采用《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB 3096—2008[4],場地內(nèi)環(huán)境噪聲應(yīng)滿足規(guī)定,見表1。且在室外交通及場地噪聲基礎(chǔ)上,求得建筑最不利房間的室內(nèi)背景噪聲值,并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。
表1 環(huán)境噪聲限值(單位:dB(A))
小區(qū)綠化布局設(shè)計(jì)與室外夜景照明設(shè)計(jì)相結(jié)合,避免出現(xiàn)光污染,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市夜景照明設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ/T 163—2008[5]中對光污染的限值規(guī)定:(1)夜景照明設(shè)施在居住建筑窗戶外表面產(chǎn)生的垂直面照度不應(yīng)大于規(guī)定值;(2)夜景照明燈具朝居室方向的發(fā)光強(qiáng)度不應(yīng)大于規(guī)定值;(3)城市道路的非道路照明設(shè)施對汽車駕駛員產(chǎn)生的眩光的閾值增量不應(yīng)大于15%;(4)居住區(qū)和步行區(qū)的夜景照明設(shè)施應(yīng)避免對行人和非機(jī)動車人造成眩光。夜景照明燈具的眩光限制應(yīng)滿足規(guī)定;(5)燈具上的射光通比的最大值不應(yīng)大于規(guī)定值;(6)夜景照明在建筑立面和標(biāo)識面產(chǎn)生的平均亮度不應(yīng)大于規(guī)定值。
小區(qū)夜景照明是光環(huán)境的一部分,日照條件也是小區(qū)室外光環(huán)境的另一組成部分,建筑規(guī)劃布局應(yīng)滿足日照標(biāo)準(zhǔn),且不得降低周邊建筑的日照標(biāo)準(zhǔn)[2]。
本次選取西安市某小區(qū)作為研究對象,項(xiàng)目效果圖見圖1。項(xiàng)目占地面積約23761.28m2,總建筑面積約61304.47m2,其中地上面積44152.76m2,地下總建筑面積17151.71m2,本項(xiàng)目容積率為3.2,綠地率為35%,建筑密度19%。研究對象包括A—5#樓(16F)、A—6#~A—7#樓(18F)、A—8#樓~A—13#樓(11F),即有三棟中高層住宅樓和六棟小高層住宅樓。
圖1 項(xiàng)目效果圖
采用CFD手段對本項(xiàng)目周邊風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬,綜合考慮流場、風(fēng)速、風(fēng)速放大系數(shù)、風(fēng)壓四個(gè)因素對本項(xiàng)目周邊風(fēng)環(huán)境狀況進(jìn)行分析評價(jià)。為了分析不同風(fēng)速情況下建筑群組內(nèi)人活動區(qū)域的氣流分布情況,在CFD數(shù)值模擬中設(shè)定了高度為1.5m平面作為觀測面。圖2—圖8為模擬結(jié)果。
圖2 項(xiàng)目室外風(fēng)環(huán)境分析模型
圖3 項(xiàng)目室外風(fēng)環(huán)境網(wǎng)格布置
圖4 室外人行區(qū)1.5m處風(fēng)速分布圖
圖5 室外人行區(qū)1.5m處風(fēng)速矢量圖
圖6 室外人行區(qū)1.5m處WAMP分布圖
圖7 迎風(fēng)面建筑表面壓力分布圖
圖8 背風(fēng)面建筑表面壓力分布圖
表2 噪聲現(xiàn)狀監(jiān)測結(jié)果(單位:LeqdB(A))
圖4、圖5、圖6為該項(xiàng)目在進(jìn)口風(fēng)速為2.5m/s 時(shí)的室外1.5m處風(fēng)速及風(fēng)速放大系數(shù)分布圖,室外最大風(fēng)速約為2.8m/s,風(fēng)速放大系數(shù)最大值為1.8??梢钥闯霰卷?xiàng)目人行區(qū)域未出現(xiàn)漩渦區(qū),能夠保證周圍具有較好的空氣新鮮度和良好的空氣品質(zhì)。圖7、圖8為該項(xiàng)目建筑表面風(fēng)壓分布圖,由圖可知,本項(xiàng)目建筑物前后壓差約4.6Pa,均不大于5Pa。
項(xiàng)目在擬建項(xiàng)目東、西、南、北場界外1m處及敏感點(diǎn)共布設(shè)6個(gè)點(diǎn)位,監(jiān)測儀器采用AWA5680型多功能聲級計(jì)和AWA5680型聲級校準(zhǔn)器。
