光照对城市居住品质的影响——以成都市人民北路旧城改造项目为例

白亚萍，蔡 颢，左辅强

(西南交通大学 建筑与设计学院，成都 611756)

光照对城市居住品质的影响
——以成都市人民北路旧城改造项目为例

白亚萍1，蔡 颢2，左辅强3＊

(西南交通大学 建筑与设计学院，成都 611756)

随着旧城改造中的环境问题日益突出，人们对居住环境的要求也越来越高.在诸多影响城市环境气候的因素中，日照对居住区规划设计和建筑设计的影响最为突出.主要表现在日照间距、住宅通风、太阳辐射和建筑节能等方面.本文采用气候分析软件Ecotect对成都城北片区气候条件进行全面分析，通过对不同设计方案的对比，得出一个更加适合成都城北片区的设计策略，可为城北旧城改造以及其他居住区规划和建筑设计提供参考.

旧城改造；建筑节能；Ecotect分析

随着城市化进程逐渐加快，导致城市建筑用地极度紧缺，城市中的环境问题日益凸显，而居住区作为城市功能的重要组成部分，其环境状况也亟需改善.随着住宅建筑逐渐向高层发展，光遮挡环境问题凸现，围绕着“阳光权”的维权事件也越来越多.而光照又引发了日照间距、建筑通风、太阳辐射和建筑节能等一系列问题，日照影响已是一个不容忽视的住区环境问题.本文用Ecotect分析软件对成都市城北片区旧城改造(以下简称“北改”)的部分地块进行分析说明.

1 成都地区气候概述

成都地区的盛行风为东北风和西南风.其中，春、秋、冬季以东北风为主，夏季以西南风为主.春、夏季风速较大，秋、冬季风速较小，全年风速在2 m/s，属于典型的静风区.这就要求在建筑布局设计时应综合考虑建筑外环境与风场特点，使建筑群能够适当地“造风”、“引风”，从而改善静风区自然通风效果较差的现状[1].

查阅成都地区的气候资料可知，成都全年空气相对湿度较高，最大值超过95%，从每天变化规律来看，早晚相对湿度较大，白天相对湿度较小.因此，在旧城改造进行被动式设计时考虑通风措施是十分必要的[1].

成都地区全年温度夏季偏高、冬季偏低，高温天气普遍集中在5～9月，在自然条件下成都地区的热舒适度较差[1].因此，做好夏季降温和冬季取暖对于成都地区旧城改造被动式设计具有重要意义.

成都地区年太阳辐射总量较小，直接太阳辐射和间接太阳辐射差异较大.其中，直接太阳辐射变化较为剧烈，数值变化没有明显规律；间接太阳辐射变化较为平稳，主要辐射量集中在夏季.差异较大的主要原因在于成都地区云量较多，大部分太阳直接辐射经过云层发生散射变为间接辐射.成都地区太阳能资源较匮乏，因此，必须充分考虑太阳能的高效利用以达到节能的目的[1].

因成都地区风能资源和太阳能资源相对匮乏，探索适合成都地区气候特点的被动式设计策略对于节能降耗、改善居住微气候有重要意义.

2 项目概况

成都市城北是成都市中心城区发展最为薄弱、城区面貌反差最大的区域.区域内基础设施短缺、产业业态低端、房屋建设破败.为提升城北发展与升级，2012年，成都市政府启动“北改”工程[2].

规划将“北改”片区建设成为国家现代商贸中心，科技研发商务高地和多元文化创意高地，打造发达的产业城北.项目基地片区打造城北商务商贸功能区，以商贸提档产业、研发总部产业和商业商贸产业为主.

本文研究范围：由府河、二环路、人民北路和一环路围合的区域，用地面积约1.2 km2.重点设计范围是由二环路、人民北路、北站西三巷和北站西二路围合的区域，用地面积约32 ha.基地现状用地较为混杂，以居住和商业为主.住宅建筑多为年代久远的红砖建筑，建筑质量较差；商业多为零售，靠近火车北站为批发市场，现状管理较为混乱.经现状调研访谈发现，该片区的住区环境较差，主要表现在公共空间的缺失以及因建筑密度过高引起的建筑遮光问题.最为严重的是一些布局较为紧凑的住户，一年四季都见不着阳光，靠增加电能照明取暖等，此类能源消耗同时还产生了一系列的环境问题，如通风、太阳辐射等，由此可见日照对于居民的住区环境影响之大.在旧城改造住区规划设计过程中必须充分考虑光照带来的影响，通过被动式设计来规避或减小日照对住区环境的居民舒适度的影响.

