基于CTTC模型的居住小区热环境评价研究——以亚运城小区为例

何朗杰

（广州市城市规划勘测设计研究院，广东 广州 510060）

1 居住区热环境评价方法

1.1 CTTC模型评价方法

城市热环境是指影响城市散热的环境特征，CTTC热时间参数模型是城市热环境评价模型中数学模型比较有代表性模型之一。CTTC模型（Cluster Thermal Time Constant）是建立在热平衡的基础上，使用建筑群热时间常数的方式来计算局部建筑环境的空气温度随外界热量扰动变化情况的一种方法。最早于1990年，由Swaid和Hoffman基于表面热时间常数模型开发出用于预测城市冠层的温度变化的CTTC模型，并在耶路撒冷对模型进行检验。

经孟庆林、舒力帆、张宇峰、林波荣等国内学者对CTTC模型的详细研究和改进，2013年住房与城乡建设部发布的《城市居住区热环境设计标准》（JGJ 286—2013）选用了该模型对居住区热环境进行模拟和评价，说明模型得到了较为普遍的认可。本文选取基于CTTC模型的建筑群室外热环境分析软件，其针对原有模型的不足，引入了建筑群平均风速和阴影率的计算。同时舍弃了原有模型单一的温度指标，引入了通用的热环境指标湿球黑球温度（WBGT），并可计算得到WBGT和热岛强度等指标。

1.2 评价标准

《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378—2006）中4.1.12要求“住区室外日平均热岛强度不高于1.5 ℃”。此外，《城市居住区热环境设计标准》（JGJ 286—2013）中提出了指标审核评价和热岛模拟评价相结合的居住区热环境评价方法。

《城市居住区热环境设计标准》（JGJ 286—2013）指标审核评价要求满足以下指标：平均迎风面积比≤0.65；通风架空率≥20%；屋顶绿化面积占屋顶面积比例≥50%；绿地率≥35%。

《城市居住区热环境设计标准》规定如果不满足“指标审核评价”需进行热岛模拟评价，按居住区所在气候区的典型气象日逐时计算热环境设计指标，并应符合下列规定：

WBGT(τ)夏季——居住区夏季逐时湿球黑球温度（℃）；WBGT(τ)夏季≤34 ℃ ；——居住区夏季平均热岛强度（℃）；≤1.5℃（统计时间段 ：8：00～18：00）。

1.3 研究对象

广州亚运城运动员村小区位于广东省广州市番禺区，面积约34公顷，总建筑面积约35 万m2，户型面积126～174 m2不等，建筑南北向排布，采用12层的一梯两户户型，共分为四个独立的组团。亚运城运动员村广场铺地主要采用广场砖、透水砖、压印艺术地坪、卵石及小量的石材；停车位地面采用网格植草砖铺地停车地面；人行和车行园路铺地主要由30(60)厚石材铺地、当地砾石路和压模植草地坪，如图1、图2所示。

图1 区位图

图2 亚运城总平面图

2 基于CTTC模型的热环境评价

2.1 热环境指标审核

指标审核通过众智建筑热环境分析软件如图3进行分析，经对小区内建筑、草灌、活动场地、透水砖等进行建模如图4所示，计算亚运城运动员村平均迎风面积比为0.819，架空率为79.5%，屋顶绿化面积占可绿化屋面面积比例为91.5%，绿地率为56.11%，如表1所示。通过对亚运城运动员村热环境审核指标的比对，发现平均迎风面积比审核指标不满足规范要求，因此，需要使用CTTC模型对亚运城的热环境进行模拟评价，对湿球黑球温度（WBGT）和热岛强度两项指标进行分析。

表1 审核指标

图3 众智建筑热环境分析软件

图4 亚运城室外热环境模型示意图

2.2 湿球黑球温度（WBGT）指标评价

湿球黑球温度（WBGT），WBGT指数亦称为湿球黑球温度，是综合评价人体接触作业环境热负荷的一个基本参量，单位为℃。根据《城市居住区热环境设计标准》，当WBGT≤33 ℃为“好”，33 ℃＜WBGT≤34 ℃为“中”，34 ℃＜WBGT≤35 ℃为“差”， WBGT＞35 ℃为“很差”。

本次热环境评价分析采用众智建筑热环境分析软件对亚运城运动员村进行WBGT曲线分析，通过WBGT曲线分析计算得出，WBGT逐时湿球黑球温度最高温度为29.164 ℃如图5所示，符合《城市居住区热环境设计标准》要求热环境逐时湿球黑球温度不大于34 ℃的规范要求，评价级别为“好”。

图5 热环境分析WBGT曲线图

2.3 热岛强度评价

热岛强度（heat island intensity）是居住区逐时空气温度与同时刻当地典型气象日空气温度的差值（℃）。热岛强度指标大小能够评价居住区之间的热环境质量差别，更能清晰地评判不同设计方案的优劣，故本次热环境评价也采用热岛强度作为居住区热环境的评价指标。居住区夏季平均热岛强度应按下式计算：——8：00～18：00的居住区夏季平均热岛强度（℃）；Δ ta(τ)夏—季—居住区设计的空气温度（℃）；ta·TMD(τ)——居住区所在地（气候区）的典型气象日气温（℃）。

参考《城市居住区热环境设计标准》中关于居住区热岛强度的指标限值，其计算方法为：在8：00～18：00之间，居住区设计的空气温度与当地典型气象日气温比较得出逐时温度差的平均值。分析表明亚运城9：00～11：00时间段内热岛强度值最低，12：00以后热岛强度逐渐升高，到21：00达到热岛强度最高值，这种现象说明居住区绿化在降低热岛强度方面发挥了重要作用，在日间绿化阻挡了太阳辐射，使地表温度比环境温度低。

亚运城小区热岛强度采用众智建筑热环境分析软件进行分析，计算得出平均热岛强度为0.886 ℃，如图6所示。

图6 热岛强度曲线图

符合《城市居住区热环境设计标准》及《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378—2006）中规定的平均热岛强度不超过1.5 ℃的标准。

2.4 评价结论

通过对亚运城运动员村热环境审核指标的比对，发现平均迎风面积比审核指标不满足规范要求，因此，需对亚运城运动员村湿球黑球温度（WBGT）和平均热岛强度两项指标进行评价。通过众智建筑热环境分析软件进行建模分析，亚运城居住区热环境逐时湿球黑球温度最高温度为29.164 ℃，亚运城平均热岛强度为0.886 ℃；设计满足逐时湿球黑球温度不大于34 ℃，平均热岛强度不超过1.5 ℃的规范要求,符合居住区热环境设计标准。

3 结语

居住小区是构成城市的重要单元，其环境质量的好坏直接影响人们的生活，是城市规划设计中格外关注的问题。在住区环境设计过程中，利用CTTC模型提前预测住区室外热环境，可达到分析、比较不同设计方案对住区室外环境影响的目的，从而优化设计方案。