由上表可知,項(xiàng)目擬建地東、西、北三個(gè)場界晝、夜間噪聲均滿足《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096—2008)2類標(biāo)準(zhǔn)要求,南場界晝、夜間噪聲滿足《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096—2008)4a類標(biāo)準(zhǔn)要求。敏感點(diǎn)職教中心、郭杜北村的晝、夜間噪聲監(jiān)測值均滿足《聲環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3096—2008)中的2類標(biāo)準(zhǔn)要求。項(xiàng)目周圍聲環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀良好。
由項(xiàng)目總平面圖及建筑圖分析可知,A—6#住宅樓臥室內(nèi)噪聲的最不利房間位于東北面,根據(jù)對外墻與外窗組合的有效聲量計(jì)算,本項(xiàng)目居住建筑的臥室、起居室以及書房在關(guān)窗情況下,計(jì)算得到室內(nèi)背景噪聲值臥室晝間為35.6dB,夜間為25dB,起居室為34.8dB,書房為34.6dB,滿足現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《民用建筑隔聲設(shè)計(jì)規(guī)范》GB0118中的高限要求。
CIE Flux 代碼: 65 95 99 100 61
CIE Flux 代碼: 57 91 100 100 52
CIE Flux 代碼: 65 95 99 100 61
CIE Flux 代碼: 57 91 100 100 52
項(xiàng)目日照條件滿足規(guī)劃要求,故本次重點(diǎn)分析項(xiàng)目的室外夜景照明光污染程度。采用庭院燈=3.5m,35W,T5,淡黃色光源;燈體黑色,58套。草坪燈=0.45m,26W節(jié)能燈,淡黃色光源;燈體黑色,37套。根據(jù)《城市夜景照明設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ/T 163—2008附錄A,本項(xiàng)目屬E3環(huán)境區(qū)域,場地夜景照明燈具基礎(chǔ)數(shù)據(jù)根據(jù)景觀電氣圖紙?jiān)O(shè)置,照明燈具配光曲線如圖9~圖12所示。
圖13 室外夜景照明分析模型
采用軟件建立室外夜景照明分析模型(如圖13),本項(xiàng)目朝居室方向的夜景照明燈具有插泥燈。根據(jù)燈具的配光曲線圖計(jì)算同時(shí),由配光曲線圖可知,各燈具在與向下垂線成85°和90°方向間的最大平均亮度為0cd/m2,不存在眩光污染;且燈具所處位置水平面以上的光通量與燈具總光通量之比為0,上射光通比符合規(guī)范限值要求。
圖14、圖15分別為項(xiàng)目建筑西南和東北立面照度分布情況,偽色間距為0.50lx。圖中可見:夜景照明燈具全部開啟時(shí),各燈具正下方區(qū)域的照度相對較高,建筑立面照度均在2.00 lx以下,本項(xiàng)目滿足《城市夜景照明設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ/T 163—2008第7.0.2條第1款居住建筑窗戶外表面產(chǎn)生的垂直面照度E3環(huán)境區(qū)域最大允許值為2lx的要求。
圖14 建筑西南立面照度偽色圖
圖15 建筑東北立面照度偽色圖
圖16、圖17分別為項(xiàng)目建筑西南和東北立面亮度分布情況,偽色間距為0.50cd/m2。圖中可見:夜景照明燈具全部開啟時(shí),各燈具正下方區(qū)域的亮度相對較高,建筑立面亮度均在2.0cd/m2以下。滿足《城市夜景照明設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ/T163—2008第7.0.2條第6款建筑立面和標(biāo)識面產(chǎn)生的平均亮度E3環(huán)境區(qū)域最大允許值為10cd/m2的要求。
圖16 建筑西南立面亮度偽色圖
圖17 建筑北立面亮度偽色圖
夏季、冬季以及過渡季節(jié)的風(fēng)環(huán)境有相關(guān)規(guī)范要求,在規(guī)范要求的基礎(chǔ)上應(yīng)進(jìn)行住區(qū)風(fēng)環(huán)境全面優(yōu)化。通風(fēng)狀況的優(yōu)劣對住區(qū)溫度也存在一定的影響。良好的風(fēng)環(huán)境是在滿足人舒適感的同時(shí),還應(yīng)考慮夏季降溫以及冬季的防風(fēng),而這一需求正是優(yōu)化措施所要達(dá)到的目的,針對這一目的,國內(nèi)外專家學(xué)者做出大量的研究,如:林波榮[6,7]、洪波[8]分別研究了綠化、植被、綠地等對室外熱環(huán)境的影響,并提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)策略與措施。其次下墊面的材料、建筑布局等也是影響建筑室外熱環(huán)境的關(guān)鍵因素。
