高层住宅群对其周边热环境的研究

高层住宅群对其周边热环境的研究

唐勇1孙智慧1刘涛1陈奕红2喻中俊3

1.内江职业技术学院土木工程系四川内江641100；2.内江市环境保护局环境监测中心站四川内江641100；3.四川兴旺建设项目管理工程有限公司四川成都610012

摘要：随着城市的快速发展，城市人口急速增加同时也引起了住房需求的扩大。城市的土地越来越稀缺迫使建筑通过发展高层住宅的形式来弥补这一缺口。这种喷井式的爆发趋势，也引发了许多问题，集中表现在建筑能耗的增高以及舒适性的降低。我国幅员辽阔，南北跨纬度较大导致气候特征差异性也很大。基于此，文章将对高层住宅群对其周边热环境的影响展开研究，以供参考。

关键词：高层住宅群；周边热环境；数值模拟

引言

随着城市发展进程的加快，城市繁华区域的建筑密度大量增加。由于相关的研究的和建筑法规的滞后性，城市建设过程中对空间布局的重视不足，由高层建筑风及建筑群造成的热岛危害越来越普遍。大量凸显的环境问题给予我们警示，我们在高层建筑设计中必须对对风环境问题引起重视。地区经济的快速发展的同时也必须满足人们对生活质量的追求，不应由此失彼忽视这些问题的存在。

1热环境研究方法

目前针对室外热环境的研究主要采取的方法有：建立比例模型、数值模拟计算和现场实地测量。本次研究我们采用实地观测和数值模拟相结合的方法，以计算机模拟为先导，在设计阶段分析室外热环境后期与实测数据相结合，进行对比。以此找出实际住宅小区中影响热环境的主要因素，并用于为类似情况下，设计阶段的优化和整合提供参考。

2高层住宅群周边热环境数值模拟

2.1模型建立

模拟将适当范围内最大限度的还原实际建筑群结构，模拟对象主要包括建筑、下垫面类型、街道、水体布局等。经过多次选取不同的尺寸反复进行对比，模型整体尺寸选择选择对建筑群边界气流影响还原度最高的形式，分析模型计算域尺寸设为1100m×1000m×300m(长×宽×高)，模型中沿Y轴正方向设置为北向，模型及网格效果分别如下图1和图2所示:

图1模型效果图

图2网格效果图

2.2模拟小区基本情况

选取模拟对象是较为常见的城市高层住宅小区配置。该住宅小区所在地较为偏僻，周边环境较为单一，没有大面积高密度的建筑，气流形式较为简单，有利于提高模拟的准确性。

2.3夏至日室外热环境模拟

本次模拟主要模拟的因素有流场和温度温度场。流场主要是针对室外风环境相关参数。目前国内外建筑规范中对室外风环境的测量高度及风速要求的研究相对较少我们只能在现有研究基础上凭借经验选定参数对风环境优劣进行评定。本次模拟中都选择1.5米高为模拟高度。

2.4局部模拟及实测结果分析

C1)由于实测过程容易受到实际环境的影响，导致数据与模拟相差较大。从总体上而言，本次模拟及实测数据基本上相吻合。呈现模拟数据略高于实际数据的趋势。模拟与实际情况向比较，所考虑因素的复杂性不够，存在差异原因主要取决于一下几个方面:在建筑下垫面的选择没有具体选择植被类型，而据相关研究表明这是影响细部温度的一个主要因素;从建筑布局的角度来分析，模拟过程中选择建筑间存在相互之间的热辐射，而在实际过程中热辐射的产生还和建筑物的高度密切相关;从不确定因素上而言，室外热环境的实际影响因素中还包括认为散热的因素，这是在模拟过程中很难控制的因素。

C2)建筑分布较为密集点相对与其他两点而言，无论是模拟还是实测数据中温度最高。经分析，认为在模拟方面:在布局上周围建筑分布较为密集，影响气流的流动;建筑朝向也会对气流分布产生很大影响，当与盛行风之间的偏角不适宜的情况下，气流的分布就无法达到均匀的效果，导致太阳辐射产生的热量不能被及时的。

3室外热环境改善措施

住宅建筑室外热环境的变化影响因素纷杂，大致可分为不可控因素和可控因素，前者主要包括当地气候条件，地质情况和地形，这些属于不可控因素；后者有住宅建筑的规划设计与管理，这两个是可控因素。

3.1绿化率

降低小区温度的良好方法是提高绿化率。全围合和点式小区中，因建筑容积率较小，可考虑种植体型高大的如乔木类绿植，同时应尽量使建筑物处于绿植阴影处，此种温降效果较好。综上所述，可将乔木种植在太阳辐射照度较强烈的建筑物西、南面;；因城批占地面积有限，除提高平面绿化率，更应加强立体绿化率。主城内有大量水泥、混凝土结构建筑及立交、边坡等，可利用该立面作为立体绿化。老居住区的行列式布局中的平面绿化已布置完全，此时可增加立面绿化率，屋顶也可做绿化覆盖。如利用藤蔓类植物对建筑立面绿化，既美观又能对小区热环境进行改善。城市热岛效应的强度与小区绿化率呈反比，当绿化率>30%，城市热岛效应会明显弱化；绿化率>50%，城市热岛效应锐减，而集中绿地大于3公顷且绿化率>60%以上的，经数据表明城区与郊区的自然下垫面温度相似。

3.2水体布局

就模拟点而言，周边建筑主要为商业用途，在人口流动性较大且密集。在这种情况下，非常适宜将大面积水体设置在建筑周围和风道两侧，通过这样的方式当风在小区内通过时，可以带走大量热量改善热环境。同时局部水体的设置还能很好的改善周围的空气的洁净度，提高人体舒适性。此外，高层住宅还可以通过选择建筑体型、控制建筑四周间距的方法，使得室外形成一定的遮阳空间，从而达到良好的降温作用。例如窄且长的南北朝向的街道，在建筑东西立面可以达到一定遮荫效果，降低立面平均辐射温度，以此热环优化室外热环境。

3.3主导风向

良好的通风环境很大一部分取决于建筑朝向和布局问题。因此在改进过程中，可以对该点周边建筑布局进行调整，采用斜列式、错列式会使室外热环境的效果变好。通常在建筑设计初期应重视建筑类型的不同，宜对高层、多层和低层进行多样性组合。低层布局最好利用开敞性方式，以得到较好通风效果。高层布局需要降低容积率以形成区域开敞环境。其多样性组合并同时结合考虑建筑物周边环境的空间结构、高度，以降低建筑面向夏季主风向的垂直投影面积，使得区域相对封闭的街区形成较好的风环境以利散热、通风。

结束语

模拟结果表明，绿化对住宅热岛现象影响很大，适当增加绿化面积，改善住宅室外热环境。除了绿化、水体能够有效缓解室外逐渐恶化的热环境之外，风也是改善这一现象的一个手段。在建筑布局合理的情况风能带走大量的热量，也可以在很大程度程度上缓解城市热岛现象。

参考文献

[1]吴杰,张宇峰.湿热地区高层住区热环境设计参数对热岛强度的影响研究[J].建筑科学,2016,32(06):1-13.

[2]李峥嵘,张晗晗,赵群,徐天昊.具有开启式中庭的高层建筑热环境探究[J].建筑热能通风空调,2014,33(06):31-35+83.

[3]王伟武,邵宇翎.高层住区夏季昼间室外热环境三维分布规律研究——以杭州市为例[J].建筑学报,2011(02):23-27.

[4]李笑寒,胡聃,韩风森,周宏轩.高层住宅小区建筑形态对微气象影响研究[J].生态科学,2018,37(01):178-185.