图1 Ecotect日照阴影分析

3 成都市城北片区规划布局环境分析

3.1 日照阴影分析

为了更好地说明日照对于建筑阴影的影响，我们分别选择夏至、春分、秋分和冬至4个时间段进行日照分析.图1是用Ecotect分析软件分别在夏至、春分、秋分和冬至4个时间段对规划设计项目模型进行模拟日照阴影分析的结果，图 1中黑色或浅黑色代表建筑阴影，黑色越浓重表示日照遮挡越严重.由图1可知，从夏至、春分、秋分到冬至，随着太阳高度角的减小，日照阴影范围越来越大；大部分建筑在春分、秋分和冬至均处在阴影区范围内，也就是说该设计中大部分的建筑常年得不到日照，同时其周边的公共空间也将成为无人问津的阴冷地带，不利于居民对室外活动空间的合理利用.虽然该规划设计方案满足《成都市建筑日照分析管理办法》[3-4]中建筑日照间距的要求，但仍然存在明显的建筑遮挡问题，因此需要结合规划布局及当地的气候条件、区位等进行合理的调整.

3.2 住宅通风分析

日照对住宅的影响最为常见的是日照间距，日照引起建筑局部温度的差异同样会影响风环境.建筑自然通风是以风压或热压为驱动力的建筑内外空间气流运动，自然通风能够保证建筑内部空间使用的舒适度.建筑热压通风是利用建筑局部的温度差，实现热空气上升，冷空气下降，促进建筑自然通风[5].

在进行住宅规划设计时，设计者往往过多的关注建筑的外形和外部空间，却忽略了这个布局对室外风环境的影响.不合理的规划布局会带来很多问题，比如，导致室外空气流动不合理、单体建筑通风不畅、增加建筑能耗等，因此对规划设计方案进行风环境分析显得尤为重要.根据《中国生态住宅技术评估》中对建筑风环境的要求，在进行规划时，要处理好冬季防风和夏季引导自然通风的关系，即冬季居住区最大风速不超过 5 m/s，为了减少冷风渗透，建筑前后的压差不大于5 Pa[6].

由于成都地区静风频率大且空气的相对湿度较高，因此，必须在布局设计时尤其考虑了通风的设计.本次设计中利用Phoenics对片区的通风环境进行模拟，从而为规划方案的优化提供重要依据.成都地区的盛行风为西南风(夏季)和东北风(冬季)，因此选择夏季和冬季 2个时间段进行Phoenics风环境分析.

考虑到成都夏季盛行西南风，在设计时留出了西南方向的风道，因此建筑群体对风的阻挡很小，开敞的布局引导夏季凉爽气流的导入.街区之间的马路形成主要风道，可以使聚集的空气污染物迅速扩散出去，提高住区室外空气质量.同时街区风能带走住区多余的热量，可以减轻热岛效应，减少空调使用量，从而节约能源.同时由于风道的合理设置，避免了漩涡和死角区，不会引发空气污染物的堆积，有利于提高空气的质量.室外整体风速在1.14 m/s，处于人体舒适区域(见图2).冬季室外风速大部分处于1.00 m/s以下，东北向建筑布局呈围和式，有利于冬季防风，阻挡气流进入群体空间，可有效减少围护结构的冷风渗透，从而降低冬季采暖能耗(见图3).

图2 夏季风速图

图3 冬季风速图

通过Phoenics风压环境分析可知该设计方案中夏季建筑的风压差基本在0.6～1.0 Pa，北侧建筑的风压相对较高，但在1.5 Pa左右，冬季建筑两侧风压基本也在1.5 Pa左右，符合绿色建筑标准，有利于室内通风(见图4、图5).

3.3 日照辐射分析

根据《城市规划管理技术规定》划定项目内住宅间距的要求，保障主要朝向居室内，在大寒日日照实数在1 h以上的标准.从Ecotect分析的结果中可知，除了西北角少数的18 F高层住宅不能满足日照规定外，其他建筑均能够得到较好的光照(见图6).

图4 夏季风压图

图5 冬季风压图

图6 冬至日日照时间分析图

在基本满足日照条件的前提下对比该片区的夏至日和冬至日日照辐射状况.由于成都地区云量较多，大部分太阳直接辐射经过云层发生散射变为间接辐射，且直接太阳辐射和间接太阳辐射差异较大.其中，直接太阳辐射变化较为剧烈，数值变化没有明显规律；间接太阳辐射变化较为平稳，主要辐射量集中在夏季，夏至日的太阳辐射值最低90 wh，最高约6 200 wh，且大部分区域的基本辐射值都在2 000 wh以上.冬至日太阳辐射值最低180 wh，最高约2 080 wh，可见冬季的太阳辐射量明显小于夏季.成都的年日照实数在1978年附近的突变现象显著，表现为日照的急剧减少，从20世纪70年代前的气候多日照时段转变成少日照时段[7].加之成都近几年雾霾天气越来越严重，空气中的粉尘颗粒物对光照的阻挡情况也越来越明显.