3.1.1 透水鋪裝地面對室外熱環(huán)境的優(yōu)化
改造區(qū)域下墊面是優(yōu)化區(qū)域熱環(huán)境有效手段[9],而透水鋪裝地面優(yōu)化效果十分明顯。透水鋪裝地面的構(gòu)造特點(diǎn)使其自身具有一定的蓄水能力,并可以通過蒸發(fā)降溫來改善住區(qū)熱環(huán)境。小區(qū)停車場采用植草磚可增加透水鋪裝的使用面積。該措施的運(yùn)用對于場地年徑流總量控制率提供了保障,達(dá)到節(jié)水與改善小區(qū)微環(huán)境并重的目的。
3.1.2 綠化對室外熱環(huán)境的優(yōu)化
綠化主要是通過植物遮陽和蒸發(fā)作用調(diào)節(jié)建筑吸收的太陽輻射量,改變環(huán)境的熱濕平衡從而改變建筑負(fù)荷。并且,綠化還可以起風(fēng)屏作用,減小風(fēng)壓,減小冷空氣的滲入量,從而降低建筑熱負(fù)荷,提高居住環(huán)境的舒適度。在夏季,合理的利用綠化植物與建筑物的組合,不僅能起到美化環(huán)境,還可以改善和優(yōu)化建筑外風(fēng)環(huán)境。在寒冷或冬季多風(fēng)地區(qū),合理的設(shè)置綠化植物可有效的阻擋寒風(fēng)對建筑物的侵襲,封閉不利風(fēng)向,防止建筑物的背面形成渦流區(qū),減少寒風(fēng)對建筑的影響[10]。根據(jù)西安市東北風(fēng)為主導(dǎo)風(fēng)向,結(jié)合小區(qū)實(shí)際室外物理環(huán)境情況,提出采用綠化方式改善室外物理環(huán)境的方案。在小區(qū)來流風(fēng)方向設(shè)置防風(fēng)林,樹木對改善熱環(huán)境效果最好[7],法國梧桐適宜西安市地理環(huán)境,能起到防風(fēng)的效果。為提高小區(qū)綠化率,還可在小區(qū)屋頂采用屋頂綠化方式來調(diào)節(jié)熱環(huán)境。避免西側(cè)建筑吸收較多的太陽輻射,即避免西曬,可在建筑物西側(cè)采用立體綠化的形式降低太陽輻射量。在滿足規(guī)劃要求的基礎(chǔ)上,適當(dāng)增大建筑間距,形成通風(fēng)走廊,引導(dǎo)風(fēng)進(jìn)入居住區(qū),為小區(qū)降溫。在背風(fēng)區(qū),通過樹木的導(dǎo)流作用,改善小區(qū)室外風(fēng)環(huán)境。
良好的聲環(huán)境是適宜人居住的條件之一。交通噪聲、社會生活噪聲會對居民生活及身心健康產(chǎn)生巨大影響。通過噪聲的檢測結(jié)果,研究對象周圍環(huán)境噪聲情況良好,達(dá)到了相關(guān)規(guī)范要求。室外環(huán)境噪聲與室內(nèi)背景噪聲存在著必然的聯(lián)系。這就要求我們不僅對減弱室外噪聲提出優(yōu)化措施,還應(yīng)考慮建筑自身的降噪。
3.2.1 建筑室外噪聲優(yōu)化
(1)綠化方式對噪聲的優(yōu)化
通過室外噪聲監(jiān)測,不考慮距離對噪聲的衰減程度,我們可以得出在小區(qū)的東北向?yàn)樵肼暞B加最大值處。這與前面提到的冬季在東北向設(shè)置樹木防風(fēng)林相吻合。高大樹木不僅可以起到擋風(fēng)的效果,并對噪聲有衰減作用。不同綠化方式會產(chǎn)生不同的降噪效果,采用復(fù)層綠化,以及不同高度樹木互植的方式能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。復(fù)層綠化以及互植的方式會形成“綠墻”來改善聲環(huán)境和熱環(huán)境。在人活動頻繁區(qū)域,可增加樹木的數(shù)量,減少活動產(chǎn)生的噪聲對居民的干擾。
(2)住區(qū)布局優(yōu)化
建筑物高度設(shè)置應(yīng)考慮距道路遠(yuǎn)近,距道路越近的建筑高度應(yīng)越低,會對其后排建筑起到聲屏障的作用,利于噪聲的削弱。若小區(qū)內(nèi)部有地面停車位,應(yīng)考慮人車分流,在車行道與建筑物間設(shè)置綠化帶降低噪聲對居民的干擾。可布置沿街商業(yè),使居住建筑遠(yuǎn)離道路噪聲的影響。
3.2.2 建筑室內(nèi)噪聲優(yōu)化
(1)構(gòu)件隔聲優(yōu)化
在滿足國家規(guī)范中寒冷地區(qū)窗地比要求的同時(shí),盡可能的采用雙層玻璃或中空玻璃來加強(qiáng)窗戶的隔音性能,居住類建筑外窗氣密性不應(yīng)低于《建筑外門窗氣密、水密、抗風(fēng)壓性能分級及檢測方法》GB/T 7106—2008規(guī)定的6級[11],本項(xiàng)目采用了6+12+6的塑鋼中空玻璃,通過經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算[12],住宅建筑外窗的空氣計(jì)權(quán)隔聲量為33.1dB,滿足《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T50378—2014)8.1.2、8.2.2條外窗空氣聲計(jì)權(quán)隔聲量不小于30dB的要求。提高門的隔聲性能,一方面需要提高門扇的隔聲量,另一方面需要處理門縫。盡可能采用較重的材料做圍護(hù)結(jié)構(gòu)[13],隔聲效果更好。
