基于模擬分析的寒冷地區(qū)居住建筑布局研究

鞠曉磊 龐魯新

*通訊作者：鞠曉磊，1983年1月，男，漢族，山東泰安人，就職于中國建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，高級(jí)建筑師，碩士研究生。研究方向：太陽能建筑一體化。

資助信息：兵團(tuán)財(cái)政科技項(xiàng)目“基于氣候適應(yīng)性的新疆地區(qū)低成本建筑節(jié)能技術(shù)與太陽能建筑集成及應(yīng)用”（2020AB007）。

摘 要：本文根據(jù)寒冷地區(qū)居住建筑常見的錯(cuò)列式和行列式布局，使用日照和風(fēng)環(huán)境模擬，分析兩種布局方式在冬季和夏季的使用效果，最終推薦采用錯(cuò)列式布局。

關(guān)鍵詞：寒冷地區(qū);居住建筑布局;日照分析;風(fēng)環(huán)境模擬

Abstract： According to the common staggered and determinant layout of residential buildings in cold areas， using sunshine and wind environment simulation， this paper analyzes the use effects of the two layout modes in winter and summer， and finally recommends staggered layout.

Keywords： Cold areas; Residential building layout; Sunshine analysis; Wind environment simulation

一、引言

隨著節(jié)能建筑的發(fā)展，大量研究已經(jīng)證明，住宅建筑應(yīng)該從規(guī)劃、設(shè)計(jì)階段進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)，并制定相關(guān)節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)來規(guī)范建筑和熱工設(shè)計(jì)。然而，國家和地方標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于建筑布局規(guī)定較為寬泛，規(guī)劃階段的建筑布局大多依賴建筑師的經(jīng)驗(yàn)判斷，仍需進(jìn)一步計(jì)算來準(zhǔn)確確定建筑布局[1]。因此，本文針對(duì)寒冷地區(qū)居住建筑常見布局，使用仿真模擬手段，進(jìn)行日照分析和風(fēng)環(huán)境模擬，進(jìn)行優(yōu)化選擇。

二、基礎(chǔ)算例

本文選擇寒冷地區(qū)某南北通透板式高層住宅作為基礎(chǔ)算例，標(biāo)準(zhǔn)層面積822.4 m2，3單元聯(lián)排，建筑面寬64.2 m，進(jìn)深13 m，層高3 m，共十八層。標(biāo)準(zhǔn)層平面見圖1。

三、建筑布局

寒冷地區(qū)居住小區(qū)常見布局包括錯(cuò)列式和行列式，本章對(duì)其進(jìn)行日照分析和風(fēng)環(huán)境模擬。

（一）日照分析

首先對(duì)兩種建筑布局的日照情況進(jìn)行模擬測(cè)算，輸入濟(jì)南地區(qū)情況，通過Rhino中帶有的grasshopper中sunflower插件進(jìn)行日照模擬。樓間距滿足濟(jì)南當(dāng)?shù)匾?guī)范要求，日期選取大寒日。模擬日照結(jié)果如圖2所示。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算建筑表面日照，錯(cuò)列式布局接受日照情況優(yōu)于行列式，在大寒日8～16時(shí)中，錯(cuò)列式比行列式多獲得0.7%的日照時(shí)長。

（二）風(fēng)環(huán)境分析

風(fēng)環(huán)境模擬同樣選取濟(jì)南的地理信息，由于風(fēng)環(huán)境的情況較為復(fù)雜，所以針對(duì)不同季節(jié)分別進(jìn)行討論。

選擇濟(jì)南冬季風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行模擬，查閱資料可知，濟(jì)南冬季盛行風(fēng)向?yàn)闁|南向，平均風(fēng)速為3.2 m/s。

模擬結(jié)果如圖3～圖5所示，從圖中可以看出，在冬季的盛行風(fēng)場(chǎng)下，錯(cuò)列式的非迎風(fēng)面的建筑的前后風(fēng)壓差相比行列式較小，尤其在第三排建筑尤為明顯。同時(shí)，對(duì)建筑表面風(fēng)速情況進(jìn)行分析，可以看出，錯(cuò)列式建筑后排建筑由于前排的遮擋，風(fēng)速降低至2.5 m/s左右，而行列式后排建筑的表面風(fēng)速并沒有明顯減弱。建筑前后風(fēng)壓和建筑表面風(fēng)速都會(huì)增強(qiáng)建筑冬季熱散失，可以得出冬季錯(cuò)列式布局的小區(qū)由于冬季風(fēng)造成的熱損失會(huì)更少[2]，不同排列方式的建筑表面風(fēng)壓模擬結(jié)果見圖3～圖5。

觀察小區(qū)內(nèi)風(fēng)速情況，取水平高度1.5 m風(fēng)速進(jìn)行分析，錯(cuò)列式小區(qū)的樓間步行區(qū)域風(fēng)影區(qū)更少，風(fēng)速約在2.2～3.7 m/s之間，滿足1～5 m/s的人體舒適區(qū)間。而行列式的風(fēng)影區(qū)相比更大且西北處有較大片4 m/s的風(fēng)速較高區(qū)域，東南角建筑北面形成渦旋，風(fēng)環(huán)境相較來說更差，不同排列方式的場(chǎng)地風(fēng)速如圖6所示。

在夏天，濟(jì)南夏季頻率最多的風(fēng)向?yàn)槲髂巷L(fēng)，風(fēng)速平均為2.8 m/s，從結(jié)果可以看出，在行列式的非迎風(fēng)面的表面風(fēng)壓差相較錯(cuò)列式較大，二者均滿足夏季、過渡季建筑前后壓差大于1.5 Pa通風(fēng)的要求[3]。行列式和錯(cuò)列式結(jié)果區(qū)別不大。對(duì)于小區(qū)內(nèi)風(fēng)環(huán)境，行列式有較大風(fēng)影區(qū)，而錯(cuò)列式在西南處產(chǎn)生渦旋，二者人行區(qū)域風(fēng)環(huán)境都不算優(yōu)秀，但大多面積風(fēng)速仍在1～5 m/s之間，基本滿足通風(fēng)要求[4]，不同排列方式的建筑表面風(fēng)壓模擬結(jié)果如圖7～圖8所示。

根據(jù)風(fēng)環(huán)境模擬分析，冬季錯(cuò)列式布局在保溫方面相對(duì)較優(yōu)，夏季二者并無顯著差異。

四、結(jié)束語

本文對(duì)寒冷地區(qū)某居住小區(qū)排列式和錯(cuò)列式建筑布局進(jìn)行日照分析和風(fēng)環(huán)境模擬，結(jié)果表明錯(cuò)列式布局接受日照情況優(yōu)于行列式，在大寒日8～16時(shí)中，錯(cuò)列式比行列式多獲得0.7%的日照時(shí)長;冬季錯(cuò)列式布局在保溫方面相對(duì)較優(yōu)，夏季二者并無顯著差異。因此，本文推薦寒冷地區(qū)居住建筑采用錯(cuò)列式建筑布局。

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