总而言之，成都地区年太阳辐射总量较小，且呈减少趋势，成都地区太阳能资源较为匮乏，因此，必须充分考虑太阳能的高效利用以达到节能的目的.

图7 东北面28 F建筑夏至日日照分析

图8 西北面18 F建筑夏至日日照分析

3.4 建筑节能分析

随着城市化水平的不断提升，带来了巨大的环境破坏和资源浪费，人类的生存环境正受到严峻的挑战.“节能减耗，倡导低碳生活”的观念随之也深入人心，越来越多的设计开始考虑节能减排.而建筑作为能源消耗的主要群体，其能耗约占国家能耗的46%，要想走在低碳设计的前沿就必须降低建筑能耗[8].

城市中建筑密度增加以及容积率不断提高，建筑遮挡必然会降低太阳辐射对建筑外立面的影响，如果能够巧妙运用建筑的遮挡关系，将给建筑节约大量的能耗.图7、图8为考虑遮挡情况下同时间段的建筑东北面和西北面夏至日日照分析对比.从浅到深显示了日照辐射的递减.从图7上看，28 F建筑日照遮挡情况较为明显，且建筑单体东面获得日照更加均匀，因此在建筑东面开窗更加灵活，减少了因室内降温所产生的能耗.由图8可知，18 F建筑日照遮挡情况明显，但建筑单体西面获得日照并不均匀，底层建筑辐射少，可设置窗户；高层阳光辐射强，要尽量避开因开窗西晒而引起的建筑降温能耗.

4 结语

城市居住区是人类在城市居住行为的空间实现方式，其在实体上由一组建筑构成，建筑的布局方式会显著影响居住区的微环境，也会直接影响建筑采光问题，从而引发日照间距、通风、日照辐射及相应的建筑能耗等一系列问题.面对“节能减耗，倡导低碳生活”的理念，如何减低能耗便成为本文的核心问题.本文通过一个案例的具体研究使得这个思路得到了有效的实现.这就需要对当地日照时间进行充分分析，结合季节和地域的差异，切实分析日照问题，根据专业软件分析得出的数据，对设计方案进行多层面的对比分析，通过不断调整设计方案，在满足建筑最佳采光通风效果的前提下，最终实现“节能减耗，低碳生活”的建筑设计方案，对城北旧城改造项目以及其他居住区规划和建筑设计具有一定的指导借鉴意义.

[1]胡永泉, 武凌霄. 成都地区气候资料分析与被动式设计策略探讨[J]. 建筑节能, 2015, 43(3): 76-79.

[2]申海娟. 成都拉开“北改”大幕[N]. 成都日报, 2012-02-06(08).

[3]GB 50180-93, 城市居住区规划设计规范[S].

[4]成都市建筑日照分析管理办法(试行)[S].

[5]韩昀松. 基于日照与风环境影响的建筑形态生成方法研究[D].哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2012.

[6]聂梅生, 秦佑国, 江亿, 等. 中国生态住宅技术评估手册[M].北京: 中国建筑工业出版社, 2003.

[7]陈碧辉, 张平. 近50年成都市日照时数变化规律[J]. 气象科技,2008, 36(6): 1-4.

[8]吴双, 杨光. 基于气候条件的绿色住宅设计研究[J]. 地域建筑文化, 2013(6): 128-131.

(责任编校：陈健琼)

The Influence of Light Factors on Residential Quality in Urban Climate : A Case Study of the Old City Reconstruction Project of Renmin Road, Chengdu

BAI Yaping1,CAI Hao2,ZUO Fuqiang3＊
(School of Architecture and Design, Southwest Jiaotong University, Chengdu, Sichuan 611756, China )

With the environmental problems increasingly in the transformation of the old city, people's living environment has become more and more demanding. Many factors affect the urban environment and climate, sunshine has the most prominent impact on residential planning and design. The eco-technology, the climate analysis software were used in the area north of Chengdu to conduct a comprehensive analysis of climatic conditions, through the comparison of different design schemes in order to get a more suitable for the northern area of the Chengdu’s design strategy, providing reference for the planning and design of residential area north of the transformation of the old city.

transformation; building energy efficiency ecological-technical analysis

TU-9

A

10.3969/j.issn.1672-7304.2017.05.0007

1672–7304(2017)05–0031–05

2017-09-10

白亚萍(1990)，女，硕士研究生，主要从事城市设计、小城镇及空间句法等研究﹒E-mail: 1626542337@qq.com﹒＊通讯作者简介：左辅强(1975-)，男，成都人，副教授，博士，主要从事城市设计相关研究﹒E-mail: 1626542337@qq.com