蘭州住宅小區(qū)風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)分析

韓朝霞

（甘肅建筑職業(yè)技術(shù)學(xué)院，甘肅蘭州 730000）

0 引言

近年來，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者通過風(fēng)洞試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、數(shù)值模擬等方法對(duì)居住區(qū)風(fēng)環(huán)境進(jìn)行深入研究。馬劍等[1-2]分析由6幢方形建筑構(gòu)成的8種布局模式下的建筑群體風(fēng)環(huán)境，利用Fluent軟件模擬分析并將結(jié)果對(duì)比，得出圍合式或并列式布局方式的風(fēng)環(huán)境最佳，而當(dāng)為Y型或U型時(shí)其風(fēng)環(huán)境相對(duì)較差；李曉峰等[3]綜合測(cè)量南方圍和式住宅小區(qū)的微氣候以便研究多層居住建筑在高容積率下的微氣候特征，最終概括出這類小區(qū)風(fēng)熱環(huán)境的主要特征；林波榮等[4]人使用Phonics軟件模擬計(jì)算傳統(tǒng)四合院布局形式的室外建筑風(fēng)環(huán)境，通過模擬分析很多影響四合院住宅周圍及院內(nèi)風(fēng)環(huán)境的因素，如院落面寬、進(jìn)深、樓層高度等；Sathopoulos等[5]對(duì)位于北美洲加拿大首都渥太華的典型群體建筑7幢平行排列（截面為矩形）建筑形式進(jìn)行研究，模擬周邊風(fēng)環(huán)境數(shù)據(jù)，利用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果與數(shù)值模擬分析結(jié)果相吻合；P J Littlefair等[6]認(rèn)為居住區(qū)的微氣候不僅與當(dāng)?shù)刈匀粴夂驐l件有關(guān)，還與建筑布局有著密切關(guān)系。本研究基于甘肅省蘭州市的氣候條件，分析各個(gè)季節(jié)的氣候特點(diǎn)，總結(jié)影響住宅小區(qū)風(fēng)環(huán)境的諸多因素，提出風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)要求。分別從住宅規(guī)劃方面研究總結(jié)蘭州地區(qū)現(xiàn)行的風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)方法，為深入研究住宅小區(qū)風(fēng)環(huán)境提供參考。

1 蘭州地區(qū)風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)要求

蘭州地理位置為北緯36°,東經(jīng)103°47′，平均平均海拔為1520m，南部最高為2150m，北面最高為1800m，屬溫帶大陸性氣候，全年四季分明。蘭州春季多風(fēng)和沙塵，冬季寒冷且大風(fēng)猛烈，（氣候較溫和，年度平均氣溫約為10.3℃，冬季極端最低氣溫為-22℃，夏季極端最高氣溫40℃；年度降水量較少，年平均降水量327mm；全年日照時(shí)間長(zhǎng)，無霜期為180d，年平均日照時(shí)數(shù)為2446h。

依據(jù)《中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專用數(shù)據(jù)采集》提供的資料進(jìn)行參考，蘭州地區(qū)全年典型氣象及月平均干球溫度，如圖1所示。

圖1 蘭州市各月平均干球溫度

根據(jù)我國(guó)《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》蘭州地區(qū)屬于寒冷地區(qū)（Ⅱ）級(jí)，建筑熱工設(shè)計(jì)一級(jí)分區(qū)區(qū)劃指標(biāo)要求在對(duì)蘭州地區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮建筑熱工計(jì)算既滿足冬天保溫、防寒條件，又兼顧夏季防熱、防暑需求。

2 住宅小區(qū)自然通風(fēng)設(shè)計(jì)

