基于传统商业街尺度变化的物理环境研究

吴晓冬

摘 要：传统商业街作为城市经济发展的有效组成部分，其物理环境的研究与改善对于提高商业街区内部使用舒适度，以及建筑能耗有着重要影响。本文从传统商业特征所形成的街谷宽高比例入手，通过调研、分析以及能耗模拟，研究街谷中街道宽度与建筑高度，建筑自身体型变化对综合能耗的影响，以及不同朝向商业街的微气候特征对于提升空气质量的，增加舒适度的影响。

关键词：传统商业街街谷； 宽高比； 非对称街谷

【文章编号】1627-6868（2016）06-0018-02

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

随着文化产业的复兴与发展，国内较多文化资源丰富的城市开始进行城市的历史文化挖掘与更新。商业街道是城市最有活力的空间形式和经济载体。因此，饱含文化与商业气息的传统商业街区的改造及复建成为此类工作的重要部分。在设计与建造的过程中，其内部自身空间形态和布局将会与建筑能耗发生耦合关系并相互作用，通过微气候的营造以及能耗的合理规避，以实现节能和低碳的目标，并提高人群在商业街内部的舒适度的同时通过风场的疏导以降低该区域的污染程度。

2. 传统商业空间形态特征

传统商业街区作为传统文化的重要组成部分，空间形态特征除了满足当地特有的自然环境要求外，还受到当地的社会人文，风俗习惯等因素的影响，因此具有较为鲜明的地域建筑风格及特征。在传统商业街区的特有的物理环境研究中，本文简化建筑元素的复杂性，构建沿街建筑物高度H以及街道宽度D的比例为特征模型来进行量化参照研究。

2.1 商业宽高比例特征

芦原义信在《外部空间设计》一文中定义了构成街道空间的街道底界面的宽度与沿街侧界面建筑的高度的比值（D/H），其比值是保证街道空间尺度均衡，是体现街道中的人的开放感和围合感的重要指标。当街道空间D/H小于l时围合感越强，D/H值越大于1时街道的开放感越强，D/H=l.2～2时，产生舒适的围合感；D/H大于2时，产生开阔感；D/H>3时，产生空旷感。本文通过调研古城西安、成都、南京、苏州等地的传统商业街区的宽高比例（表1），发现传统商业街区研究数值集中于0.5～1.5范围内，得出商业街内聚性较好，空间尺度适宜。

3.传统街区不同形式建筑的能耗分析

本文通过对于构成街区形态框架的单体建筑进行研究，评价在街区修复或重建时，选择能耗较低的建筑体型为目标。以古城西安为研究地，西安位于寒冷地区，冬季以保温为主，主要为采暖能耗，建筑外部热源的太阳辐射获得量主要与建筑布局形态，周围环境长波辐射等相关。建筑物内部存在着建筑照明、人体，设备等室内热源与住宅建筑室内空气发生对流与辐射的热传递过程。建筑内扰在热传递过程中总是要传递到围护结构的内表面，而室外气象条件总是首先作用于建筑外围护结构的外表面，建筑内扰与建筑外扰两种作用形式是同时存在，独立传递而又相互迭加，相互影响。不同的建筑外表面从抵御内外温度振幅以及内外界面尺寸方面，就会对建筑的全年能耗产生一定影响。本文假定待研究的传统商业街D/H=1.2，并以此作为研究传统商业街的空间物理特征的基本研究模型，设定商业街东西向，商业建筑为南北向，假设南侧建筑为条式建筑，北侧建筑的体形轮廓进行相应变化，由此建立Dest模型建立如图（图1）计算能耗特征的。