(2)建筑室內(nèi)布局及設(shè)備噪音優(yōu)化
對于住宅主要的功能房間應(yīng)避開電梯井設(shè)置,避免噪音的干擾。供配電設(shè)備、水泵應(yīng)設(shè)置于地下設(shè)備間內(nèi),并采取減震、密閉隔音和消聲處理措施;風(fēng)機(jī)、水泵進(jìn)出口與管道之間設(shè)置可曲撓性軟接頭;管道穿墻加裝減震墊,管道空中架設(shè)時(shí)設(shè)置減震鉤固定。
本項(xiàng)目的建筑朝向?yàn)檎戏较?,雖然日照滿足規(guī)范要求,但是研究表明,西安市建筑朝向布置為南偏東10°時(shí)相比正南向會獲得較多的太陽輻射量。室外照明系統(tǒng)應(yīng)避免眩光效應(yīng),適當(dāng)?shù)臑闊艟哌x用合適的燈格柵,從而使燈具有一定的遮光角,具有適合的亮度。
本文基于綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的得分條款要求,對小區(qū)的室外風(fēng)環(huán)境、聲環(huán)境、以及光環(huán)境進(jìn)行了模擬分析計(jì)算,并根據(jù)模擬結(jié)果提出了針對熱、聲、光環(huán)境改善的優(yōu)化措施,用以指導(dǎo)西安小區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì),對打造及評價(jià)綠色星級住宅具有一定的借鑒意義。
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Optimization of Physical Environment in a Residential DistrictBased on Star Rating Criterion
Chang Le Di Yuhui Ni Xiaochen
( Xi’an Polytechnic University, Xi’an, 710048 )
To meet the high-standard requirements for two-star residential buildings in green buildings, the outdoor physical environment of the community is evaluated, and the Phoenics and DIALux simulation software are used to simulate the outdoor wind environment and outdoor light environment of the community in conjunction with relevant outdoor environmental standards. Based on the outdoor noise monitoring data, the indoor noise of the building was analyzed and calculated. On the basis of simulation analysis and calculation results, a series of feasible suggestions were made to improve the outdoor physical environment of the community from the viewpoints of landscape greening, architectural layout design, architectural component design, outdoor lighting layout and selection. The optimization of the physical environment of the settlement is more conducive to building energy conservation.
Green building; Physical environment; Simulation analysis; Energy-saving optimization
1671-6612(2019)01-087-7
TU981-01
A
常 樂(1995.01-),女,在讀研究生,E-mail:342893956@qq.com
狄育慧(1964.02-),女,博士,教授,E-mail:470836165@qq.com
2018-04-18