2.1 住宅小區(qū)自然通風(fēng)的影響因素

分析影響住宅小區(qū)自然通風(fēng)設(shè)計(jì)的因素，結(jié)合本地區(qū)的具體情況采取合理的通風(fēng)設(shè)計(jì)方式。自然通風(fēng)對(duì)外界風(fēng)環(huán)境的要求很高，因此室外氣候環(huán)境是自然通風(fēng)的一大影響因素。當(dāng)利用建筑物前后風(fēng)壓進(jìn)行通風(fēng)時(shí)，建筑物的迎風(fēng)面和背風(fēng)面之間產(chǎn)生足夠大風(fēng)壓差和足夠大的風(fēng)速；熱壓通風(fēng)的前提是要有足夠的室外溫差或者氣流通道足夠高，由于設(shè)計(jì)的限制，往往對(duì)室外溫差的依賴性更大。室外氣候的變化會(huì)引起自然通風(fēng)也發(fā)生變化，例如在室外有風(fēng)的情況下，風(fēng)壓通風(fēng)更容易實(shí)現(xiàn)，但對(duì)風(fēng)向也有一定的要求；室外溫差大的時(shí)候又有利于實(shí)現(xiàn)熱壓通風(fēng)，春秋季節(jié)，對(duì)在室內(nèi)的自然通風(fēng)一般要求較多，這需要采取合理的措施，提高自然通風(fēng)效率；冬夏季節(jié)，室外溫差過大，除了進(jìn)行自然通風(fēng)的需要，還需采取措施來提高保溫。尤其是嚴(yán)冬時(shí)候，面對(duì)室外惡劣的氣候環(huán)境，為了改善室內(nèi)環(huán)境舒適性，還需采取一些保溫、防風(fēng)措施來達(dá)到防風(fēng)目的。

建筑群體的布局也會(huì)對(duì)自然通風(fēng)效果起到影響作用。在建筑的布局中，建筑物若朝向主導(dǎo)風(fēng)向，則面向主導(dǎo)風(fēng)向的一側(cè)自然通風(fēng)效果明顯，同時(shí)背向自然通風(fēng)的一側(cè)會(huì)形成風(fēng)影。在住宅設(shè)計(jì)中，經(jīng)常利用合理的建筑布局，通過建筑物本身對(duì)氣流的疏導(dǎo)減少建筑風(fēng)影區(qū)的影響，盡可能獲得建筑穿堂風(fēng)。

2.2 住宅小區(qū)自然通風(fēng)設(shè)計(jì)要求

《中國(guó)生態(tài)住宅技術(shù)評(píng)估手冊(cè)》對(duì)住宅小區(qū)室外風(fēng)環(huán)境提出具體要求，明確規(guī)定冬季時(shí)建筑物前后兩側(cè)壓力差應(yīng)小于5Pa；夏季和過渡季節(jié)必須有利于自然通風(fēng)，避免區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)較多無風(fēng)區(qū)或氣流旋渦區(qū)；建筑物四周人行區(qū)域距地面高度1.5m處風(fēng)速放大系數(shù)不得大于2，風(fēng)速不得大于5m/s；在《民用建筑熱工設(shè)計(jì)規(guī)范》《居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)規(guī)范中，從建設(shè)選址、布局規(guī)劃等方面綜合考慮，對(duì)住宅建筑自然通風(fēng)設(shè)計(jì)提出明確要求：①住宅建筑建設(shè)選址、布局規(guī)劃應(yīng)考慮夏季自然通風(fēng)、防暑，冬季日照充足、避風(fēng)等要求；②住宅建筑的坐落朝向宜設(shè)計(jì)為南北方向或接近南北方向；③住宅小區(qū)內(nèi)外建筑空間開口方向宜朝向夏季時(shí)最高頻率風(fēng)向，盡量避開冬季最高頻率風(fēng)向。