拟定（n1）、（n2）、（n3）三种不同外部形态的建筑作为研究对象，通过从图形变化中可以看出建筑物耗冷量指标随着建筑物出风口方向的改变，发生较规律的下降趋势变化。在建筑物耗冷量指标中，当进风口由东边逐渐过渡到西边，能耗降低。并且，建筑物的进风口开口比例越大，建筑物耗冷量指标越大，两者呈正相关变化。在数据比对中，当建筑物的A：Lmid：B相对比例使建筑物呈三面围合式布置时，由于伸出段对于太阳辐射的相对遮挡，建筑物的北向受热面积最小，且建筑物的迎风面面积最小，在建筑物的东西向建筑中向内的面有永久阴影面的存在，减少了建筑物的太阳辐射温升现象，同时在三面围合区内，有温度较低区域的产生，从而促进热压风场形成的可能。当建筑物相对比例为Z：1：0.5时（z为0长度），建筑的能耗在耗冷量和耗热量指标变化趋势上最稳定，并可以作为同比情况下最优推荐，图示n2情况。

4.传统街区街谷内微气候特征

传统商业街区的构成通常存在若干条路网交织的情况，街谷微气候的形成与太阳辐射强度所造成的空气温度的时间演变和空间分布、以及街谷内部的气流状况与街区的建筑密度、建筑排列方式有关。并且与街谷的几何特征、走向界面朝向、街区下垫面以及来风方向都有较大的关联。本文通过对西安市回民街（南-北走向、对称街谷）、书院门（东-西走向、非对称街谷）两条传统商业街的物理环境分析，重点研究以下两方面内容。

4.1非对称街谷的物理环境特征

当选择建筑物相对比例为Z：1：0.5，商业街外部空间几何结构则为非对称形式。此时，街谷外部大气平流进入街谷内部时，接近放大的非对称区域时，峡管状态突变，会在街谷放大区域产生一个强湍流。三维方向的湍流漩涡将沿着墙面向上部迁移，湍流的输运作用使得街道峡谷内空气与外界空气进行交换，提高污染物的扩散速度，改善峡谷内的空气质量。因此，沿街建筑在局部地区放大，对于提高污染散发速度有利。

4.2不同朝向街谷的物理环境特征

西安地区城市的传统街区较多以格网形式存在，会呈现出不同朝向的街谷的工况，在太阳辐射下，处于太阳直射辐射区域的空气温度会随着建筑的高度产生较大分层差异，而在建筑遮挡区域的街谷部分，因为空气温度增温热源为接太阳散射辐射，并且随着建筑密集程度增多的太阳辐射反射次数的变化，其空气温度随高度分层现象并不明显。在东-西走向的街区，因为在夏季和冬季由于太阳高度角的不同，街道南侧建筑对于街谷的遮挡效应造成街谷中所获得的太阳辐射在不同时间段存在较大的差异，相应得知，遮蔽效应对于南北走向的街道太阳辐射影响不大。

5.结论

传统商业街作为城市经济发展的有效组成部分，其物理环境的研究与改善对于提高商业街区内部使用舒适度，以及建筑能耗有着重要影响。本文从街谷宽高比例着手，通过分析调研，研究在一定宽高比例下，建筑体型变化对能耗的影响，以及不同朝向商业街的风环境对于污染物的影响，主要结论如下：

5.1传统商业街区道路宽度D/建筑高度H接近1.2时，对空间舒适度以及减少建筑能耗有利。

5.2街道两侧建筑布局采用非对称形式的几何结构，街谷内污染物浓度由于湍流作用而大大降低，空气质量得到较大改善。

5.3南-北走向相对于东西走向的街谷所吸收的太阳辐射量在冬夏两季的差异小。

参考文献

[1] 赵敬源、刘加平.城市街谷绿化的动态热效应 [J].太阳能学报，2009.第30卷（第8期），1013-1017.

[2] Mayer H，Holst J，Dostal P，et al.Human thermal comfort in summer within an urban street canyon in Central Europe.Meteorol：Zeitschrift 17，2008

[3] 钟珂、亢燕铭.城市街谷中的物理微环境.西北建筑工程学院学报，1998（4）：15-23

[4] 钱利.城市商业街道空间尺度分析研究[D].西安：西安建筑科技大学，2010

[5] 王琼.住区组团布局形态的冬季热环境分析[D].西安：长安大学，2010

[6] 王振.绿色城市街区-基于城市微气候的街区层峡设计研究[M].南京：东南大学出版社，2010

[7] I Eliasson.Urban climate related to street geometry：[PhD the-sis].[S.L.]：University of Gothenburg，1993.33