2.3 住宅小區(qū)自然通風(fēng)設(shè)計(jì)方法

對(duì)住宅小區(qū)的布局方式應(yīng)該從平面和空間兩個(gè)方面進(jìn)行考慮。平面主要是考慮住宅組群的幾種排列方式，空間方面的考慮主要是從住宅高度上對(duì)住宅樓體進(jìn)行合理的搭配。一般住宅建筑平面布局形式可以分自由式、周邊式、行列式等，其中行列式布局是中國(guó)最傳統(tǒng)、最常見、使用率最高的布局形式。這與中國(guó)傳統(tǒng)的風(fēng)水理論有關(guān)，尤其是我國(guó)北方地區(qū)，住宅講究坐北朝南。蘭州地區(qū)最常見的布局是行列式，該布局方式使住宅小區(qū)中建筑體主要形成行列式排列。蘭州地區(qū)行列式布局方式按照建筑物之間相互位置又可分為斜列式、并列式、錯(cuò)列式等形式。在進(jìn)行住宅建筑布局方式設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)以蘭州地區(qū)的主導(dǎo)風(fēng)向作為依據(jù)，選擇合理、舒適的建筑朝向。住宅群體的朝向選擇合理，對(duì)進(jìn)入住宅群體的風(fēng)速越大對(duì)住宅的自然通風(fēng)越有利，對(duì)于降低室內(nèi)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)的溫度都有重要作用，同時(shí)能夠改善室內(nèi)的空氣質(zhì)量品質(zhì)。因此住宅群體的朝向選擇對(duì)引入住宅組群的風(fēng)速和風(fēng)量都有重要的影響。

作為住宅建筑的傳統(tǒng)布局方式——行列式（包括并列式、錯(cuò)列式和斜列式），建筑物背風(fēng)面因氣流壓力不均勻，導(dǎo)致局部區(qū)域產(chǎn)生渦流，而渦流區(qū)內(nèi)風(fēng)力很弱，風(fēng)向不穩(wěn)定，易產(chǎn)生亂流，對(duì)自然通風(fēng)產(chǎn)生不利影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免產(chǎn)生渦流。所以住宅群體的布局應(yīng)該盡量避免后面住宅在前面住宅的渦流區(qū)內(nèi)部。錯(cuò)列式布置，建筑后的渦流區(qū)要明顯的小于并列式，因此更有利于住宅的自然通風(fēng)。錯(cuò)列式這種布置方式能夠讓氣流斜向進(jìn)入建筑群體內(nèi)部，減少氣流阻力。便于氣流插入間距內(nèi)，這種相互穿插，能夠讓氣流流線間距更長(zhǎng)，對(duì)建筑群的自然通風(fēng)很有利。

2.4 蘭州地區(qū)的風(fēng)環(huán)境設(shè)計(jì)要求

處于風(fēng)速較大寒冷地區(qū)的蘭州，冬季會(huì)使圍護(hù)結(jié)構(gòu)的散熱量增加，從而增加建筑能耗。因此在蘭州地區(qū)住宅的布局方式除了應(yīng)該合理的引導(dǎo)夏季風(fēng)進(jìn)入住區(qū)內(nèi)部之外，還應(yīng)減少冬季寒風(fēng)進(jìn)入小區(qū)內(nèi)部。因此在蘭州住區(qū)在選擇建筑布局與朝向時(shí)應(yīng)將大立面朝向夏季主導(dǎo)風(fēng)向，而應(yīng)將小立面朝向冬季主導(dǎo)風(fēng)向，做好冬季的防風(fēng)設(shè)計(jì)。

3 結(jié)論

蘭州地區(qū)屬于冬季采暖的寒冷地區(qū)，同時(shí)獨(dú)特的地理氣候使蘭州的風(fēng)環(huán)境比較豐富，因此如何對(duì)室外風(fēng)進(jìn)行引風(fēng)、導(dǎo)風(fēng)，是住宅設(shè)計(jì)中應(yīng)該重點(diǎn)考慮的問題。通過合理引風(fēng)、導(dǎo)風(fēng)，提高住宅自然通風(fēng)的能力，同時(shí)增強(qiáng)小區(qū)防風(fēng)能力。這在創(chuàng)造舒適的室外風(fēng)環(huán)境，提高住宅室內(nèi)空氣品質(zhì)方面具有重要意義，同時(shí)合理利用風(fēng)，也是最有效、最直接的節(jié)能手段。